路基路面工程14電子教案

1、第14章 水泥混凝土路面設(shè)計,14.1 彈性地基板力學分析 14.1.1 彈性地基板力學分析 (1)小撓度彈性薄板的基本假設(shè) 垂直于中面方向的應變z極其微小，可以忽略不計。 垂直于中面的法線，在彎曲變形前后均保持為直線并垂直于中面，因而無橫向剪切應變,中面上各點無平行于中面的位移，即Uz=0Vz=00 由第、點假設(shè)，應用幾何方程可得到應變與豎向位移的關(guān)系式 (2)板撓曲面微分方程 板中心撓曲面的微分方程為,板的應力：,圖14-1 彈性地基板微分單元受力分析,圖14-2 彈性地基板受荷時的彎曲,圖14-3 不同假設(shè)地基的表面變形圖 a）文克勒地基；b）彈性半空間體地基,14.1.2 文克勒地基板

2、的荷載應力分析,1)荷載作用于板中（荷位），荷載中心處板底最大彎拉應力 2)荷載作用于板邊緣中部（荷位），荷位下板底的最大彎拉應力 3)荷載作用于板角隅（荷位），最大拉應力產(chǎn)生在板的表面離荷載圓中心為x1的分角線上,圖14-4 三種荷載位置,14.1.3 彈性半空間地基板的荷載應力分析 對于外荷載與彈性地基板本身均屬于軸對稱的情況下,板內(nèi)徑向彎矩Mr與切向彎矩Mt的表達式,圖14-5 撓度計算式,圖14-6 在無限大圓板上的圓形均布荷載,圖14-7 距離集中荷載作用點為r處的彎矩,圖14-8 對稱的多組車輪荷載作用 在一塊板上的彎矩計圖式,14.2 水泥混凝土路面溫度應力分析,圖14-9 單軸

3、軸載作用于縱縫邊緣中部的應力計算圖,14.2.1 脹縮應力 面板脹縮完全受阻時所產(chǎn)生的應力 對于板邊緣中部或窄長板，則x0和y0,板劃分為有限尺寸板塊后，因收縮而產(chǎn)生的應力很小，可不予考慮。 14.2.2 翹曲應力 對有限尺寸板，沿板長（L）和板寬（B）方向的翹曲應力分別,圖14-10 混凝土面板的翹曲變形 a)氣溫升高時；b)氣溫降低時,在板邊緣中點：,板的剛性半徑計算公式 板中部 板邊緣中點,圖14-11 板溫度翹曲應力系數(shù)值,14.3 水泥混凝土路面的破壞形式和設(shè)計標準,14.3.1 破壞形式 (1)接縫的破壞 擠碎 拱起 錯臺 唧泥 (2)混凝土板本身的破壞 混凝土板的破壞主要是斷裂和

4、裂縫。,14.3.2 設(shè)計標準 我國規(guī)范采用混凝土面層厚度的設(shè)計方法，是按重復荷載產(chǎn)生的荷載應力和溫度應力綜合作用所產(chǎn)生的疲勞損壞確定混凝土板厚。,14.4 水泥混凝土路面板厚確定,14.4.1 設(shè)計內(nèi)容與標準 (1)路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計 (2)混凝土面板厚度設(shè)計 (3)混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計 (4)路肩設(shè)計 (5)普通混凝土路面配筋設(shè)計,14.4.2 設(shè)計參數(shù),(1)標準軸載與軸載換算 軸載換算公式 (2)交通分級、設(shè)計使用年限和累計作用次數(shù),標準軸載累計作用次數(shù)Ne,(3)基層頂面的當量回彈模量和計算回彈模量 1）新建公路基層頂面的當量回彈模量值 2）原有柔性路面頂面的當量回彈模量值,

5、圖14-12 雙層體系頂面的當量回彈模量Et計算圖,3）計算回彈模量Etc 4）水泥混凝土的設(shè)計強度與彎拉彈性模量 設(shè)計彎拉強度fcm 混凝土的試配強度,14.4.3 荷載疲勞應力 (1)臨界荷位 (2)荷載疲勞應力計算 修正后的荷載疲勞應力,圖14-13 臨界荷位,14.4.4 溫度疲勞應力 溫度疲勞應力 14.4.5 板厚確定 收集并分析交通參數(shù)收集日交通量和軸載組成數(shù)據(jù)，確定輪載分布系數(shù)，計算設(shè)計車道標準軸載日作用次數(shù)，由此確定道路的交通等級，并進而選定設(shè)計年限、選定交通量年平均增長率，計算使用年限內(nèi)標準軸載的累計作用次數(shù)。,初擬路面結(jié)構(gòu)初選路面結(jié)構(gòu)層次、類型和材料組成；擬定各層的厚度、

6、面層板平面尺寸和接縫構(gòu)造。 確定材料參數(shù)試驗確定混凝土的設(shè)計彎拉強度和彈性模量，基層、墊層和路基的回彈模量，基層頂面的當量回彈模量。 計算荷載疲勞應力由應力計算圖或公式得到標準軸載作用下板邊緣中部的最大荷載應力；按接縫類型選定接縫傳荷系數(shù)；按標準軸載累計作用次數(shù)計算得到疲勞應力系數(shù)；按交通等級選定綜合系數(shù)；綜合上述計算結(jié)果可得到荷載疲勞應力p。,計算溫度應力由所在地公路自然區(qū)劃選擇最大溫度梯度；按路面結(jié)構(gòu)和板平面尺寸計算最大溫度梯度時的溫度翹曲應力；按自然區(qū)劃和tm / fcm，確定溫度應力累計疲勞作用次數(shù)；由此計算確定溫度疲勞應力t。 檢驗初擬路面結(jié)構(gòu)按下述條件檢驗：,14.5 復合式混凝土

7、路面板厚計算,(1)設(shè)計參數(shù) 復合式混凝土路面的設(shè)計參數(shù)按照表14-7中普通混凝土及碾壓混凝土路面的參數(shù)確定。復合式路面板應按等剛度原則換算成單層混凝土板厚，然后按照式（14-29）計算基層頂面的計算回彈模量值。 (2)等效單層板,圖14-14 復合式混凝土路面計算圖式,截面上的應力合力平衡式 等剛度單層板的厚度 heq,(3)荷載應力計算 標準軸載作用下臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應力p 復合式路面板底的應力 (4)板厚確定 初估板厚即可作為設(shè)計板厚,14.6 其他幾種混凝土路面板厚計算簡介,14.6.1 碾壓混凝土路面 (1)荷載應力計算,(2)板厚的確定 按路面所承受的交通等級，參照表14-

8、10選擇初估板厚hi，由式(14-45)計算荷載疲勞應力p。當其不大于碾壓混凝土設(shè)計彎拉強度fc的103和不低于fc的95時，則初估板厚可作為設(shè)計板厚h。否則，應改選初估板厚，重新計算，直到滿足上述要求為止。,14.6.2 鋼筋混凝土路面 每延米板所需的配筋量,14.6.3 鋼纖維混凝土路面 鋼纖維混凝土路面的物理力學性質(zhì)比普通混凝土路面好，特別是它的抗疲勞強度、抗沖擊能力和防止裂縫的能力更好。 14.6.4 連續(xù)配筋混凝土路面 連續(xù)配筋混凝土路面會在溫度和濕度變化引起的內(nèi)應力作用下產(chǎn)生許多橫向裂縫，裂縫的間距為1.03.0m。但是，由于配置了許多縱向連續(xù)鋼筋，這些橫向裂縫不至于張開而使雜物進入或使混凝土剝落，因而不會影響行車的使用品質(zhì)。,14.7 水泥混凝土路面加鋪層設(shè)計,14.7.1 舊混凝土路面的技術(shù)調(diào)查和強度評定 (1)原有混凝土路面的技術(shù)調(diào)查 (2)路面結(jié)構(gòu)強度評定 1）基層頂面的當量回彈模量和計算回彈模量,圖14-15 混凝土路面表面彎沉系數(shù)計算圖,2）舊混凝土彎拉強度與彎拉彈性模量 舊混凝土的彎拉強度 舊混凝土的抗彎拉彈性模量 3）舊混凝土路面面板厚度,14.7.2 水泥混凝土路面加鋪層