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1、汇总16 水泥混凝土路面设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望第一节第一节 概述概述1设计理论设计理论n弹性地基上的小挠度薄板理论弹性地基上的小挠度薄板理论n水泥混凝土路面破坏的力学分析水泥混凝土路面破坏的力学分析n荷载的疲劳应力荷载的疲劳应力n温度翘曲应力温度翘曲应力n不均匀的基础变形使板底脱空而产生过大的弯拉应力不均匀的基础变形使板底脱空而产生过大的弯拉应力n水泥路面的破坏型式：断裂、唧泥、错台、拱起、接缝水泥路面的破坏型式：断裂、唧泥、错台、拱
2、起、接缝挤碎等挤碎等n设计要求：荷载疲劳应力温度翘曲应力不超过混凝土设计要求：荷载疲劳应力温度翘曲应力不超过混凝土的抗弯拉强度即的抗弯拉强度即螺润锤鸳硒荐坍辊匆梆啦伦康习挤平偷幽症楷路逝钧矫棍亥崭栈发悯骆鸵16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/20222水泥混凝土路面设计内容水泥混凝土路面设计内容n路面结构层组合设计路面结构层组合设计n混凝土面板厚度设计混凝土面板厚度设计n混凝土面板的平面尺寸与接缝设计混凝土面板的平面尺寸与接缝设计n路肩设计路肩设计n路面排水设计路面排水设计n普通混凝土路面的钢筋配筋率设计普通混凝土路面的钢筋配筋率设计尽断柜冤掉坎浓溉忧掌孜疚慧跟南摄矛奥巷
3、茨庄豫溢酮惜唉辛篷舍港庶栖16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/20223第二节第二节 弹性地基板体系理论概述弹性地基板体系理论概述1.小挠度弹性薄板的基本假设小挠度弹性薄板的基本假设n薄板全厚度范围内的所有各点具有相同的竖向薄板全厚度范围内的所有各点具有相同的竖向位移。位移。n板内无横向剪切应变。板内无横向剪切应变。n中性面上各点无平行于中面的位移。中性面上各点无平行于中面的位移。n在变形过程中，板与地基的接触面始终吻合，在变形过程中，板与地基的接触面始终吻合，即板面与地基表面的竖向位移是相同的。即板面与地基表面的竖向位移是相同的。n在板与地基的两接触面之间没有摩阻力（可
4、以在板与地基的两接触面之间没有摩阻力（可以自由滑动），即接触面上的剪应力视为零。自由滑动），即接触面上的剪应力视为零。灌饲豺搔徽李蔷梢营端秘赢前酞认蹋腔媳怖兵六胃珍嚎册驮蝎缔显氧狄岭16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202242.板挠曲面微分方程板挠曲面微分方程涯箍乃迷驳霸休蛤耘缠伪肝诞啃漠霄命勒螟匈赋秘迟旬禁卒醚边剁纺颤摈16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/20225板挠曲面微分方程板挠曲面微分方程n由力的平衡方程得：由力的平衡方程得：P板表面竖向荷载q地基对板底面竖向反力联瘪篙钧鞘淘僳恳脊对丹咙澡犁蜕品蹲二讫糟牵叮邢籽距搽邢纹失仗观汞16 水泥
5、混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/20226板中心挠曲面微分方程求解板中心挠曲面微分方程求解由上式由上式p、q、w、D知，知，P、D已知，如求得已知，如求得 的关系的关系，则可求出，则可求出W.进而可求出板应力进而可求出板应力 游开屡挚绞宅移渡务咖捐肋虚嘉蔡曼孝悼呆滁替聊呸藕韵四汞犀插烩参霍16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/20227n两种地基模型：两种地基模型：n文克勒地基模型文克勒地基模型q(x,y)=kW(x,y)n弹性半空间地基模型弹性半空间地基模型 q(x,y)=fW(x,y)卯剁捎性惨奎明姚傅挝睁芥孪竭茬碌牡捷唉困荐置疆辆兄蹦缝仑猩划矾媒16
6、水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/20228板内应力求解板内应力求解作拣吼紧锨聚迹窗功窃唯洼涪好扰缘轮孔结唉鹅阮习肖痊隆渝歹惯筛曲慌16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/20229第三节第三节 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析1文克勒地基板的荷载应力分析无限大板文克勒地基板的荷载应力分析无限大板n文克勒地基模型文克勒地基模型q(x,y)=kW(x,y)n威斯特卡德威斯特卡德(H.M.S.Westergaard)求出三种荷位下无限求出三种荷位下无限大板的挠度、弯矩和板底的最大弯拉应力大板的挠度、弯矩和板底的最大弯拉应力舶凉谴碑嗅罚蛀烤玻椅
7、台颁午炎喂赢擂槐税挖孽蒲壬神饼嘲肌驱跺蔑客吭16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202210第三节第三节 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析2弹性半空间体地基板的荷载应力分析弹性半空间体地基板的荷载应力分析n弹性半空间体地基弹性半空间体地基q(x,y)=fW(x,y)n无限大板解析解无限大板解析解n有限尺寸矩形板有限尺寸矩形板n无解析解无解析解n可得到有限元解可得到有限元解肖燃蚀弱桓朱南纯袋砰枫亚簿秉属攻蘑特牙奉颈姚彪罗劝推遮惊烦孤份钙16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202211第四节第四节 水泥混凝土路面温度应力分析水泥混凝土
8、路面温度应力分析1.胀缩应力胀缩应力 混凝土面板设接缝划分为有限尺寸板后，混凝土面板设接缝划分为有限尺寸板后，因收缩而产生的应力很小，可不予考虑。因收缩而产生的应力很小，可不予考虑。2.翘曲应力翘曲应力n气温升降，板顶和板底产生温差，使板产生气温升降，板顶和板底产生温差，使板产生翘曲变形。翘曲变形。n翘曲应力公式（式翘曲应力公式（式1637、式、式1638）气温升高时气温降低时蚌恍涎瞄箱馈殃竞涯叫额傣哨寇搭射滞杯您耀竖却该呵邀撵间共夏冶打墅16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202212第五节第五节 水泥混凝土路面板厚设计方法水泥混凝土路面板厚设计方法1设计依据结构可靠度
9、设计方法设计依据结构可靠度设计方法1.可靠度设计标准可靠度设计标准公路等级高速一级二级三、四级安全等级一级二级三级四级设计基准期30年30年20年20年目标可靠指标1.641.281.040.84目标可靠度95%90%85%80%变异水平等级低低-中中中-高翅裁投昔亩训个嘶君袭硷婪柜江翅阻惠狄减授奋户樱拄素协惨史喉掉虞项16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/2022132.变异系数范围变异系数范围变异水平等级低中高混凝土弯拉强度、弯拉弹性模量0.050.100.100.15 0.150.20基层顶面当量模量0.150.250.250.35 0.350.55面层厚度0.020
10、.040.040.06 0.060.08工罩伟痔疾粥帕敬犹列荫顽尊合侮淘淹佯称囱陕畜驱索瞒叭芳帜徊求蕴艘16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/2022143.可靠度设计表达式可靠度设计表达式n水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其表达式为：其表达式为：式中：可靠度系数，依所选目标可靠度及变异水平等级确定；行车荷载疲劳应力（MPa)，计算方法见后；温度梯度疲劳应力（MPa),计算方法见后；水泥混凝土弯拉强度标准值(MPa).缕学男次进倚瘪丁妨憋辖
11、居乃捧蟹劝始辣帝历醒彻浪绞柏苏榴桶本僻侄双16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202215可靠度系数可靠度系数变异水平等级目标可靠度(%)95908580低1.201.331.091.16 1.041.08-中1.331.501.161.23 1.081.13 1.041.07高-1.231.33 1.131.181.071.11姐焰笼抑炸焙釜处椽业皮挽品殿怖自邀浙荣挨太攘型争沸竹咎萍驻烦绚馁16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202216混凝土弯拉强度标准值混凝土弯拉强度标准值n水泥混凝土的强度以水泥混凝土的强度以28天龄期的弯拉强度控制。当混凝天
12、龄期的弯拉强度控制。当混凝土浇筑后土浇筑后90天内不开放交通时，可采用天内不开放交通时，可采用90天龄期的弯拉天龄期的弯拉强度。各交通等级要求的混凝土弯拉强度标准值不得低强度。各交通等级要求的混凝土弯拉强度标准值不得低于下表的规定：于下表的规定：交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值(MPa)5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值(MPa)6.06.05.55.0程凉肚孪达氖琅专怀芍慨改儡椭漓粪娶郝贬侮碧窝肢邑勃赞砾根功延唆辰16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202217二、设计参数二、设计参数1.标准轴载：标准轴载：100KN的单轴双轮组荷载的单
13、轴双轮组荷载2.轴载换算：不同轴轮型和轴载的作用次数按下轴载换算：不同轴轮型和轴载的作用次数按下式换算为标准轴载的作用次数式换算为标准轴载的作用次数(P436式式16-1)：3.交通分级交通分级交通等级特重重中等轻设计车道标准累计作用轴次Ne(104)20001002000 31007m0.340.39行车道宽7m0.540.62琉涟标钨拴雨累保线倡丸数版淮计皇卸淹长捏饲晴宁晦苹琵申哼匪督迷缓16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/2022215.水泥混凝土面层厚度的参考范围水泥混凝土面层厚度的参考范围交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低中低中低中低中
14、面层厚度(mm)260250240240270230260220250交通等级中等轻公路等级二级三、四级三、四级三、四级变异水平等级高中高中高中面层厚度(mm)240210230220220200230220蒋诊襟蒙翁卷胀皆溉宝幂勇毗哥喷毖筷琳馅往封构佳冈噬昂哑镶贺涣舒印16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202222三、混凝土板荷载疲劳应力分析三、混凝土板荷载疲劳应力分析1.临界荷位：选取混凝土板的临界荷位：选取混凝土板的纵向边缘中部纵向边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位。坏的临界荷位。纵缝惺职险砧洞量恩隆螺胜壹
15、希职架掖楷悼诈艾引疥惺菌墓庄佯痈酪声港航欲16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/2022232.标准轴载标准轴载 在临界荷位处产生的荷载疲劳应在临界荷位处产生的荷载疲劳应力力标准轴载Ps在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力（MPa）考虑接缝传荷能力的应力折减系数考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa）薪凤茁拙线帅铝恕圣摄菊贵郧哩苑庭玉丧梧痕堆捕坡步撼值时雀簿罩挣烙16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202224四、温度疲劳应力分析四、温度疲劳
16、应力分析n在临界荷位处在临界荷位处的温度疲劳应力：的温度疲劳应力：最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa）考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数辙囤誊糊危棚谩皆井秀盒夸耗浊豌撕囱货肥擒政鳞砷桅酌鸽炽荷核纠暑恭16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202225五、混凝土板厚度计算流程五、混凝土板厚度计算流程1.路面结构组合设计路面结构组合设计 根据相关的设计依据，进行行车道路面结构的组合设根据相关的设计依据，进行行车道路面结构的组合设计，即初拟路面结构，包括路床、垫层、基层和面层的计，即初拟路面结构，包括路床、垫层、基层和面层的材料类型和厚度。材料类型和厚度。2.初选混
17、凝土路面层厚度初选混凝土路面层厚度 按混凝土面层厚度建议范围，依据交通等级、公路等按混凝土面层厚度建议范围，依据交通等级、公路等级和所选变异水平等级初选混凝土板厚。级和所选变异水平等级初选混凝土板厚。3.计算荷载疲劳应力和温度疲劳应力。计算荷载疲劳应力和温度疲劳应力。4.当当 时，则初选厚度可作为混凝土的计算板厚。否则，应改时，则初选厚度可作为混凝土的计算板厚。否则，应改选混凝土板厚，重新计算，直到满足上式要求。设计厚选混凝土板厚，重新计算，直到满足上式要求。设计厚度依计算厚度按度依计算厚度按10mm向上取整。向上取整。焦忘躺诀瞥位茶澄撒亮敏菲柜射撤脂湍荒彪秸盎刽政鞠矿替觉扑擦舔陷丫16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202226n ENDn 篙裴免骂囚嫉示赂卯酱亩惋酗坚餐文流始锣搬吏段锹翔油枯驾旋逾虞胯潍16 水泥混凝土路面设计16 水泥混凝土路面设计11/2/202227