《国内外水泥混凝土路面的设计标准与方法(共6页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国内外水泥混凝土路面的设计标准与方法(共6页).doc（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上国内外水泥混凝土路面的设计标准与方法摘要：水泥混凝土路面作为一种刚性路面，具有较高的力学强度。路面直接承受车辆的轮载与气候、磨耗等严酷环境条件的作用，因此要求路面混凝土具有抗折强度高、收缩变形小以及耐磨性与抗冻性好等性能。为使路面达到其使用要求，世界各国都对水泥混凝土路面的设计有着不同的标准与方法。每种设计标准和方法都有着不同的着重评价方面。文章对国内外水泥混凝土路面设计标准与方法进行了综述，并对各种方法进行了分析。关键词：水泥混凝土路面；设计标准；设计方法；国内外一、概述水泥混凝土路面作为一种高等级路面有很多的有点：路面强度高、承载能力大、耐磨耗能力强、能见度好、使
2、用寿命长、养护费用少及油耗少，正是因为有上述这些优点，水泥混凝土路面在世界各地被广泛的使用，也取得了较好的效果。本文先介绍了AASHTO设计方法、PCA设计方法和我国水泥混凝土路面设计方法，并对这些国家的水泥混凝土路面设计标准与方法进行了比较。二、水泥混凝土路面设计标准与方法（一）AASHTO水泥混凝土路面设计方法美国是世界各国中混凝土路面使用最多的国家之一，因此美国对水泥混凝土路面设计理论与方法的研究极为重视。美国各州公路工作者试验路研究于1955年至1961年在美国伊利诺州渥太华城附近进行，这是美国有史以来规模最大的一次道路试验，共进行了车次，以试验路研究成果为基础，提出了AASHTO路面
3、设计指南与手册，提供了水泥混凝土路面的设计方法中提出了耐用指数这一重要概念，并且提出了单轴荷载、双轴荷载的当量换算关系等等。AASHTO试验路采用“服务功能指数”的概念来表征路面对行车荷载的耐用程度。对于刚性路面，根据试验结果的统计分析，采用服务功能指数PSI。路面使用过程中，服务功能指数随行车作用次数的增加而逐渐降低。AASHTO试验路的目的，就是确定不同大小与组合的轴载重复作用次数，与不同厚度基层上的各种厚度混凝土路面的服务功能之间的关系。试验结果表明，板的长短和是否配筋，以及基层厚度对路面的使用性能无重大影响。1、设计标准路面结构从开始使用到需要采取重大措施时所经历的时段，称为性能使用期
4、。水泥混凝土路面刚修好时的初始耐用性指数为4.5左右，混凝土路面的设计使用年限通常为20（年），届时的服务功能指数为2.5（干线道路）或2.0（非干线公路）。在使用性能期内路面耐用性指数总变化量： PSI=PSI0-PSIt即作为路面的设计标准。所设计的路面结构必须能承受使用性能期内行车荷载的累计作用和环境因素的影响，使路面耐用性指数的下降量PSI不超过上述与定值。标准车规定为后轴重18klb的单后轴车，在使用年限内通过的最大次数为1000万次。2、设计参数（1）交通分析：选用80kN的轴载作为标准轴载；（2）可靠度水平和总标准差；（3）地基设计反应模量；（4）混凝土抗弯拉强度和弹性模量；（5
5、）路面排水系数（6）接缝传荷系数；3、设计步骤AASHTO设计方法确定混凝土面层厚度的步骤如下：（1）确定各项设计参数：选定使用性能期，分析使用性能期内标准轴载累计作用次数；选定目标可靠度，确定总标准偏差；确定使用性能下降量；确定混凝土弯拉强度和弹性模量值；选取接缝传荷系数和路面排水系数。（2）确定地基的设计反应模量：计算出路基土回弹模量；基层回弹模量；地基综合反应模量；进行刚性基础影像的修正；等效反应模量等。（3）确定所需面层厚度：利用路面结构、服务能力指数下降与标准轴载作用次数的经验关系式或者由此关系式绘制的莫诺图，将先前得到的各项设计参数带入，计算确定所需的混凝土面层厚度。（二）美国波特
6、兰水泥协会（PCA）混凝土路面设计方法PCA法以文克勒地基上弹性薄板理论为基础，考虑了水泥混凝土路面的使用年限，疲劳度等多种因素，是一种比较完善的方法。1、设计使用年限也与交通分析PCA取混凝土路面设计使用年限为40年，按目前道路上交通量统计资料，确定目前的平均日交通量，其中包括火车数、单轴和双轴各级荷载的分配，然后根据交通量的年增长率，预估使用年限内各级单轴双轴载的作用次数。2、荷载安全系数PCA采用荷载安全系数以考虑汽车的超载、轮载分配的不均匀性和冲击作用等因素所引起的荷载增大。因此，按道路交通量的不同，规定了荷载安全系数值如下：对于承受少量货车交通的道路、居住区街道和其他道路，采用1.0
7、；对于承受中等货车交通量的道路主要街道，采用1.1；对于连续交通流和大量货车交通的州际道路和其他多车道路面，采用1.2 。按交通分析得出的各级轴载，都要乘上上述荷载安全系数，成为设计轴载。3、基础强度特征基础的强度特征以地基反力模量k表征，k值通过承载板试验确定，它随材料的性状、承载板的直径和挠度（或压力）的取值不同而异。4、荷载应力公路和城市道路路面，通常采用3.6m宽的车道，由实测到的车流沿此车道横向分布的频率可知，在车道的纵向边缘和角隅处荷载重复作用的几率均很小，而轴载位于横缝边缘时，恰好是荷载重复性最大处。故PCA采用横缝边缘作为计算临界应力的荷载位置。5、疲劳与安全系数根据野外和室内
8、试验资料，PCA规定了混凝土板的应力比（重复弯曲应力与抗弯拉强度之比）与容许重复次数的对应关系。（三）我国水泥混凝土设计方法我国水泥混凝土路面设计方法采用单轴双轮组100kN标准轴载作用下的弹性半空间地基有限大矩形薄板理论有限元解为理论基础，以路面板纵缝边缘荷载与温度综合疲劳弯拉应力为设计指标进行路面板厚度设计。设计完成后，路面板的综合疲劳弯拉应力应满足以目标可靠度为依据的极限状态平衡方程式。1、 水泥混凝土路面结构设计包括以下内容：（1） 路面结构层组合设计 水泥混凝土路面结构层组合设计，应根据该路的交通繁重程度，结合当地环境条件和材料供应状况，选择安排混凝土路面的结构层层次，它包括土基、垫
9、层和面层的结构组合设计、各层的路面结构类型、弹性模量和厚度，作出技术先进、工程经济合理的路面结构组合设计方案。（2）混凝土面板厚度设计水泥混凝土路面设计首先进行路面结构组合设计，即根据公路等级、交通等级和目标可靠度等初步选定路面结构组合，即选定面层混凝土板、基层、底基层、垫层、路床的材料类型和厚度。进一步计算荷载疲劳应力和温度疲劳应力，考察两种应力之和与可靠度系数的乘积是否满足极限状态平衡方程式。如果满足要求，则初估厚度即为设计路面板厚度，如果不嫩更满足要求，可以重新确定初估厚度，或调整结构类型和结构组合，再一次进行荷载疲劳应力和温度疲劳应力验算，直至完全满足极限平衡方程式为止。（3）混凝土面
10、板的平面尺寸与接缝设计 根据混凝土面层板内产生和荷载应力和温度应力作出板的平面尺寸设计，布设各种接缝的位置，设计接缝的构造，并采取有效的措施提高接缝的传荷能力。（4）路肩设计 高速公路和一级公路中间带和路肩路缘带的结构应与行车道的混凝土路面相同，并与行车道部分的混凝土面板浇筑成整体。路肩可采用水泥混南宁土面层或沥青混合料面层。其基层结构应满足行车道路面结构和排水的要求。（5）普通混凝土路面的钢筋配筋设计 当混凝土路面板较长或交通量较大时，地基有不均匀沉降或板的形状不规则时，可沿板的自由边缘加补钢筋网，以阻止可能出现的裂缝。因为水泥混凝土路面结构多层、多板体系的复杂性，对水泥混凝土路面结构进行的
11、应力分析都采用有限元方法，对分析的结果进行回归得到经验公式作为计算的基本公式。2、 设计过程（1）收集并分析交通参数：收集日交通量和轴载组合数据，确定方向分配系数和车轮迹分布系数，计算设计车道标准轴载日作用次数；由此确定道路的交通等级，并进而选定设计年限、选定交通量年平均增长率和轮迹横向分布系数，计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。（2）初拟路面结构：初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。（3）确定材料参数：试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量。（4）计算荷载疲劳应力：由应力计算图或公式得到标准轴载作用
12、下板边缘中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数；按标准轴载累计作用次数计算的到疲劳应力系数；按交通等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲劳应力。（5）计算温度应力：由所在地公路自然区划选择最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的温度翘曲应力；按自然区划确定温度应力累计疲劳作用系数；由此计算确定温度疲劳应力。（6）检验初拟路面结构：由荷载疲劳应力和温度疲劳应力之和乘以可靠度系数检验混凝土弯拉强度是否小于标准值，如果不符合条件，将重新拟定路面结构和板平面尺寸。三、国内外混凝土设计标准方法的比较在我国公路交通建设拉动国民经济持续发展及资源优化配置的可观要求推动下，水泥
13、混凝土路面总里程不断增加。在工程中，我们可以看到我国的水泥混凝土路面设计的某些内容需要修改：一是从经久耐用来看，某些设计不适应当前我国的超重轴载以及交通量快速增长的需要，使用年限远未达到设计年限；二是某些设计细节不适应大规模机械化施工的需要。首先是混凝土路面的设计弯拉强度与设计板厚方面，我国采用的设计标准轴载比大多数发达国家的设计标准轴载大，所以我国的水泥混凝土设计板厚应该比国外厚，可是我国的设计规范在高速公路上的设计板厚却比国外薄。尽管我国水泥混凝土路面设计计算理论考虑了温度疲劳应力，理论上相当先进，但是由于调小了相关设计参数，使得设计板厚较薄。如动载安全系数，高速公路上只取1.05，理由是
14、高速公路平整度提高了，但是同时设计车速也成倍提高，冲击荷载不仅没有减小，反而有所提高。另外，我国公路上实际超轴载重量远不是16次方换算系数能够反映和包括的。国外的经验是“越厚越经济越耐久。”因此，在现今的设计计算理论的基础上，按照实际不同等级公路水泥混凝土路面工程实际使用情况，适当增大板厚或加强路面结构，努力达到设计使用寿命是十分必要的。其次是接缝技术上，根据我国近年来实际的建设情况和国外几乎所有发达国家在高速公路的建设来看，使用压缩缝加设传力杆的水泥混凝土路面结构是一种必然趋势，因此，应在交通等级为特重交通的公路上，横向缩缝应加设传力杆。解决水泥混凝土路面在长期重载和重交通量条件下的错台问题
15、，从根本上提高水泥混凝土路面在上期运营当中的平整度保持效果，改善水泥混凝土路面的舒适性。四、结语随着水泥混凝土路面被越来越广泛的使用，它的技术规范也应从路面研究和施工实践经验出发，对相关规范进行修订。有必要将施工中要求设计规范的内容同国外相关的技术要求相结合，相互交流，达到提高我国水泥混凝土路面的设计和施工的技术水平，保障水泥混凝土路面的工程质量。参考文献：1 邓学钧，路基路面工程，人民交通出版社，476-489.2 邓学钧，黄晓明，路面设计原理与方法，人民交通出版社，453-462.3 张丽兰，叶静辉，唐晓春，战高峰，我国公路水泥混凝土路面设计方法分析.4 公路水泥混凝土设计规范（JTJ012-94）.5 公路水泥混凝土路面设计规范（JTJ D40-2002）.专心-专注-专业