水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).ppt

1、,水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)層認(rèn)知,普通混凝土路面 鋼筋混凝土路面 連續(xù)配筋混凝土路面 預(yù)應(yīng)力混凝土路面 裝配式混凝土路面 鋼纖維混凝土路面 碾壓混凝土路面 裸石露石混凝土路面,水泥混凝土路面分類,水泥混凝土路面： 包括普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土、裝配式混凝土和鋼纖維混凝土等面層板和基（墊）層所組成的路面。 普通混凝土路面： 是指除接縫區(qū)和局部范圍（邊緣和角隅）外不配置鋼筋的混凝土路面。,基本概念,鋼筋混凝土路面簡(jiǎn)介 適用場(chǎng)合：混凝土板塊尺寸較大時(shí)，或基層易產(chǎn)生不 均勻沉降或板下埋有地下設(shè)施時(shí)。 特點(diǎn)：配置縱、橫向鋼筋網(wǎng)，主要目的是控制裂縫縫 隙的張開(kāi)量； 配筋計(jì)算，每延米的

2、配筋量 ：,A =,3.2 Ls h f sy,注意：鋼筋最小間距大于最大粒徑兩倍以上，搭接長(zhǎng) 度應(yīng)為直徑的24倍以上，鋼筋保護(hù)層厚度大于5cm； 板長(zhǎng)一般10-20m，不超過(guò)30m。 42,裝配式混凝土路面簡(jiǎn)介(Prefabricated 彈性板： 因?yàn)榘宓哪Ａ扛撸瑧?yīng)力承受能力強(qiáng)，一般受力不超過(guò)彈性比例極限應(yīng)力，撓度與板厚相比很小。 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論： 彈性地基上的小撓度薄板理論,水泥混凝土路面的力學(xué)模式,水泥混凝土路面的工作及設(shè)計(jì)特點(diǎn),1、抗彎拉強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度，決定路面板厚度的強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo) 是抗彎拉強(qiáng)度；2、車輪荷載作用主要的影響是疲勞效應(yīng)；3、溫度差造成板內(nèi)有應(yīng)力出現(xiàn)翹曲變形及翹曲應(yīng)

3、力，也有疲 勞特性；4、板的使用還受限于支承條件，不均勻支承或板底脫空對(duì)板 內(nèi)應(yīng)力的影響極大；,設(shè)計(jì)要求：,1.路基和基層設(shè)計(jì)： 要求密實(shí)、均勻、穩(wěn)定和防凍厚度及E大于規(guī)定值。,2.混凝土材料組成設(shè)計(jì)： 配合比及材料要達(dá)到高強(qiáng)、耐磨和抗凍。,3.路面板幾何尺寸設(shè)計(jì)： 平面尺寸、板厚設(shè)計(jì)，以使強(qiáng)度（p,t）滿足要求。,4.接縫及配筋設(shè)計(jì)： 選接縫類型、布置接縫位置、確定接縫構(gòu)造，以提高接縫傳荷能力。,公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D40-2002: 以彈性半空間地基有限大矩形板模型為基礎(chǔ)，以100KN單軸雙輪標(biāo)準(zhǔn)軸載作用于矩形板縱向邊緣中部產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力控制設(shè)計(jì)。,設(shè)計(jì)理論與方法,彈性地

4、基板體系理論簡(jiǎn)介,基本概念： 在彈性力學(xué)里，兩個(gè)平行面和垂直于這兩個(gè)平行面所圍成的柱面或棱柱面簡(jiǎn)稱板；兩個(gè)板面之間的距離h稱厚度；平分厚度h的平面稱為板的中面。如果板的厚度h遠(yuǎn)小于中面的最小邊尺寸b（如b/8b/5），這種板稱薄板。在薄板彎曲時(shí)，中面所形成的稱為薄板彈性曲面，而中面內(nèi)各點(diǎn)在垂直方向的位移稱為撓度。,彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介,薄板下的地基有兩種： 文克勒地基 彈性半無(wú)限地基 彈性地基小撓度薄板理論： 混凝土路面板常做成等厚式，其厚度不到平面尺寸的1/10，在輪載作用下的豎向位移(稱作撓度)又比厚度小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，可把混凝土板看作是均質(zhì)、各向同性、無(wú)重量、等厚的小撓度彈性薄板。,采用此

5、理論時(shí)三個(gè)基本假設(shè)： 垂直于中面方向的應(yīng)變及其微小，可以忽略不計(jì)； 垂直于中面的法線，在彎曲變形后均保持為直線并垂直于中面，故無(wú)橫向剪切應(yīng)變； 中面上各點(diǎn)無(wú)平行于中面的位移。 板與基礎(chǔ)之間始終保持接觸，且面剪應(yīng)力為零。,彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介,基（墊）層、路基可看成彈性地基，它對(duì)路面只有向上的豎向反力，且地基與板完全接觸（不脫離），即撓度相同。,在研究豎向荷載作用下的小撓度板問(wèn)題時(shí)，常采用下列三項(xiàng)基本假設(shè)：,1. z,z0,W為（x，y)的函數(shù)。,2. 無(wú)橫向剪應(yīng)變，xz=yz=0。,3. 中面上各點(diǎn)無(wú)x、y方向位移，u=v=0 ,只有W 。,彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介,板撓曲面微分方程,平衡方程

6、：,板撓曲面微分方程,則板撓曲面微分方程為：,由幾何方程和物理方程，得出應(yīng)力應(yīng)變位移方程：,采用圓柱坐標(biāo)時(shí)：,變換,彎矩與扭矩,積分,推導(dǎo)得,同理,撓曲面微分方程推導(dǎo)：,要求解方程，必須建立地基反力與薄板撓度間的關(guān)系，因此，必須對(duì)地基變形進(jìn)行假設(shè)。,一、文克勒地基,假設(shè)地基上任一點(diǎn)的反力僅同該點(diǎn)的撓度成正比,以反應(yīng)模量K表征的地基,2.Winkler地基解析解：,1）板中受荷時(shí)：,當(dāng)0.5h時(shí)，偏差較大，用,代替。,2）板邊部中受荷時(shí)：,當(dāng)0.5h時(shí)，偏差較大，用b代替。,3）板角受荷時(shí)：,當(dāng)板角脫開(kāi)時(shí)：,下降。,在以上諸式中，l為板的相對(duì)剛度,例題：黃河JN-150型車后軸一側(cè)雙輪組，P=5

7、0.8KN，p=0.7MPa，h=0.22m, Ec=30000MPa，c=0.15,k=50MPa,求不同輪載位置時(shí)的最大應(yīng)力值。,解：雙輪組按單圓荷載考慮,查圖得：C i=1.29，C e=1.92，C c=1.69，Cc=2.43,板中應(yīng)力：,板邊中部應(yīng)力：,板角應(yīng)力：,二、彈性半無(wú)限地基,撓度計(jì)算公式,以彈性模量和泊松比表征的地基,當(dāng)荷載作用于板中時(shí),求解方法： 應(yīng)用彈性地基上無(wú)限大板軸對(duì)稱的理論解進(jìn)行計(jì)算。,輪下彎矩：,彈性半無(wú)限地基解析解,當(dāng)荷載距計(jì)算點(diǎn)一定距離時(shí),求解方法： 視為集中荷載求解,M t M r,輪外彎矩：,對(duì)稱多輪載,求解方法： 取荷載最大的輪跡中心 作為計(jì)算點(diǎn)，按

8、圓形均布荷 載計(jì)算板中最大彎矩；其它 輪子按集中荷載計(jì)算其在主 輪輪跡中心下成熟的附加彎 矩和切向彎矩，然后轉(zhuǎn)換為x 和y向彎矩后疊加。,彈性地基板的有限元解,工程實(shí)踐中采用的混凝土路面板基本上都屬于有限尺寸的矩形板，并非無(wú)限大板。對(duì)于彈性半空間體地基上有限尺寸矩形板的板中、板邊和板角作用車輪荷載時(shí)，求解相應(yīng)位置的撓度和彎矩在數(shù)學(xué)上遇到很大困難。而有限元方法是結(jié)構(gòu)和連續(xù)介質(zhì)應(yīng)力分析中的一種較有效的計(jì)算方法。 現(xiàn)行公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D402002）用有限元法分析了荷載作用下板的極限應(yīng)力值，由此給出了應(yīng)力計(jì)算諾漠圖。,可分析不規(guī)則板(交叉口的梯形板、三角板、缺口板) 可計(jì)算有限尺

9、寸的板（使得板邊、板角的分析成為可能） 可考慮各種實(shí)際的邊界約束和支承狀況（如傳力捍、脫空等，非均勻支承） 可分析各種荷位和載荷組合（找到最荷位及荷載組合）,有限元法比解析解的優(yōu)越性：,彈性半空間地基板體系理論荷載應(yīng)力分析（有限元法）,一、臨界荷位 選取混凝土板的縱向邊緣中部作為產(chǎn)生荷載應(yīng)力和溫度梯度綜合疲勞損傷的臨界荷位。,二、荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算,水泥混凝土板為四邊自由板時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力,r 混凝土板的相對(duì)剛度半徑(m)； h 混凝土板厚度(m)； Ec 水泥混凝土的彎拉彈性模量（MPa） Et 基層頂面當(dāng)量回彈模量（MPa）, 單層水泥混凝土板路面荷載應(yīng)力分析,考慮縱向

10、和橫向接縫傳荷能力，修正后的荷載疲勞應(yīng)力：,綜合系數(shù) kc,標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力（MPa）； 標(biāo)準(zhǔn)軸載在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力（MPa）； Kr 考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)。 縱縫為設(shè)拉桿的平縫或縮縫時(shí)，可取為0.870.92（剛性和半剛性基層取低 值，柔性基層取高值）； 縱縫為不設(shè)拉桿的平縫或自由邊時(shí)，取為1.0； Kf 考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)， V 與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù) 普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土取0.057； 碾壓混凝土和貧混凝土，取0.065。 Kc 考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)，按下

11、表取用。,Kf=Nev, 單層水泥混凝土板路面荷載應(yīng)力分析,雙層混凝土板的臨界荷位仍為縱向邊緣中部，標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在臨界荷位處產(chǎn)生的上、下層混凝土板的荷載應(yīng)力計(jì)算公式仍為：,雙層水泥混凝土板路面荷載應(yīng)力分析,等剛度法將不同接觸狀況的雙層板轉(zhuǎn)換為剛度相當(dāng)?shù)膯螌影澹缓蟀磸椥缘鼗系漠?dāng)量單層板計(jì)算荷載應(yīng)力，再根據(jù)上、下層板的剛度計(jì)算各層所分擔(dān)的彎矩和應(yīng)力。,h01、h02 上下層混凝土板厚度(m)； Ec1、 Ec2上下層混凝土板的彎拉彈性模量（MPa） Ku層間結(jié)合系數(shù)，分離式Ku=0，結(jié)合式Ku=1；,雙層水泥混凝土板路面荷載應(yīng)力分析,雙層水泥混凝土板路面荷載應(yīng)力分析,Dg 雙層混凝土板的截面總

12、剛度(MN-m)；,hx 下層板中面至結(jié)合式雙層板中性面的距離(m)；,rg 雙層混凝土板的相對(duì)剛度半徑；,基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et,混凝土面板下的地基包括路基和根據(jù)需要設(shè)置的墊層與基層，其整體路面結(jié)構(gòu)為彈性多層體系。分析板內(nèi)荷載應(yīng)力時(shí)，應(yīng)將多層體系換算為半無(wú)限體，以其頂面的當(dāng)量回彈模量作為半無(wú)限地基的模量值。 1）新建公路基層頂面的當(dāng)量回彈模量值,基層頂面的當(dāng)量回彈模量,2）原有柔性路面頂面的當(dāng)量回彈模量值,在原有柔性路面上鋪筑水泥混凝土路面時(shí)，應(yīng)通過(guò)承載板試驗(yàn)確定原有柔性路面頂面的當(dāng)量回彈模量Et；如用汽車實(shí)測(cè)路段的回彈彎沉值，可按柔性路面舊路補(bǔ)強(qiáng)法中的計(jì)算方法確定計(jì)算回彈彎沉值l0后，

13、確定其基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et：,l0以后軸重100kN的車輛測(cè)得的計(jì)算回彈彎沉值（1/100mm）。,1.脹縮應(yīng)力 膨脹： 當(dāng)氣溫緩慢變化時(shí)，板內(nèi)溫度均勻升降，則面板沿?cái)嗝娴纳疃染鶆蛎浛s。由于板與基層之間的摩阻約束，在溫度升降時(shí)板中部不能移動(dòng)，得面板脹縮完全受阻時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力為：,對(duì)于板邊緣中部或窄長(zhǎng)板 ：,2) 收縮： 板劃分為有限尺寸塊后，因收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力很小，可不予考慮。,三、溫度應(yīng)力,產(chǎn)生原因： 由于板的自重、地基反力和相鄰板的鉗制作用，使部分翹曲變形受阻，從而使板內(nèi)產(chǎn)生翹曲應(yīng)力。 由氣溫升高引起的板中部隆起受到限制時(shí)，板底面出現(xiàn)拉應(yīng)力；而當(dāng)氣溫降低引起的板四周翹起受阻時(shí)，板頂面

14、出現(xiàn)拉應(yīng)力。,混凝土板翹曲變形,2.翹曲應(yīng)力,在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力,最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力; c混凝土的線膨脹系數(shù)(1/)，通?？扇?10-5/； h 混凝土面板厚度(cm)； Tg 所在地混凝土面板的最大溫度梯度(/cm)； Bx 綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力作用的溫度應(yīng)力系數(shù)，按板長(zhǎng) L與板相對(duì)剛度 半徑r的比值 L/r 和板厚 h 由諾謨圖確定。 kt 考慮溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。, 單層水泥混凝土板路面溫度應(yīng)力分析,水泥混凝土板路面溫度應(yīng)力分析,疲勞應(yīng)力系數(shù)kt, 單層水泥混凝土板路面溫度應(yīng)力分析,回歸系數(shù)a、b、c,溫度應(yīng)力系數(shù)Bx,水泥混凝土面層的最大溫

15、度梯度標(biāo)準(zhǔn)值Tg ，可按照公路所在地的公路自然區(qū)劃，按下表 選用。,注：海拔高時(shí)，取高值；濕度大時(shí)，取低值。,最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值Tg,最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值Tg, 雙層水泥混凝土板路面溫度應(yīng)力分析,分離式雙層混凝土板上層最大溫度應(yīng)力,式中： Bx1分離式雙層混凝土板的溫度應(yīng)力系數(shù)； Bx 上層混凝土板的溫度應(yīng)力系數(shù)，按l /rg，h01查圖； Cx 混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力系數(shù)，按l /rg查圖；,溫度應(yīng)力系數(shù)Bx、Cx,結(jié)合式雙層混凝土板下層最大溫度應(yīng)力,式中： Bx2結(jié)合式雙層混凝土板的溫度應(yīng)力系數(shù)； Bx 下層混凝土板的溫度應(yīng)力系數(shù)，按l /rg，（h01+ h02）查圖；,1、結(jié)構(gòu)可靠性的含

16、義 結(jié)構(gòu)可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間(設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期)內(nèi)、規(guī)定條件下(正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù))完成預(yù)定功能的能力。 其功能要求為: (1)安全性； (2)適用性； (3)耐久性。 當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過(guò)承載能力極限狀態(tài)，就可能產(chǎn)生以下后果： （1）由于材料強(qiáng)度不夠而破壞，或因疲勞而破壞； （2）產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形而不能繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定； （3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系。超過(guò)這一極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件就不能滿足其預(yù)定的安全性要求,路面結(jié)構(gòu)的可靠度 (了解內(nèi)容）,在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在環(huán)境條件和荷載作用下，路面能夠發(fā)揮其預(yù)期功能的概率。 我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法：路面板的車輛荷載疲勞應(yīng)力

17、及溫度疲勞應(yīng)力之和小于混凝土的極限抗折強(qiáng)度。,2、水泥混凝土路面可靠度的定義,1、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、目標(biāo)可靠度和變異水平,目標(biāo)可靠度是所設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有的可靠度水平。選定較高的目標(biāo)可靠度，在各設(shè)計(jì)參數(shù)的變異水平不變時(shí)，所設(shè)計(jì)的路面厚度較大，初期建設(shè)費(fèi)用較高，但使用期間的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和車輛運(yùn)行費(fèi)用較低；若選定較低的目標(biāo)可靠度，則所設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)較薄，初期修建費(fèi)用可以降低，但使用期間的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和車輛運(yùn)行費(fèi)用將會(huì)提高。,水泥混凝土路面可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),水泥路面設(shè)計(jì)參數(shù),2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的變異水平分級(jí),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的變異水平分級(jí),水泥路面設(shè)計(jì)參數(shù),可靠度系數(shù)rr,混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度,3、可靠度系數(shù),水泥路面設(shè)計(jì)

18、參數(shù),5、混凝土材料要求,交通分級(jí),4、交通分級(jí)指標(biāo),水泥混凝土路面以彎拉強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，取28d齡期的151555cm的水泥混凝土梁式試件，用三分點(diǎn)加載試驗(yàn)方法確定。 水泥混凝土的強(qiáng)度以28d齡期的彎拉強(qiáng)度控制。當(dāng)混凝土澆筑后90d內(nèi)不開(kāi)放交通時(shí)，可采用90d齡期的彎拉強(qiáng)度。各交通等級(jí)要求的混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不得低于表中規(guī)定值。,混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,5、混凝土材料要求,6. 防凍厚度,在季節(jié)性冰凍地區(qū)，路面的總厚度不應(yīng)小于表中規(guī)定的最小防凍厚度。,注：凍深小或填方路段，或者基、墊層為隔濕性能良好的材料，可采用低值；凍深大或挖方及地下水位高的路段，或者基、墊層為隔濕性能較差的材料，應(yīng)

19、采用高值； 凍深小于0.50m的地區(qū),一般不考慮結(jié)構(gòu)層防凍厚度。,水泥混凝土路面最小防凍厚度（m）,組合設(shè)計(jì)內(nèi)容： 面層 基層 墊層 路基,9.3 結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì),主要考慮交通等級(jí)、氣候、路基及材料情況，與柔性路面不同。,一、面層 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。 選擇方法： 面層一般采用設(shè)接縫的普通混凝土； 面層板的平面尺寸較大或形狀不規(guī)則，路面結(jié)構(gòu)下埋有地下設(shè)施，高填方、軟土地基、填挖交界段的路等有可能產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，應(yīng)采用設(shè)置接縫的鋼筋混凝土面層。,其它面層類型選擇,面層厚度參考范圍,均勻、穩(wěn)定的支承，防止唧泥、錯(cuò)臺(tái)，延長(zhǎng)壽命，施工方便。,要求有足夠剛度、穩(wěn)定性，斷面正

20、確、平整，耐沖蝕能力。,寬度比面板寬2535cm，或與路基同寬。,基層頂面當(dāng)量回彈模量Et不小于規(guī)范規(guī)定的E值。由此定基層的厚度h。 新建道路hmin=15cm， 補(bǔ)強(qiáng)（在柔性路面上）時(shí)，h=8cm(砂、礫石),h=10cm（水穩(wěn)類）,對(duì)巖石路基h=68cm。,二、基層,路基和結(jié)構(gòu)層參數(shù),二、基層 基層應(yīng)具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度。 基層類型宜依照交通等級(jí)按表選用。 混凝土預(yù)制塊面層應(yīng)采用水泥穩(wěn)定粒料基層,各類基層厚度的適宜范圍,三、墊層：,1）改善路基水溫狀況；,2）阻止路基土擠入基層；,3）保證路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以減少路基頂面的應(yīng)力和變形；,4）達(dá)到路面結(jié)構(gòu)總厚度；(對(duì)季節(jié)性冰凍地區(qū)

21、,路面有最小防凍厚度要求),5）具有一定的強(qiáng)度、好的水穩(wěn)性、抗凍性。,三、墊層 遇有下述情況時(shí)，需在層基下設(shè)置墊層： 季節(jié)性冰凍地區(qū)，路面總厚度小于規(guī)范規(guī)定最小防凍厚度要求時(shí)，其差值應(yīng)以墊層厚度補(bǔ)足； 水文地質(zhì)條件不良的土質(zhì)路塹，路床土濕度較大時(shí)，宜設(shè)置排水墊層； 路基可能產(chǎn)生不均勻沉降或不均勻變形時(shí)，可加設(shè)半剛性墊層。,注意事項(xiàng)： 墊層的寬應(yīng)與路基同寬，其最小厚度為150mm。 防凍墊層和排水墊層宜采用砂、砂礫等顆粒材料。 半剛性墊層可采用低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料或土。,四、路基 路基應(yīng)穩(wěn)定、密實(shí)、均質(zhì)，對(duì)路面結(jié)構(gòu)提供均勻的支承。,高液限粉土及塑性指數(shù)大于16或膨脹率大于3的低液限粘土，不能

22、用做高速公路和一級(jí)公路的上路床填料。 因條件限制而必須采用上述土做填料時(shí)，應(yīng)摻加石灰或水泥等結(jié)合料改善。 地下水位高時(shí)，宜提高路堤設(shè)計(jì)標(biāo)高。 路基壓實(shí)度應(yīng)符合公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。 巖石或填石路床頂面應(yīng)鋪設(shè)整平層。,路基：控制變形，如不均勻變形脫空現(xiàn)象應(yīng)力增大破壞。,措施：按填筑規(guī)則填；壓實(shí)時(shí)含水量 最佳；壓實(shí)度、排水、加固、設(shè)墊層。,注意事項(xiàng)： 高液限粘土及含有機(jī)質(zhì)細(xì)粒土，不能用做高速公路和一級(jí)公 路的路床填料或二級(jí)及以下公路和上路床填料；,我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法,我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法采用單軸雙輪組100KN標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的彈性半空間體系地基有限大矩形薄板理論有限元解為理論基礎(chǔ)，

23、以路面板縱縫邊緣荷載與溫度綜合疲勞彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行路面板厚度計(jì)算。 設(shè)計(jì)完成后，路面板的綜合疲勞彎拉應(yīng)力應(yīng)滿足以目標(biāo)可靠度為依據(jù)的極限狀態(tài)平衡方程式。,1、設(shè)計(jì)流程,我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法JTG D40-2002,設(shè)計(jì)內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)參數(shù) 荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算 溫度疲勞應(yīng)力計(jì)算 板厚確定步驟,設(shè)計(jì)內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn),（1）路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) 根據(jù)該路的交通情況，結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境氣候條件和材料供應(yīng)情況綜合考慮。包括各層的結(jié)構(gòu)類型、彈性模量和厚度的確定。 （2）混凝土面板厚度設(shè)計(jì) 混凝土面板厚度設(shè)計(jì)，應(yīng)按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，確定滿足設(shè)計(jì)年限內(nèi)使用要求所需的混凝土面層的厚度。 （3）混凝土面板的平面尺寸與接縫

24、設(shè)計(jì) 根據(jù)混凝土面層板內(nèi)產(chǎn)生的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力作出板的平面尺寸設(shè)計(jì)，布設(shè)各類接縫的位置，設(shè)計(jì)接縫的構(gòu)造，并采取有效措施提高接縫的傳荷能力。,設(shè)計(jì)內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn),（4）路肩設(shè)計(jì) 高速公路和一級(jí)公路中間帶的路緣帶和路肩的結(jié)構(gòu)應(yīng)與行車道的混凝土路面相同，并與行車道部分的混凝土面板澆筑成整體。路肩可采用水泥混凝土面層或?yàn)r青混合料面層，其基（墊）層結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足行車道路面結(jié)構(gòu)和排水的要求。 （5）普通混凝土路面配筋設(shè)計(jì) 普通混凝土路面板較長(zhǎng)或交通量較大、地基有不均勻沉降或板的形狀不規(guī)則時(shí)，可沿板的自由邊緣加設(shè)補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，在角隅處加設(shè)發(fā)針形鋼筋或鋼筋網(wǎng)，以阻止可能出現(xiàn)的裂縫。,設(shè)計(jì)參數(shù),標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算 交通分

25、級(jí)和累計(jì)作用次數(shù) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的變異性和路面結(jié)構(gòu)的可靠度 基層頂面的當(dāng)量回彈模量 水泥混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算,以軸重100kN的單軸-雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。不同軸-輪型和軸載的作用次數(shù)，可按等效疲勞損壞原則換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。,交通分級(jí)和累計(jì)作用次數(shù),設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)設(shè)計(jì)車道的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne：,臨界荷位車輛輪跡橫向分布系數(shù),交通分級(jí),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的變異性和路面結(jié)構(gòu)的可靠度,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的變異水平分級(jí),基層頂面的當(dāng)量回彈模量,將多層體系換算為半無(wú)限體，以其頂面的當(dāng)量回彈模量作為半無(wú)限地基的模量值。 1）新建公路基層頂面的當(dāng)量回彈模量值,基層頂面的當(dāng)量回彈模量,2）原

26、有柔性路面頂面的當(dāng)量回彈模量值,l0以后軸重100kN的車輛測(cè)得的計(jì)算回彈彎沉值（1/100mm）。,路基和結(jié)構(gòu)層參數(shù),E0,E1、E2,水泥混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度,水泥混凝土路面以彎拉強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，取28d齡期的151555cm的水泥混凝土梁式試件，用三分點(diǎn)加載試驗(yàn)方法確定。 設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度必須滿足規(guī)范規(guī)定的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)，為保證路面有較高的耐久性、耐磨性和抗凍性?；炷恋膹澙瓘椥阅Ａ坎粦?yīng)低于下表值 。,混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,荷載疲勞應(yīng)力,水泥混凝土板為四邊自由板時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力,考慮縱向和橫向接縫傳荷能力，修正后的荷載疲勞應(yīng)力,標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載

27、疲勞應(yīng)力（MPa）； 考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)。縱縫為設(shè)拉桿的平縫或縮縫時(shí)，可取為0.870.92（剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值）；縱縫為不設(shè)拉桿的平縫或自由邊時(shí)，取為1.0； 考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)， v與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土取0.057；碾壓混凝土和貧混凝土，取0.065。 考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)，按公路等級(jí)由表14-9取用。,溫度疲勞應(yīng)力,在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力,最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力， c混凝土的線膨脹系數(shù)(1/)，通常可取110-5/； h 混凝土面板厚度(

28、cm)； Tg 所在地混凝土面板的最大溫度梯度(/cm)； Bx 綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力作用的溫度應(yīng)力系數(shù)，按板長(zhǎng)L與板相對(duì)剛度半徑r的比值L/r和板厚h由諾謨圖確定。 kt 考慮溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。,水泥混凝土板厚確定,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)，計(jì)算設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累積作用次數(shù)，由此確定道路的交通等級(jí)，并確定安全等級(jí)； 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、面層板平面尺寸和接縫構(gòu)造； 確定材料參數(shù)確定混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度和彈性模量，基層、墊層和路基的回彈模量，基層頂面的當(dāng)量回彈模量；,水泥混凝土板厚確定,計(jì)算荷載疲勞應(yīng)

29、力和溫度應(yīng)力； 檢驗(yàn)初擬路面結(jié)構(gòu)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，根據(jù)可靠度系數(shù)，按下述條件檢驗(yàn) 可靠度系數(shù) 上述檢驗(yàn)條件如不符合，則重新擬定路面結(jié)構(gòu)或板的尺寸，重新計(jì)算，直到滿足為止。設(shè)計(jì)厚度依計(jì)算厚度按10mm向上取整。,一、接縫的設(shè)計(jì) 1. 設(shè)縫目的：防止溫度變化引起的脹縮應(yīng)力、翹曲應(yīng)力和施工要求。,溫度升高時(shí),溫度降低時(shí),9.5 接縫及配筋設(shè)計(jì),2. 接縫種類： 從接縫的方向分：橫縫、縱縫 橫縫：垂直于行車方向的接縫 縱縫：平行于行車方向的接縫, 從接縫的功能分：縮縫、脹縫、施工縫 縮縫：保證板因溫度和濕度的降低而收縮時(shí)沿該薄弱斷面縮裂

30、，從而避免產(chǎn)生不規(guī)則的裂縫。 脹縫：保證板在溫度升高時(shí)能部分伸張，從而避免產(chǎn)生路面板在熱天的拱脹和折斷破壞，同時(shí)也能起到縮縫的作用。 施工縫：每天完工或因雨天及其它原因不能繼續(xù)施工時(shí)，應(yīng)做到脹縫處或縮縫處，并做成施工縫的構(gòu)造形式。,9.5 接縫及配筋設(shè)計(jì),1）縱縫： 有縮縫和施工縫；當(dāng)一次鋪筑小于路面寬度時(shí)，應(yīng)設(shè)施工縫。,當(dāng)一次鋪筑寬度大于路面容許的板寬（4.04.5m)時(shí)，應(yīng)設(shè)縱向縮縫。,縮縫做成假縫形式，即鋪筑時(shí)僅在板的上部設(shè)縫槽，而板的收縮和翹曲會(huì)使縫槽下的混凝土自行斷裂。由于斷裂表面凹凸不平、互相嵌鎖，使這類接縫具有一定的傳荷能力。縫槽深度要適中，過(guò)淺，混凝土截面的強(qiáng)度削弱得不夠，從而

31、不能保證以后的斷裂發(fā)生在接縫的位置上；過(guò)深，不規(guī)則斷裂面積過(guò)少，接縫的傳荷能力就降低。一般縫槽深為1/41/5h。槽寬盡可能窄些，一般為38mm?？v向縮縫也應(yīng)設(shè)拉桿，以避免板塊橫向位移并保證接縫的傳荷能力。,縱縫設(shè)置的橫向拉桿，一般采用螺紋鋼筋，中部10cm范圍內(nèi)應(yīng)刷防銹涂料。每延米縱縫所需的拉桿鋼筋面積As(c) ：,B、h混凝土板的寬度（m）和 厚度（cm）； s鋼筋的容許拉應(yīng)力，螺紋鋼筋取160MPa，光園鋼筋取135MPa。,拉桿應(yīng)具有足夠的長(zhǎng)度，使錨固在混凝土內(nèi)的拉桿能發(fā)揮其抗拉能力。此外，還要考慮施工誤差，應(yīng)留有一定的余地（例如5cm），故拉桿的長(zhǎng)度Ls(cm)，按下式確定：,ds

32、拉桿鋼筋直徑（cm）; s鋼筋同混凝土的容許粘結(jié)應(yīng)力，螺紋鋼筋取1.8MPa,光園鋼筋取1.25MPa。拉桿的尺寸和間距可參見(jiàn)P217表9-12。,2）橫縫：有縮縫、施工縫和脹縫。,為減小混凝土的收縮應(yīng)力和溫度翹曲應(yīng)力而設(shè)置縮縫，橫向縮縫一般采用假縫形式，重交通時(shí)設(shè)傳力桿。傳力桿采用光圓鋼筋，一半以上長(zhǎng)度涂以瀝青或套上塑料膜套等，使之在混凝土收縮時(shí)能夠滑動(dòng)。,每天施工結(jié)束或混凝土澆筑中斷半小時(shí)以上時(shí)，需設(shè)置橫向施工縫。其位置宜設(shè)在脹、縮縫處。設(shè)在縮縫處的橫向施工縫采用平口加傳力桿型，若施工縫設(shè)在兩條縮縫中間，則做成企口加拉桿型。,設(shè)置脹縫的目的：使混凝土板有膨脹的余地，從而避免產(chǎn)生過(guò)大的熱壓應(yīng)

33、力。脹縫采用平縫形式，下部設(shè)接縫板，上部為填縫料，并設(shè)置傳力桿。常用的脹縫縫隙寬度為2.02.5cm。詳見(jiàn)P218圖9-22。,2、接縫布置：,縱縫：車道線劃分處（33.75m寬），避免縱縫設(shè)在輪跡上。,橫縫：一般等間距垂直縱縫布設(shè)。兩側(cè)的橫縫應(yīng)對(duì)齊。 4、4.5、5、5.5、6m等，也可與縱縫斜交，減少行車跳動(dòng)。,脹縫： 盡量不設(shè)，但與其他結(jié)構(gòu)物（橋梁、隧道、柔性路面等）相接處、板厚變化處、小半徑彎道、縱坡變換處均應(yīng)設(shè)置脹縫。,二、配筋設(shè)計(jì)：,1、普通砼板的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋：,邊緣鋼筋：縱、橫向自由邊設(shè)置1216mm螺紋筋或光圓鋼筋，布設(shè)在板的下部，端部彎起，保護(hù)層5cm。,角隅鋼筋：脹縫兩側(cè)板的角

34、隅及板的銳角處，可選用兩根1216mm的螺紋鋼筋彎成發(fā)針型，布置在板的上部；板呈銳角形時(shí)，上下部都補(bǔ)強(qiáng)，雙層鋼筋網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)。,2、鋼筋砼板：當(dāng)混凝土板的屏幕尺寸較大或形狀不規(guī)則、板下埋置地下設(shè)施或地基有不均勻沉陷時(shí)，為防止裂縫縫隙張開(kāi)需配置鋼筋網(wǎng)。,鋼筋面積：,L為計(jì)算縱（橫）向筋時(shí)橫（縱）縫間距。,為使板內(nèi)應(yīng)力盡可能分散，宜用小直徑鋼筋?？v橫向鋼筋的直徑宜相同。鋼筋的最小直徑為：6mm(光圓筋）和10mm（螺紋筋）；鋼筋的最小間距為集料的兩倍。最大間距為：15cm（縱向，光圓筋）、35cm（縱向，螺紋筋）、30cm（橫向，光圓筋）、75cm（橫向，螺紋筋）。表9-14 鋼筋設(shè)在距頂面1/31/4

35、板厚處，搭接長(zhǎng)度大于25d，不小于25cm。,鋼筋混凝土板橫縫間距一般為1020m，最大不宜超過(guò)30m ，且需設(shè)置傳力桿,3.連續(xù)配筋砼路面： 不設(shè)橫縫，一般用于高速公路和一級(jí)公路。,9.6 混凝土加鋪層設(shè)計(jì),混凝土路面加鋪層指為提高原有混凝土路面的承載能力和改善表面功能而加，形成一種雙層混凝土路面。,一、加鋪層的結(jié)構(gòu)型式：,混凝土加鋪層可采用普通砼或鋼纖維混凝土等。而鋼纖維混凝土一般用于路面標(biāo)高受限制的地段。,1.結(jié)合式：新舊混凝土層牢固結(jié)合成整體。要求接縫必須與原板一致，但可不設(shè)拉桿（傳力桿），適用于原板完整無(wú)裂縫，或有一些裂縫但不再發(fā)展并已修復(fù)的情況。,2.直接式：原路面直接澆筑混凝土加鋪層。同樣要求接縫對(duì)齊，但接縫形式或縫隙寬度可不一定完全相同。適用于舊路面的結(jié)構(gòu)損壞不