水泥路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的

水泥路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的第一頁，共三十頁，2022年，8月28日本次發(fā)言的定位自我簡介：1、教學(xué)歷史簡介（3-4遍）2、教學(xué)ppt每年一改3、有時(shí)候被學(xué)生問題難倒4、還有許多問題沒有探索出答案發(fā)言定位：一個(gè)初上《路基路面工程》課程的新教師談自己怎么理解，怎么上，過程中有什么問題供批判，向大家請教，提出問題供討論。第二頁，共三十頁，2022年，8月28日教學(xué)目標(biāo)教學(xué)要求：基本設(shè)計(jì)理論（重點(diǎn)掌握）可靠度設(shè)計(jì)基本原理（掌握）設(shè)計(jì)方法和步驟（熟練掌握）其它設(shè)計(jì)方法（一般了解）教學(xué)目標(biāo)：讓學(xué)生掌握水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論的發(fā)展過程，掌握規(guī)范設(shè)計(jì)步驟與方法，可獨(dú)立設(shè)計(jì)難點(diǎn)：理論演化發(fā)展過程及其與規(guī)范方法的關(guān)系第三頁，共三十頁，2022年，8月28日怎么上——流程1、銜接前一章，先談病害，引出設(shè)計(jì)指標(biāo)——彎拉應(yīng)力2、介紹設(shè)計(jì)理論與方法發(fā)展簡史，引出經(jīng)典小撓度彈性薄板相關(guān)理論——切入理論3、詳細(xì)分析小撓度彈性薄板假定對應(yīng)的力學(xué)公式，討論三方程（幾何、物理、平衡）的聯(lián)立簡化過程——給出撓度表達(dá)式4、分析地基反力q(x,y)在兩種地基（溫克勒、彈性半空間體）情況下的應(yīng)力解答——了解各解答的意義5、溫度應(yīng)力的兩種解答來源分析——實(shí)際路面尺寸有限，均勻變溫不考慮，主要是翹曲應(yīng)力6、可靠度理論簡介——為可靠度系數(shù)引入作鋪墊7、規(guī)范方法及細(xì)節(jié)講解——設(shè)計(jì)方法中各參數(shù)取值，背后的理論與方法8、概念探討——加深對參數(shù)的理解9、延伸問題——引導(dǎo)思考，探索第四頁，共三十頁，2022年，8月28日病害引出設(shè)計(jì)指標(biāo)——彎拉應(yīng)力斷板、角隅斷裂是常見的結(jié)構(gòu)性病害特征主要原因是：板塊裂縫處在重復(fù)彎拉疲勞作用下，材料力學(xué)指標(biāo)（抗折強(qiáng)度）下降，最后單次荷載作用超出材料強(qiáng)度產(chǎn)生微裂縫，逐步發(fā)展成為上述病害。第五頁，共三十頁，2022年，8月28日水泥混凝土路面特點(diǎn)（1）1水泥混凝土本身的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗折強(qiáng)度——以抗折強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；2混凝土板在自然條件下，存在沿板厚方向的溫度梯度，會(huì)產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，如果受到約束，會(huì)在板中產(chǎn)生翹曲應(yīng)力——溫度翹曲應(yīng)力3荷載多次重復(fù)作用，溫度梯度也反復(fù)變化，混凝土板有疲勞現(xiàn)象——要考慮交通量重復(fù)作用的疲勞效應(yīng)第六頁，共三十頁，2022年，8月28日水泥混凝土路面力學(xué)特點(diǎn)（2）1混凝土的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于基層和土基模量和強(qiáng)度——地基被簡化為單一體2基層表面與路面板間摩擦力較小——滑動(dòng)假定，只傳遞豎向力3板塊厚度相對與平面尺寸較小，板塊在荷載作用下的撓度（豎向位移）很小——忽略z方向應(yīng)力應(yīng)變變化細(xì)節(jié)——發(fā)展出小撓度彈性薄板理論第七頁，共三十頁，2022年，8月28日水泥混凝土板的基本力學(xué)模型為分析水泥混凝土板塊受拉而發(fā)展：1、起點(diǎn)：完全彈性問題（彈性力學(xué)經(jīng)典三方程）2、簡化：力學(xué)特點(diǎn)假定具體公式3、結(jié)果：第八頁，共三十頁，2022年，8月28日理論解析解——q（x，y)不同荷載應(yīng)力：1、Winkler——溫克勒地基特點(diǎn)（“浮板”）2、Westergaard解——溫克勒地基上的小撓度彈性無限大板（板中）、半無限大（板邊）、四分之一無限大（角隅）的解答，Kelly根據(jù)阿靈頓試驗(yàn)段結(jié)果進(jìn)行修正3、Hogg解——彈性半空間體地基上的小撓度彈性無限大圓板（軸對稱課題）溫度應(yīng)力：1、均勻降溫應(yīng)力——板塊尺寸有限而舍去2、翹曲應(yīng)力——線性變溫、板受到地基完全約束情況下的Westergaard解第九頁，共三十頁，2022年，8月28日理論還未解決的問題1、彈性地基上有限尺寸板的解答；2、規(guī)范中設(shè)計(jì)方法給出的計(jì)算諾模圖采用了有限元計(jì)算方法，是一種數(shù)值方法。第十頁，共三十頁，2022年，8月28日水泥混凝土路面設(shè)計(jì)內(nèi)容1、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)——結(jié)合規(guī)范2、平面尺寸設(shè)計(jì)、配筋設(shè)計(jì)——常用3、厚度設(shè)計(jì)——基于理論和設(shè)計(jì)計(jì)算第十一頁，共三十頁，2022年，8月28日規(guī)范設(shè)計(jì)方法——基本公式分析公式構(gòu)成，各項(xiàng)物理意義。其標(biāo)準(zhǔn)是：因荷載和溫度產(chǎn)生的某最不利荷載作用位置處的疲勞應(yīng)力，在一定可靠度保證的情況下，小于等于材料的抗折強(qiáng)度，不發(fā)生拉裂破壞。第十二頁，共三十頁，2022年，8月28日第一項(xiàng)——可靠度系數(shù)來源：材料不均勻、施工過程的不均勻、厚度的不均勻等造成實(shí)際路面與設(shè)計(jì)路面的差異，為保證設(shè)計(jì)路面的可靠性，需要引入該參數(shù)實(shí)際采用的目標(biāo)可靠度是多因素根據(jù)累積數(shù)據(jù)分析綜合得到反過來，可靠度可用于控制施工中的參數(shù)變異——不詳細(xì)講，示意規(guī)范可靠度要求表第十三頁，共三十頁，2022年，8月28日右側(cè)項(xiàng)——抗折強(qiáng)度由材料試驗(yàn)得到，或根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)選取試驗(yàn)方法：小梁試件，三分點(diǎn)加載，單次加載至破壞（單次強(qiáng)度試驗(yàn)）第十四頁，共三十頁，2022年，8月28日應(yīng)力項(xiàng)之一——荷載應(yīng)力兩個(gè)層次——單次標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下，最不利荷載作用位置處的拉應(yīng)力；該處的荷載疲勞應(yīng)力荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算公式的構(gòu)成三修正系數(shù)：傳荷、疲勞、動(dòng)偏載修正單次應(yīng)力第十五頁，共三十頁，2022年，8月28日單次應(yīng)力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)荷載在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力公式分析：1、回歸公式，通過有限元計(jì)算得到；2、基層及其以下以Et簡化表征，彈性半空間體；3、無板與地基摩擦相關(guān)系數(shù)，滑動(dòng)處理；結(jié)論：參考了經(jīng)典解析解的一般原理但不同點(diǎn)在哪里？——有限尺寸板，但公式中無相關(guān)參數(shù)第十六頁，共三十頁，2022年，8月28日臨界荷載位置定義：其他條件相同，標(biāo)準(zhǔn)荷載移動(dòng)在有限尺寸板上，如果在板體內(nèi)某處（通常是板頂）出現(xiàn)了最大拉應(yīng)力，則確定該位置為最不利荷載位置，由此引起的應(yīng)力是單次應(yīng)力計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)取值。方法：有限元內(nèi)分布荷載進(jìn)行搜索，尋找最大拉應(yīng)力位置，比較拉應(yīng)力大小，最終確定最不利荷位。特點(diǎn)：是一種極限（可能出現(xiàn)的最大）的情況第十七頁，共三十頁，2022年，8月28日相對剛度半徑來源：荷載單次作用應(yīng)力計(jì)算過程中引入的一個(gè)組合參數(shù)，由地基當(dāng)量回彈模量、水泥混凝土模量的比值及板厚確定物理意義的理解：可認(rèn)為是荷載在板中引起的應(yīng)力響應(yīng)范圍，水泥混凝土模量越高、地基模量越低，厚度越大，則在標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的板塊承擔(dān)的荷載效應(yīng)越多，響應(yīng)范圍越大。注意點(diǎn)：相對剛度半徑針對不同的地基模型有不同的計(jì)算公式。第十八頁，共三十頁，2022年，8月28日傳荷、動(dòng)偏載與疲勞修正系數(shù)傳荷修正——相鄰板的分擔(dān)作用，小于1動(dòng)偏載修正——?jiǎng)恿_擊與偏載，大于1疲勞修正——考慮了疲勞效應(yīng)，往往兩種方式，一種是放大單次應(yīng)力（乘以大于1的系數(shù)），一種是減小材料強(qiáng)度（乘以小于1的系數(shù)）觀察公式發(fā)現(xiàn)，這里考慮了荷載重復(fù)作用次數(shù)第十九頁，共三十頁，2022年，8月28日設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)特點(diǎn)：1、實(shí)際交通荷載（軸載）變化很大；2、需要考慮板塊的累積疲勞效應(yīng)；3、計(jì)算單次應(yīng)力往往只能針對一種特定的荷載（標(biāo)準(zhǔn)軸載）4、引出軸載換算和交通量分布概念5、給出換算與車道分配系數(shù)取值方法第二十頁，共三十頁，2022年，8月28日輪跡橫向分布第二十一頁，共三十頁，2022年，8月28日車道分配系數(shù)指交通量在道路橫向各車道上的分布規(guī)律。設(shè)計(jì)時(shí)按交通量分配最多的車道上的交通量作為設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)時(shí)的參數(shù)（再一次的最不利）。如果滿足要求，則橫向其它位置也應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)要求。第二十二頁，共三十頁，2022年，8月28日應(yīng)力項(xiàng)之二——翹曲應(yīng)力兩個(gè)層次——根據(jù)自然區(qū)劃確定的溫度梯度確定的單次翹曲應(yīng)力，長期的翹曲重復(fù)作用的影響溫度疲勞應(yīng)力計(jì)算公式的構(gòu)成公式分析：單次應(yīng)力計(jì)算公式與Westergaard解形式相似而應(yīng)力系數(shù)取值不同（理論解、數(shù)值解回歸）第二十三頁，共三十頁，2022年，8月28日翹曲應(yīng)力疲勞修正特點(diǎn)：1、與路面所處自然區(qū)劃有關(guān)，不同自然區(qū)劃的可能最大溫度梯度不同2、修正系數(shù)一般小于1原因：考慮了單次應(yīng)力為板完全受地基約束，而實(shí)際不可能，且長期重復(fù)后，有應(yīng)力松弛，對單次應(yīng)力進(jìn)行折減。第二十四頁，共三十頁，2022年，8月28日實(shí)踐性教學(xué)1、給出算例，給出設(shè)計(jì)流程2、按步驟教學(xué)設(shè)計(jì)方法3、課程實(shí)習(xí)安排相關(guān)設(shè)計(jì)內(nèi)容第二十五頁，共三十頁，2022年，8月28日問題1板和地基到底是滑動(dòng)還是約束？1、實(shí)際的情況可認(rèn)為偏滑動(dòng)；2、在計(jì)算荷載應(yīng)力時(shí)滑動(dòng)，在計(jì)算翹曲應(yīng)力時(shí)約束，都是按最不利去考慮。第二十六頁，共三十頁，2022年，8月28日問題2水泥路面、瀝青路面中有兩個(gè)概念——車道分配系數(shù)、橫向分布系數(shù)（車道系數(shù)）有什么關(guān)系？本質(zhì)上是一回事，都是考慮最不利位置處（一般行車道輪跡帶）可能作用的最大次數(shù)，叫法不同。第二十七頁，共三十頁，2022年，8月28日問題3溫克勒地基和半空間體地基到底哪個(gè)更好？能否發(fā)展出彈性層狀體系地基，與瀝青路面設(shè)計(jì)理論統(tǒng)一。兩種地