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1、 水泥路面设计水泥路面设计一、引一、引 言言qq参见沥青路面设计的引言部分参见沥青路面设计的引言部分qq设计内容设计内容v路面结构组合设计路面结构组合设计路面结构组合设计路面结构组合设计 v结构厚度设计结构厚度设计结构厚度设计结构厚度设计 v平面设计平面设计平面设计平面设计 v构造设计构造设计构造设计构造设计 v路肩和排水设计路肩和排水设计路肩和排水设计路肩和排水设计 二、损坏模式与设计标准二、损坏模式与设计标准 vv板的断裂板的断裂板的断裂板的断裂包括横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、板角隅断裂、破碎板。包括横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、板角隅断裂、破碎板。包括横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、板角
2、隅断裂、破碎板。包括横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、板角隅断裂、破碎板。原因：强度不足；未设置传力杆和拉杆；板底脱空；荷载、原因：强度不足；未设置传力杆和拉杆；板底脱空；荷载、原因：强度不足；未设置传力杆和拉杆；板底脱空；荷载、原因：强度不足；未设置传力杆和拉杆；板底脱空；荷载、温度重复作用，达到疲劳极限；荷载过重。温度重复作用，达到疲劳极限；荷载过重。温度重复作用，达到疲劳极限；荷载过重。温度重复作用，达到疲劳极限；荷载过重。vv接缝损坏接缝损坏接缝损坏接缝损坏出现在接缝附近的损坏，如剥落、碎块等。出现在接缝附近的损坏，如剥落、碎块等。出现在接缝附近的损坏，如剥落、碎块等。出现在接缝附近的损坏
3、，如剥落、碎块等。vv唧泥唧泥唧泥唧泥 泥浆、灰浆从板底挤出和喷射而出。泥浆、灰浆从板底挤出和喷射而出。泥浆、灰浆从板底挤出和喷射而出。泥浆、灰浆从板底挤出和喷射而出。原因：基层材料不耐冲刷。原因：基层材料不耐冲刷。原因：基层材料不耐冲刷。原因：基层材料不耐冲刷。损坏模式损坏模式vv错台错台:接缝或裂缝两侧出现高程差。接缝或裂缝两侧出现高程差。原原原原因因因因：唧唧唧唧泥泥泥泥等等等等的的的的存存存存在在在在是是是是出出出出现现现现错错错错台台台台的的的的主主主主要要要要原原原原因因因因：行行行行车车车车造造造造成成成成的的的的水水水水压压压压使使使使泥泥泥泥灰灰灰灰浆浆浆浆从从从从后后后后载
4、载载载板板板板向向向向先先先先载载载载板板板板迁迁迁迁移移移移，造造造造成成成成先先先先载载载载高高高高、后后后后载载载载板板板板低低低低的的的的现现现现象象象象，一一一一般般般般是是是是有有有有规规规规律律律律的的的的出出出出现现现现；未未未未设设设设置置置置传力杆传力杆传力杆传力杆。vv拱起拱起:温度引起的屈曲失稳而向上隆起的现温度引起的屈曲失稳而向上隆起的现象，一般伴有横向裂缝。象，一般伴有横向裂缝。原原原原因因因因：温温温温度度度度太太太太高高高高；胀胀胀胀缝缝缝缝间间间间距距距距太太太太大大大大；接接接接缝缝缝缝、尤尤尤尤其其其其是是是是胀胀胀胀缝缝缝缝内内内内填填填填满满满满了了了
5、了杂杂杂杂物物物物而而而而失失失失效效效效；胀胀胀胀缝缝缝缝设设设设置置置置工工工工艺艺艺艺不不不不当当当当而而而而使使使使其其其其无无无无法法法法伸缩。伸缩。伸缩。伸缩。上述各类损坏在设计中均需考虑。断裂类损坏上述各类损坏在设计中均需考虑。断裂类损坏上述各类损坏在设计中均需考虑。断裂类损坏上述各类损坏在设计中均需考虑。断裂类损坏主要由厚度设计解决，材料设计和平面设计予以保主要由厚度设计解决，材料设计和平面设计予以保主要由厚度设计解决，材料设计和平面设计予以保主要由厚度设计解决，材料设计和平面设计予以保证，设计标准是板底最大疲劳应力；唧泥、错台主证，设计标准是板底最大疲劳应力；唧泥、错台主证，
6、设计标准是板底最大疲劳应力；唧泥、错台主证，设计标准是板底最大疲劳应力；唧泥、错台主要通过材料设计和排水设计予以解决；拱起主要通要通过材料设计和排水设计予以解决；拱起主要通要通过材料设计和排水设计予以解决；拱起主要通要通过材料设计和排水设计予以解决；拱起主要通过平面设计和构造设计解决；接缝损坏靠接缝设计过平面设计和构造设计解决；接缝损坏靠接缝设计过平面设计和构造设计解决；接缝损坏靠接缝设计过平面设计和构造设计解决；接缝损坏靠接缝设计解决。解决。解决。解决。设计标准可以写为：设计标准可以写为：设计标准可以写为：设计标准可以写为：式式式式中中中中：为为为为标标标标准准准准轴轴轴轴载载载载作作作作用
7、用用用下下下下产产产产生生生生的的的的最最最最大大大大荷荷荷荷载载载载应应应应力力力力；为为为为等等等等效效效效疲疲疲疲劳温度梯度下产生的温度翘曲应力；劳温度梯度下产生的温度翘曲应力；劳温度梯度下产生的温度翘曲应力；劳温度梯度下产生的温度翘曲应力；为混凝土的疲劳强度。为混凝土的疲劳强度。为混凝土的疲劳强度。为混凝土的疲劳强度。设计标准设计标准式中：式中：式中：式中：为疲劳应力，即考虑荷载重复作用的应力；为疲劳应力，即考虑荷载重复作用的应力；为疲劳应力，即考虑荷载重复作用的应力；为疲劳应力，即考虑荷载重复作用的应力；为为为为疲劳温度翘曲应力；疲劳温度翘曲应力；疲劳温度翘曲应力；疲劳温度翘曲应力；
8、为混凝土的抗弯拉强度。为混凝土的抗弯拉强度。为混凝土的抗弯拉强度。为混凝土的抗弯拉强度。通过限制板的尺寸限制温度翘曲应力，板厚度设计时通过限制板的尺寸限制温度翘曲应力，板厚度设计时通过限制板的尺寸限制温度翘曲应力，板厚度设计时通过限制板的尺寸限制温度翘曲应力，板厚度设计时仅考虑荷载应力仅考虑荷载应力仅考虑荷载应力仅考虑荷载应力 除除除除了了了了上上上上述述述述三三三三个个个个标标标标准准准准中中中中选选选选一一一一个个个个外外外外，对对对对高高高高等等等等级级级级公公公公路路路路，可可可可以以以以补充板边或板角挠度指标以限制唧泥和错台补充板边或板角挠度指标以限制唧泥和错台补充板边或板角挠度指标
9、以限制唧泥和错台补充板边或板角挠度指标以限制唧泥和错台 三、结构组合设计三、结构组合设计vv素混凝土路面（预留接缝的混凝土路面），除角隅、边缘素混凝土路面（预留接缝的混凝土路面），除角隅、边缘素混凝土路面（预留接缝的混凝土路面），除角隅、边缘素混凝土路面（预留接缝的混凝土路面），除角隅、边缘外，板内不配钢筋。外，板内不配钢筋。外，板内不配钢筋。外，板内不配钢筋。vv连续配筋混凝土路面连续配筋混凝土路面连续配筋混凝土路面连续配筋混凝土路面不设接缝，连续配筋。大大改善了不设接缝，连续配筋。大大改善了不设接缝，连续配筋。大大改善了不设接缝，连续配筋。大大改善了混凝土路面的行驶舒适性。面板厚度基本不减
10、小（为普通混凝土路面的行驶舒适性。面板厚度基本不减小（为普通混凝土路面的行驶舒适性。面板厚度基本不减小（为普通混凝土路面的行驶舒适性。面板厚度基本不减小（为普通混凝土路面厚度的混凝土路面厚度的混凝土路面厚度的混凝土路面厚度的8080808090909090）。）。）。）。vv钢筋混凝土面层钢筋混凝土面层钢筋混凝土面层钢筋混凝土面层 设置纵向、横向钢筋网，形成钢筋混凝土设置纵向、横向钢筋网，形成钢筋混凝土设置纵向、横向钢筋网，形成钢筋混凝土设置纵向、横向钢筋网，形成钢筋混凝土结构层。结构层。结构层。结构层。vv预应力混凝土层预应力混凝土层预应力混凝土层预应力混凝土层 目前使用很少目前使用很少目前
11、使用很少目前使用很少 。vv钢纤维混凝土面层钢纤维混凝土面层钢纤维混凝土面层钢纤维混凝土面层 在混凝土中掺入不同形状的钢纤维，以在混凝土中掺入不同形状的钢纤维，以在混凝土中掺入不同形状的钢纤维，以在混凝土中掺入不同形状的钢纤维，以形成均匀的混凝土加筋层。形成均匀的混凝土加筋层。形成均匀的混凝土加筋层。形成均匀的混凝土加筋层。目前常用的是素混凝土路面。目前常用的是素混凝土路面。目前常用的是素混凝土路面。目前常用的是素混凝土路面。vv作用作用作用作用 为面层提供均匀的基础支撑，为面层施工提供稳定、坚实的工作为面层提供均匀的基础支撑，为面层施工提供稳定、坚实的工作为面层提供均匀的基础支撑，为面层施工
12、提供稳定、坚实的工作为面层提供均匀的基础支撑，为面层施工提供稳定、坚实的工作面面面面 防止冲刷、唧泥和错台的产生防止冲刷、唧泥和错台的产生防止冲刷、唧泥和错台的产生防止冲刷、唧泥和错台的产生 控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对路面的影响。控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对路面的影响。控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对路面的影响。控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对路面的影响。vv常用基层材料常用基层材料常用基层材料常用基层材料 细集料含量应严格控制细集料含量应严格控制细集料含量应严格控制细集料含量应严格控制 贫混凝土、沥青稳定粒料、水泥稳定粒料贫混凝土、沥青稳定粒料、水泥稳定粒料贫混凝土
13、、沥青稳定粒料、水泥稳定粒料贫混凝土、沥青稳定粒料、水泥稳定粒料 级配碎石级配碎石级配碎石级配碎石 vv基层刚度要求基层刚度要求基层刚度要求基层刚度要求 为为为为了了了了限限限限制制制制混混混混凝凝凝凝土土土土板板板板的的的的挠挠挠挠度度度度量量量量，减减减减少少少少唧唧唧唧泥泥泥泥、错错错错台台台台等等等等病病病病害害害害，基基基基层层层层应应应应具备一定的刚度，如具备一定的刚度，如具备一定的刚度，如具备一定的刚度，如P201P201P201P201表表表表121212121 1 1 1所示。所示。所示。所示。vv对于水泥路面而言，由于混凝土板强度高、抗力大、对于水泥路面而言，由于混凝土板强
14、度高、抗力大、对于水泥路面而言，由于混凝土板强度高、抗力大、对于水泥路面而言，由于混凝土板强度高、抗力大、对变形适应性小（敏感），所以不要求路基有很高对变形适应性小（敏感），所以不要求路基有很高对变形适应性小（敏感），所以不要求路基有很高对变形适应性小（敏感），所以不要求路基有很高的强度，但对不均匀变形要求较高的强度，但对不均匀变形要求较高的强度，但对不均匀变形要求较高的强度，但对不均匀变形要求较高vv减小路基的不均匀变形是混凝土路面中路基设计的减小路基的不均匀变形是混凝土路面中路基设计的减小路基的不均匀变形是混凝土路面中路基设计的减小路基的不均匀变形是混凝土路面中路基设计的主要内容。主要内容
15、。主要内容。主要内容。vv路表水的排除路表水的排除路表水的排除路表水的排除 vv渗入路面结构内部水的排除，内部排水系统渗入路面结构内部水的排除，内部排水系统渗入路面结构内部水的排除，内部排水系统渗入路面结构内部水的排除，内部排水系统 四、构造设计四、构造设计 间距间距间距间距 一般为一般为一般为一般为4-6m4-6m4-6m4-6m 布置布置布置布置 等间距，变间距；横缝垂直于路中线，与路中等间距，变间距；横缝垂直于路中线，与路中等间距，变间距；横缝垂直于路中线，与路中等间距，变间距；横缝垂直于路中线，与路中线斜交线斜交线斜交线斜交 构造构造构造构造 假缝假缝假缝假缝 假缝传力杆假缝传力杆假缝
16、传力杆假缝传力杆 传力杆传力杆传力杆传力杆 施工结束或临时中断施工时需设施工缝。施工结束或临时中断施工时需设施工缝。施工结束或临时中断施工时需设施工缝。施工结束或临时中断施工时需设施工缝。在横缝位置处：施工缝设成平缝传力杆在横缝位置处：施工缝设成平缝传力杆在横缝位置处：施工缝设成平缝传力杆在横缝位置处：施工缝设成平缝传力杆 在板中部位置时：施工缝设成企口缝拉杆在板中部位置时：施工缝设成企口缝拉杆在板中部位置时：施工缝设成企口缝拉杆在板中部位置时：施工缝设成企口缝拉杆 纵缝处需要设拉杆，以防止纵缝因车辆震动而拉开。纵缝处需要设拉杆，以防止纵缝因车辆震动而拉开。纵缝处需要设拉杆，以防止纵缝因车辆震
17、动而拉开。纵缝处需要设拉杆，以防止纵缝因车辆震动而拉开。拉拉拉拉杆杆杆杆：螺螺螺螺旋旋旋旋钢钢钢钢筋筋筋筋，两两两两端端端端无无无无需需需需涂涂涂涂覆覆覆覆沥沥沥沥青青青青，应应应应保保保保持持持持与混凝土的握裹。与混凝土的握裹。与混凝土的握裹。与混凝土的握裹。纵缝形式：纵缝形式：纵缝形式：纵缝形式：平缝拉杆；企口缝拉杆；假缝拉杆。平缝拉杆；企口缝拉杆；假缝拉杆。平缝拉杆；企口缝拉杆；假缝拉杆。平缝拉杆；企口缝拉杆；假缝拉杆。贯穿板厚度的平缝，接缝应有一定宽度。设传贯穿板厚度的平缝，接缝应有一定宽度。设传贯穿板厚度的平缝，接缝应有一定宽度。设传贯穿板厚度的平缝，接缝应有一定宽度。设传力杆。力杆
18、。力杆。力杆。P215P215P215P215图图图图 12-11 12-11 12-11 12-11。填缝板，填缝料填缝板，填缝料填缝板，填缝料填缝板，填缝料。五、结构厚度和平面尺寸设计五、结构厚度和平面尺寸设计n n考虑动超载综合作用的疲劳应力为：考虑动超载综合作用的疲劳应力为：式中，式中，为应力传荷系数；为应力传荷系数；为疲劳应力系数为疲劳应力系数 为动超载综合影响系数，见为动超载综合影响系数，见P208P208表表12128 8。为临界荷位处的应力，自由边纵缝边缘荷载为临界荷位处的应力，自由边纵缝边缘荷载最大应力最大应力 荷载应力分析荷载应力分析n n 临界荷位可能在两个位置，一是轴载
19、一侧作用于横缝边缘中部，临界荷位可能在两个位置，一是轴载一侧作用于横缝边缘中部，一是单、双轴荷载作用于纵缝边缘。从绝对数值上说，荷载作用一是单、双轴荷载作用于纵缝边缘。从绝对数值上说，荷载作用于纵缝边缘时的应力大于横缝边缘，但横缝边缘的荷载作用次数于纵缝边缘时的应力大于横缝边缘，但横缝边缘的荷载作用次数多。综合疲劳损耗，纵缝边缘的消耗更大，所以目前将临界荷位多。综合疲劳损耗，纵缝边缘的消耗更大，所以目前将临界荷位定在纵缝边缘。定在纵缝边缘。n n考虑考虑1 1）应力大小，）应力大小，2 2）荷载作用次数）荷载作用次数 n n根据优先尺寸板的有限元分析结果。根据优先尺寸板的有限元分析结果。n n
20、式中，式中，P P为轴重，为轴重，h h为板厚度，为板厚度，A A、mm、n n为回归系数为回归系数 集料的嵌锁作用、传力杆的设置使得接缝具有传递集料的嵌锁作用、传力杆的设置使得接缝具有传递荷载的作用，从而减小了板内的应力。荷载的作用，从而减小了板内的应力。定义定义 ：可以按照接缝两侧不同指标的比值定义接缝传荷可以按照接缝两侧不同指标的比值定义接缝传荷能力。一是按照挠度比，一是按照应力比能力。一是按照挠度比，一是按照应力比。按照挠度：按照挠度：按照应力：按照应力：关系和设计考虑 在进行应力计算时，采用应力比的后一个表达式比较方便，但现场测试时，采用挠度比比较方便，所以需建立二者之间的关系。式（
21、式（5 51212）的疲劳方程形式为：）的疲劳方程形式为：为了方便，改写为如下形式：为了方便，改写为如下形式：这里这里 为低应力，指温度应力，此时为低应力，指温度应力，此时 即为荷载应力即为荷载应力 ，即为强度储备。即为强度储备。可以推得：可以推得：为系数，与荷位、轴数有关。单轴荷载换算为标准为系数，与荷位、轴数有关。单轴荷载换算为标准荷载时，荷载时，1 1；双轴荷载换算为标准荷载时。；双轴荷载换算为标准荷载时。荷载疲劳荷载疲劳应力计算应力计算n n采用横向分布系数计算累计的断面最大荷载作用采用横向分布系数计算累计的断面最大荷载作用次数。注意，这里采用的是横向分布系数与沥青次数。注意，这里采用
22、的是横向分布系数与沥青路面的车道系数不同，应予注意。路面的车道系数不同，应予注意。混凝土板模量：混凝土板模量：一般在一般在200002000050000MPA50000MPA中取值。中取值。计算地基模量：计算地基模量：值得注意的是，混凝土板下的地基模量不能值得注意的是，混凝土板下的地基模量不能按照实测模量取值。由于板底变形很小，所以模量要大得按照实测模量取值。由于板底变形很小，所以模量要大得多。应该按照实测模量或按照第四、第五章中方法确定得多。应该按照实测模量或按照第四、第五章中方法确定得模量，乘以一个放大系数，即换算为计算回弹模量：模量，乘以一个放大系数，即换算为计算回弹模量：n n温度疲劳
23、应力采用最大温度翘曲应力温度疲劳应力采用最大温度翘曲应力 乘以等效温度疲乘以等效温度疲劳折减系数得方法计算：劳折减系数得方法计算：n n 等效温度疲劳折减系数，将交变的温度疲劳消耗转等效温度疲劳折减系数，将交变的温度疲劳消耗转换成等效的折减系数，以保持其总疲劳消耗相同。换成等效的折减系数，以保持其总疲劳消耗相同。温度疲劳温度疲劳应力计算应力计算n n在进行温度应力计算时，基础的模量因为温度作用时间在进行温度应力计算时，基础的模量因为温度作用时间长发生蠕变而变小，同样可按照下式计算长发生蠕变而变小，同样可按照下式计算：此时n=0.35 详细的设计步骤见详细的设计步骤见P211P211。主要为两个步骤，即拟定一个路面。主要为两个步骤，即拟定一个路面结构，然后按交通、温度等因素进行验算。即结构，然后按交通、温度等因素进行验算。即 板厚度设计板厚度设计