水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、【本章要求【本章要求】1.了解混凝土路面的了解混凝土路面的損壞模式損壞模式及其設(shè)計(jì)要求。及其設(shè)計(jì)要求。2. 建立建立彈性地基板理論彈性地基板理論的基本概念，學(xué)會(huì)混凝土板內(nèi)的基本概念，學(xué)會(huì)混凝土板內(nèi)荷載應(yīng)力荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力和溫度應(yīng)力的實(shí)用計(jì)算方法。的實(shí)用計(jì)算方法。3. 能正確運(yùn)用現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行能正確運(yùn)用現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4. 懂得鋼筋混凝土路面板和混凝土懂得鋼筋混凝土路面板和混凝土加鋪層加鋪層的設(shè)計(jì)原理。的設(shè)計(jì)原理。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 普通混凝土路面普通混凝土路面 鋼筋混凝土路面鋼筋混凝土路面 連續(xù)配筋混凝土路面連續(xù)配筋混凝土路面

2、 預(yù)應(yīng)力混凝土路面預(yù)應(yīng)力混凝土路面 裝配式混凝土路面裝配式混凝土路面 鋼纖維混凝土路面鋼纖維混凝土路面 碾壓混凝土路面碾壓混凝土路面 裸石露石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分類 水泥混凝土路面：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、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。凝土等面層板和基（墊）層所組成的路面。 普通混凝土路面：普通混凝土路面： 是指除接縫區(qū)和局部范圍（邊緣和角隅）外是指除接縫區(qū)和局部范圍（邊緣和角隅）外不配置鋼筋

3、的混凝土路面。不配置鋼筋的混凝土路面。 基本概念基本概念鋼筋混凝土路面簡(jiǎn)介鋼筋混凝土路面簡(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)。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量；隙的張開量；配筋計(jì)算，每延米的配筋量配筋計(jì)算，每延米的配筋量 ：A =3.2 Ls hf sy注意：鋼筋最小間距大于最大粒徑兩倍以上，搭接長(zhǎng)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)為直徑的度應(yīng)為直徑的24倍以上，鋼筋保護(hù)層厚度大于倍以上，鋼筋

4、保護(hù)層厚度大于5cm；板長(zhǎng)一般板長(zhǎng)一般10-20m，不超過，不超過30m。42裝配式混凝土路面簡(jiǎn)介裝配式混凝土路面簡(jiǎn)介(Prefabricated & assembling)特點(diǎn)：以混凝土預(yù)制塊拼裝而成，不受氣候影響，施特點(diǎn)：以混凝土預(yù)制塊拼裝而成，不受氣候影響，施工進(jìn)度快，不需特殊養(yǎng)護(hù)，易維修，但接縫多，整體工進(jìn)度快，不需特殊養(yǎng)護(hù)，易維修，但接縫多，整體性差，易顛簸。適用于城市道路性差，易顛簸。適用于城市道路/停車場(chǎng)停車場(chǎng)/堆場(chǎng)，不適堆場(chǎng)，不適用于一般公路。用于一般公路。形狀：矩形、正方形或六角形，可加預(yù)應(yīng)力。形狀：矩形、正方形或六角形，可加預(yù)應(yīng)力。混凝土小塊鋪砌路面簡(jiǎn)介混凝土小塊鋪

5、砌路面簡(jiǎn)介特點(diǎn)：小尺寸（一般小于特點(diǎn)：小尺寸（一般小于0.03m2），抗壓強(qiáng)度高），抗壓強(qiáng)度高（60MPa），在基層上設(shè)置），在基層上設(shè)置3cm左右的整平層，然后進(jìn)左右的整平層，然后進(jìn)行拼裝。行拼裝。優(yōu)點(diǎn)：便于維修，耐壓優(yōu)點(diǎn)：便于維修，耐壓適用場(chǎng)合：城市道路人行道，停車場(chǎng)、堆場(chǎng)等。適用場(chǎng)合：城市道路人行道，停車場(chǎng)、堆場(chǎng)等。連續(xù)配筋水泥混凝土路面（連續(xù)配筋水泥混凝土路面（CRCP）簡(jiǎn)介）簡(jiǎn)介(Continuously Reinforced Concrete Pavement)CRCP是指在路面縱向連續(xù)配置足夠數(shù)量的鋼筋，以控制混凝是指在路面縱向連續(xù)配置足夠數(shù)量的鋼筋，以控制混凝土路面板縱向收縮產(chǎn)

6、生的裂縫，從而可以在路面縱向不設(shè)接縫土路面板縱向收縮產(chǎn)生的裂縫，從而可以在路面縱向不設(shè)接縫的混凝土路面。的混凝土路面?？v向鋼筋，橫向裂縫處滑支CRCP橫向裂縫CRCPAC加鋪層橫向鋼筋基層土基縱向鋼筋，橫向裂縫處滑支CRCP橫向裂縫AC加鋪層橫向鋼筋47板厚設(shè)計(jì)方法板厚設(shè)計(jì)方法板厚設(shè)計(jì)同普通的水泥混凝土路面；板厚設(shè)計(jì)同普通的水泥混凝土路面；配筋設(shè)計(jì)方法配筋設(shè)計(jì)方法縱向鋼筋設(shè)計(jì)準(zhǔn)則縱向鋼筋設(shè)計(jì)準(zhǔn)則裂縫間距裂縫間距1.02.5m；裂縫寬度裂縫寬度1mm，一般應(yīng)控制在，一般應(yīng)控制在0.50.7mm；鋼筋應(yīng)力鋼筋應(yīng)力硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥普通水泥普通水泥礦渣水泥；礦渣水泥；水泥的安定性、收縮性，對(duì)混凝土

7、路面的抗折強(qiáng)度有重大影響，嚴(yán)格控制水泥的安定性、收縮性，對(duì)混凝土路面的抗折強(qiáng)度有重大影響，嚴(yán)格控制氧化鎂、三氧化硫含量；氧化鎂、三氧化硫含量；粗集料：粗集料：粗集料最大粒徑：滑模攤鋪混凝土路面粗集料最大粒徑，碎石定為粗集料最大粒徑：滑模攤鋪混凝土路面粗集料最大粒徑，碎石定為30mm，礫石為，礫石為20mm。粗集料強(qiáng)度和壓碎值：壓碎值一般不應(yīng)大于粗集料強(qiáng)度和壓碎值：壓碎值一般不應(yīng)大于12%，最大不應(yīng)大于，最大不應(yīng)大于20%。粗集料外形和級(jí)配：粗集料針片狀含量不大于粗集料外形和級(jí)配：粗集料針片狀含量不大于10%；集料的含土集料的含土(泥泥)量和軟弱顆粒的影響：土使得抗折強(qiáng)度減小，收縮變大；量和軟弱

8、顆粒的影響：土使得抗折強(qiáng)度減小，收縮變大；影響水泥混凝土強(qiáng)度的因素（抗折強(qiáng)度）影響水泥混凝土強(qiáng)度的因素（抗折強(qiáng)度）細(xì)集料細(xì)集料：細(xì)度模數(shù)的影響：隨著砂細(xì)度模數(shù)增加，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均略有細(xì)度模數(shù)的影響：隨著砂細(xì)度模數(shù)增加，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均略有增大。當(dāng)砂越來越粗時(shí)，砂對(duì)于嵌鎖力的貢獻(xiàn)逐漸增強(qiáng)，而嵌鎖力提增大。當(dāng)砂越來越粗時(shí)，砂對(duì)于嵌鎖力的貢獻(xiàn)逐漸增強(qiáng)，而嵌鎖力提高必然帶來抗折強(qiáng)度的增大。高必然帶來抗折強(qiáng)度的增大。含泥量的影響：含泥量的影響：?jiǎn)挝凰嘤昧浚弘S著水泥用量的增大，混凝土抗折強(qiáng)度增大。單位水泥用量增大隨著水泥用量的增大，混凝土抗折強(qiáng)度增大。單位水泥用量增大100kg/m3時(shí)，抗壓強(qiáng)

9、度可提高時(shí)，抗壓強(qiáng)度可提高35%左右，礫石混凝土抗折強(qiáng)度僅增加左右，礫石混凝土抗折強(qiáng)度僅增加5%，碎石混凝土，碎石混凝土增加增加12%左右。左右。水灰比：相同水泥用量時(shí)，水灰比增加，抗折強(qiáng)度緩慢下降，抗壓強(qiáng)度則下降較快。相同水泥用量時(shí)，水灰比增加，抗折強(qiáng)度緩慢下降，抗壓強(qiáng)度則下降較快。同時(shí)增大單位水泥用量和降低水灰比，抗折強(qiáng)度有較明顯的提高。同時(shí)增大單位水泥用量和降低水灰比，抗折強(qiáng)度有較明顯的提高。38 斷裂；斷裂； 唧泥；唧泥； 拱起；拱起； 錯(cuò)臺(tái)；錯(cuò)臺(tái)； 接縫擠碎等。接縫擠碎等。9.1 混凝土路面的損壞模式和設(shè)計(jì)要求混凝土路面的損壞模式和設(shè)計(jì)要求 一、損壞模式一、損壞模式水泥混凝土路面的損

10、壞模式水泥混凝土路面的損壞模式 (1)斷裂斷裂 現(xiàn)象：現(xiàn)象：路面板內(nèi)的應(yīng)力超過混凝土強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)橫向、縱向、路面板內(nèi)的應(yīng)力超過混凝土強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)橫向、縱向、斜向或板角的拉斷和折斷裂縫，嚴(yán)重時(shí)，裂縫交叉而使路斜向或板角的拉斷和折斷裂縫，嚴(yán)重時(shí)，裂縫交叉而使路面板破裂成碎塊面板破裂成碎塊(稱破碎板稱破碎板)。 原因：原因：板太薄或輪載過重和作用次數(shù)過多，板太薄或輪載過重和作用次數(shù)過多，板的平面尺寸板的平面尺寸大大大大(使溫度應(yīng)力過大使溫度應(yīng)力過大)，地基過量或不均勻下沉使板底脫，地基過量或不均勻下沉使板底脫空失去支承，施工養(yǎng)生期間空失去支承，施工養(yǎng)生期間收縮應(yīng)力過大收縮應(yīng)力過大或混凝土或混凝土強(qiáng)度不強(qiáng)

11、度不足足，等等。，等等。 擠碎擠碎 現(xiàn)象：現(xiàn)象：在接縫在接縫(主要是脹縫主要是脹縫)附近數(shù)十厘米范圍內(nèi)的板因受附近數(shù)十厘米范圍內(nèi)的板因受擠壓而碎裂。擠壓而碎裂。 原因：原因：脹縫內(nèi)的脹縫內(nèi)的滑動(dòng)傳力桿排列不正或不能正?；瑒?dòng)，滑動(dòng)傳力桿排列不正或不能正?；瑒?dòng)，縫縫隙內(nèi)有混凝土搭連或落入堅(jiān)硬的雜屑等，使路面板的隙內(nèi)有混凝土搭連或落入堅(jiān)硬的雜屑等，使路面板的伸張伸張受到阻礙，受到阻礙，在接縫處邊緣部分產(chǎn)生較高的擠壓應(yīng)力而剪裂在接縫處邊緣部分產(chǎn)生較高的擠壓應(yīng)力而剪裂成碎決。成碎決。水泥混凝土路面的損壞模式水泥混凝土路面的損壞模式47水泥混凝土路面的損壞模式水泥混凝土路面的損壞模式 拱起拱起 現(xiàn)象：現(xiàn)象

12、：混凝土路面板在熱膨脹受阻時(shí)，接縫兩側(cè)的板突然混凝土路面板在熱膨脹受阻時(shí)，接縫兩側(cè)的板突然向上拱起。向上拱起。 原因：原因：板收縮時(shí)板收縮時(shí)接縫縫隙張開，填縫料失效，硬物嵌滿縫接縫縫隙張開，填縫料失效，硬物嵌滿縫隙，致使板受熱膨脹時(shí)產(chǎn)生較大的熱壓應(yīng)力，從而出現(xiàn)這隙，致使板受熱膨脹時(shí)產(chǎn)生較大的熱壓應(yīng)力，從而出現(xiàn)這種縱向屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象。種縱向屈曲失穩(wěn)現(xiàn)象。采用膨脹性較大的石料采用膨脹性較大的石料(如硅質(zhì)巖如硅質(zhì)巖石等石等)作粗集料，容易引起板塊拱起。作粗集料，容易引起板塊拱起。水泥混凝土路面的損壞模式水泥混凝土路面的損壞模式 唧泥唧泥 現(xiàn)象：現(xiàn)象：車輛行經(jīng)接縫或裂縫時(shí)，由縫內(nèi)噴濺出稀泥漿的車輛行經(jīng)接

13、縫或裂縫時(shí)，由縫內(nèi)噴濺出稀泥漿的現(xiàn)象。現(xiàn)象。 原因：原因：在輪載的在輪載的頻繁作用頻繁作用下，基層下，基層(地基地基)產(chǎn)生產(chǎn)生塑性變形累塑性變形累積積面同混凝土板面同混凝土板脫離接觸，脫離接觸，水分沿縫隙下滲而積聚在脫水分沿縫隙下滲而積聚在脫空的間隙內(nèi)，又在輪載作用下積水變成空的間隙內(nèi)，又在輪載作用下積水變成有壓水，有壓水，并同基并同基層內(nèi)浸濕的細(xì)料混攪成泥漿，再層內(nèi)浸濕的細(xì)料混攪成泥漿，再沿縫隙噴濺出來，沿縫隙噴濺出來，唧泥唧泥會(huì)使路面板邊緣和角隅部分逐步失去支撐，而導(dǎo)致斷裂。會(huì)使路面板邊緣和角隅部分逐步失去支撐，而導(dǎo)致斷裂。5水泥混凝土路面的損壞模式水泥混凝土路面的損壞模式 原因：原因：橫

14、縫處橫縫處傳荷能力傳荷能力不足，車輪經(jīng)過時(shí)相鄰板端部會(huì)出現(xiàn)不足，車輪經(jīng)過時(shí)相鄰板端部會(huì)出現(xiàn)撓度差，使沿縫隙下滲的水帶著基層被沖蝕的碎屑向后方板撓度差，使沿縫隙下滲的水帶著基層被沖蝕的碎屑向后方板下運(yùn)動(dòng)，把該板抬起。下運(yùn)動(dòng)，把該板抬起。脹縫下部填縫板與上部縫槽未能對(duì)齊，脹縫下部填縫板與上部縫槽未能對(duì)齊，或脹縫兩側(cè)混凝土壁面不垂直，或脹縫兩側(cè)混凝土壁面不垂直，使縫旁兩板在伸脹持壓過程使縫旁兩板在伸脹持壓過程中，會(huì)上下錯(cuò)位而形成錯(cuò)臺(tái)。當(dāng)交通量或地基承載力中，會(huì)上下錯(cuò)位而形成錯(cuò)臺(tái)。當(dāng)交通量或地基承載力在橫向在橫向各塊板之間不一致各塊板之間不一致時(shí)，縱縫止也會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。錯(cuò)臺(tái)的出時(shí)，縱縫止也會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)

15、現(xiàn)象。錯(cuò)臺(tái)的出現(xiàn)，現(xiàn)，降低了行車的平穩(wěn)性和舒適性。降低了行車的平穩(wěn)性和舒適性。(5) 錯(cuò)臺(tái)錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象：現(xiàn)象：接縫或裂縫兩側(cè)路面板端部接縫或裂縫兩側(cè)路面板端部出現(xiàn)的豎向相對(duì)位移。出現(xiàn)的豎向相對(duì)位移。6露骨(polished aggregates)89脫皮(Scaling)10水泥路面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)水泥路面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)水泥路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容水泥路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì) 混凝土面板厚度設(shè)計(jì)混凝土面板厚度設(shè)計(jì) 混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì)混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì) 路肩設(shè)計(jì)路肩設(shè)計(jì) 混凝土路面的鋼筋配筋設(shè)計(jì)混凝土路面的鋼筋配筋設(shè)計(jì)公路技術(shù)等級(jí)公路技術(shù)等級(jí)高速公路高

16、速公路一級(jí)公路一級(jí)公路二級(jí)公路二級(jí)公路三、四級(jí)公路三、四級(jí)公路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（a）30302020 2.軸載當(dāng)量換算軸載當(dāng)量換算雙輪組三軸雙輪組雙軸單輪組單軸雙輪組單軸22. 0822. 0543. 031024. 21007. 11022. 21=iiiiiiiPPP混凝土路面交通等級(jí)混凝土路面交通等級(jí)1.設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 3.交通調(diào)查和軸載分析交通調(diào)查和軸載分析交通量車道分布系數(shù)交通量車道分布系數(shù)單向車道數(shù)單向車道數(shù)1234車道分布系數(shù)車道分布系數(shù)1.00.8-1.00.6-0.80.5-0.75 交通量調(diào)查可獲得公路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期初期的年平均日交通交通量調(diào)查可獲得公路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期初

17、期的年平均日交通量（雙向）和車輛組成數(shù)據(jù)，（輕型車對(duì)混凝土路面的疲勞量（雙向）和車輛組成數(shù)據(jù)，（輕型車對(duì)混凝土路面的疲勞損傷可以忽略不計(jì)）。考慮車輛在橫斷面上分布不均勻，且損傷可以忽略不計(jì)）。考慮車輛在橫斷面上分布不均勻，且車道數(shù)不同，分布概率也不同。車道數(shù)不同，分布概率也不同。NS= N1 方向系數(shù)（一般為方向系數(shù)（一般為0.5）車道分配系數(shù)車道分配系數(shù) NS基準(zhǔn)初年年平均日交通量基準(zhǔn)初年年平均日交通量AADT(單向單向) N1年平均日交通量（雙向）年平均日交通量（雙向） 4.標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量作用次數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量作用次數(shù)=365 1)1(NrrNtse公路等級(jí)公路等級(jí)縱縫邊緣處縱縫邊緣處

18、高速公路、一級(jí)公路高速公路、一級(jí)公路0.17-0.22二級(jí)、二級(jí)二級(jí)、二級(jí)以下公路以下公路行車道寬行車道寬7m0.34-0.39行車道寬行車道寬7m0.54-0.62 臨界荷位車輛輪跡橫向分布系數(shù)臨界荷位車輛輪跡橫向分布系數(shù)交通等級(jí)交通等級(jí)特重特重重重中等中等輕輕設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)載累計(jì)作用次數(shù)N e（104）2000100200031003交通分級(jí)交通分級(jí) 5.交通等級(jí)劃分交通等級(jí)劃分 水泥混凝土路面所承受的軸載作用，按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期水泥混凝土路面所承受的軸載作用，按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道臨界荷位承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量累計(jì)作用次數(shù)內(nèi)設(shè)計(jì)車道臨界荷位承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量累計(jì)作用次數(shù)

19、分為下表所列四級(jí)。分為下表所列四級(jí)。水泥混凝土路面的力學(xué)特性水泥混凝土路面的力學(xué)特性1、混凝土板的強(qiáng)度及模量、混凝土板的強(qiáng)度及模量基層和土基的基層和土基的強(qiáng)度及模量；強(qiáng)度及模量；2、水泥混凝土板本身的抗壓強(qiáng)度、水泥混凝土板本身的抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度；抗折強(qiáng)度；3、板塊厚度相對(duì)于平面尺寸較小，板塊在荷載作用下的繞、板塊厚度相對(duì)于平面尺寸較小，板塊在荷載作用下的繞 度很小；度很小；4、混凝土板在自然條件下，存在沿板厚方向的溫度梯度，、混凝土板在自然條件下，存在沿板厚方向的溫度梯度， 會(huì)產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，如收到約束，會(huì)在板內(nèi)產(chǎn)生翹曲應(yīng)力；會(huì)產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，如收到約束，會(huì)在板內(nèi)產(chǎn)生翹曲應(yīng)力；5、荷載重復(fù)作用，溫

20、度梯度反復(fù)作用，混凝土板出現(xiàn)疲勞、荷載重復(fù)作用，溫度梯度反復(fù)作用，混凝土板出現(xiàn)疲勞 破壞。破壞。9.2 彈性地基板的應(yīng)力分析彈性地基板的應(yīng)力分析彈性地基上的小撓度薄板模型彈性地基上的小撓度薄板模型 彈性地基：彈性地基： 因?yàn)榛炷涟逑碌幕鶎优c土基的應(yīng)力應(yīng)變很小，因?yàn)榛炷涟逑碌幕鶎优c土基的應(yīng)力應(yīng)變很小，不超過材料的彈性區(qū)域不超過材料的彈性區(qū)域; 彈性板：彈性板： 因?yàn)榘宓哪Ａ扛撸瑧?yīng)力承受能力強(qiáng)，一般受力不因?yàn)榘宓哪Ａ扛?，?yīng)力承受能力強(qiáng)，一般受力不超過彈性比例極限應(yīng)力，撓度與板厚相比很小。超過彈性比例極限應(yīng)力，撓度與板厚相比很小。 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論：水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論： 彈性地基上的小

21、撓度薄板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力學(xué)模式水泥混凝土路面的工作及設(shè)計(jì)特點(diǎn)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、抗彎拉強(qiáng)度抗壓強(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)決定路面板厚度的強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo) 是是抗彎拉強(qiáng)度抗彎拉強(qiáng)度；2、車輪荷載車輪荷載作用主要的影響是疲勞效應(yīng)作用主要的影響是疲勞效應(yīng)；3、溫度差溫度差造成板內(nèi)有應(yīng)力出現(xiàn)翹曲變形及翹曲應(yīng)力，也有疲造成板內(nèi)有應(yīng)力出現(xiàn)翹曲變形及翹曲應(yīng)力，也有疲 勞特性；勞特性；4、板的使用還受限于、板的使用還受限于支承條件支承條件，不均勻支承或板底脫空對(duì)板，不均勻支承或板底脫空對(duì)板 內(nèi)應(yīng)力的影響極大；內(nèi)應(yīng)力

22、的影響極大；設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)要求：1.路基和基層設(shè)計(jì)：路基和基層設(shè)計(jì)： 要求密實(shí)、均勻、穩(wěn)定和防凍厚度及要求密實(shí)、均勻、穩(wěn)定和防凍厚度及E大于規(guī)定值。大于規(guī)定值。2.混凝土材料組成設(shè)計(jì)：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。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)：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（平面尺寸、板厚設(shè)計(jì)，以使強(qiáng)度（p,t）滿足要求。）滿足要求。4.接縫及配筋設(shè)計(jì)：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。傳荷能力。 公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范

23、公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D40-2002: 以以彈性半空間地基有限大矩形板彈性半空間地基有限大矩形板模型模型為基礎(chǔ)，以為基礎(chǔ)，以100KN單軸雙輪單軸雙輪標(biāo)準(zhǔn)軸載作用標(biāo)準(zhǔn)軸載作用于矩形板于矩形板縱向邊緣中部縱向邊緣中部產(chǎn)生的產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)最大荷載應(yīng)力力控制設(shè)計(jì)?？刂圃O(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)理論與方法設(shè)計(jì)理論與方法彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介 基本概念：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)稱圍成的柱面或棱柱面簡(jiǎn)稱板板；兩個(gè)板面之間的距離；兩個(gè)板面之間的距離h稱稱厚厚度度；平分厚度；平分厚度h的

24、平面稱為的平面稱為板的中面板的中面。如果板的厚度。如果板的厚度h遠(yuǎn)小遠(yuǎn)小于中面的最小邊尺寸于中面的最小邊尺寸b（如（如b/8b/5），這種板稱），這種板稱薄板薄板。在。在薄板彎曲時(shí)，中面所形成的稱為薄板彎曲時(shí)，中面所形成的稱為薄板彈性曲面薄板彈性曲面，而中面內(nèi)，而中面內(nèi)各點(diǎn)在垂直方向的位移稱為各點(diǎn)在垂直方向的位移稱為撓度撓度。彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介 薄板下的地基有兩種：薄板下的地基有兩種： 文克勒地基文克勒地基 彈性半無限地基彈性半無限地基 彈性地基小撓度薄板理論：彈性地基小撓度薄板理論： 混凝土路面板常做成混凝土路面板常做成等厚式等厚式，其厚度不到平面尺寸的，其厚度不到

25、平面尺寸的1/10，在輪載作用下的豎向位移，在輪載作用下的豎向位移(稱作撓度稱作撓度)又比厚度小兩又比厚度小兩個(gè)數(shù)量級(jí)，可把混凝土板看作是個(gè)數(shù)量級(jí)，可把混凝土板看作是均質(zhì)、各向同性、無重量、均質(zhì)、各向同性、無重量、等厚等厚的的小撓度彈性薄板小撓度彈性薄板。 采用此理論時(shí)三個(gè)基本假設(shè)：采用此理論時(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，故無橫向剪切應(yīng)變；直于中面，故無橫向剪切應(yīng)變； 中面上各點(diǎn)無平行于中面的位移。中面上各點(diǎn)無平行于

26、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。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），即撓度上的豎向反力，且地基與板完全接觸（不脫離），即撓度相同。相同。 在研究豎向荷載作用下的小撓度板問題時(shí)，常采用下列在研究豎向荷載作用下的小撓度板問題時(shí)，常采用下列三項(xiàng)基本假設(shè)：三項(xiàng)基本假設(shè)：1. z,z0,W為（為（x，y)的函數(shù)。的函數(shù)。2. 無橫向剪應(yīng)變，無橫向剪應(yīng)變，xz=yz=0。3. 中面上各點(diǎn)無中面上

27、各點(diǎn)無x、y方向位移，方向位移，u=v=0 ,只有只有W 。彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介板撓曲面微分方程板撓曲面微分方程=000 xyMMZ 平衡方程：平衡方程：板撓曲面微分方程板撓曲面微分方程)(1)(1222222ywxwzEEcccyxccx=)xy(1)(122222xy2y=wwzEEcccccyxwzEEccxyccx=2y11(2）)(2222ywxwDMcx=)(2222xwywDMcy=xywDMcxy=2)1 (qpyMyxM2xM22xy22x2=)1(1223cchED=qpywyxwxwD=)2(4422444則板撓曲面微分方程為：則板撓曲面微分方程為

28、：由幾何方程和物理方程，得出應(yīng)力由幾何方程和物理方程，得出應(yīng)力應(yīng)變應(yīng)變位移方程：位移方程：qp)drdwr1drwd)(drdr1drd(D2222=采用圓柱坐標(biāo)時(shí)：采用圓柱坐標(biāo)時(shí)：xyyyxxxyyyxxEEEE=221111xyyyxxxyyyxxEEEE=221111xyxyE)1 (2=yxxPPEZywxwEZ111222222=xyyPPEZxwywEZ111222222xyxykEZyxwEZ=112 變變換換=yxxPPEZywxwEZ111222222=xyyPPEZxwywEZ111222222xyxykEZyxwEZ=112 彎矩與扭矩彎矩與扭矩=2223)()1 (1w

29、wyxxxkkEhdzZM積分積分=2223)()1 (1wwyxxxkkEhdzZM推導(dǎo)得推導(dǎo)得同理同理=2222)(ywxwDkkDMyxx=2222)(xwywDkkDMxyyyxwDkDMxyxy=2)1 ()1 ( 撓曲面微分方程推導(dǎo)：撓曲面微分方程推導(dǎo)：)(qpyQxQyx=0=xxyxQyMxM0=yxyyQxMyMqpyMyyxMxyxMxD=)2(4422444q-p22=WD)(222222qpyMyyxMxyxMx=2222)(ywxwDkkDMyxx=2222)(xwywDkkDMxyyyxwDkDMxyxy=2)1 ()1 ( 要求解方程，必須建立地基反力與薄板撓度間

30、的關(guān)系，因此，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)。必須對(duì)地基變形進(jìn)行假設(shè)。 一、文克勒地基一、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)模量以反應(yīng)模量K表征表征的地基的地基 ),(),(0000yxkwyxq=2cihP)2673.0g)(1(1.1=675h. 0h6 . 1b22=2cehP)08975.0g)(54.01 (116.2=2.Winkler地基解析解：地基解析解：1）板中受荷時(shí)：）板中受荷時(shí)：當(dāng)當(dāng)0.5h時(shí)，偏差較大，用時(shí)，偏差較大，用代替代替。2）板邊部中受荷時(shí)：）板邊部中

31、受荷時(shí)：當(dāng)當(dāng) M r 輪外彎矩：輪外彎矩：對(duì)稱多輪載對(duì)稱多輪載求解方法：求解方法： 取荷載最大的輪跡中心取荷載最大的輪跡中心作為計(jì)算點(diǎn)，按圓形均布荷作為計(jì)算點(diǎn)，按圓形均布荷載計(jì)算板中最大彎矩；其它載計(jì)算板中最大彎矩；其它輪子按集中荷載計(jì)算其在主輪子按集中荷載計(jì)算其在主輪輪跡中心下成熟的附加彎輪輪跡中心下成熟的附加彎矩和切向彎矩，然后轉(zhuǎn)換為矩和切向彎矩，然后轉(zhuǎn)換為x和和y向彎矩后疊加。向彎矩后疊加。22sincostrxMMM=22cossintryMMM=2h6M= 彈性地基板的有限元解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工程實(shí)踐中采用的混凝土路面板基本上都屬于有限尺

32、寸有限尺寸的矩形板，的矩形板，并非無限大板并非無限大板。對(duì)于彈性半空間體地基上有限尺。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)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。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)行現(xiàn)行公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范（公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D402002）用用有限元法有限元法分析了荷載作用下板的極限應(yīng)力值，由分析了荷載作用下板的極限應(yīng)力值，由此給出了

33、應(yīng)力計(jì)算此給出了應(yīng)力計(jì)算諾漠圖諾漠圖。 可分析可分析不規(guī)則板不規(guī)則板(交叉口的梯形板、三角板、缺口板交叉口的梯形板、三角板、缺口板) 可計(jì)算可計(jì)算有限尺寸的板有限尺寸的板（使得板邊、板角的分析成為可能）（使得板邊、板角的分析成為可能） 可考慮各種實(shí)際的可考慮各種實(shí)際的邊界約束和支承邊界約束和支承狀況（如傳力捍、脫空狀況（如傳力捍、脫空等，非均勻支承）等，非均勻支承） 可分析可分析各種荷位和載荷組合各種荷位和載荷組合（找到最荷位及荷載組合）（找到最荷位及荷載組合）有限元法比解析解的優(yōu)越性：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（有限元彈性半空間地基板體系理論荷載應(yīng)力分析（

34、有限元法）法）一、臨界荷位一、臨界荷位 選取混凝土板的選取混凝土板的縱向邊緣中部縱向邊緣中部作為產(chǎn)生荷載應(yīng)力和溫度梯作為產(chǎn)生荷載應(yīng)力和溫度梯度綜合疲勞損傷的臨界荷位。度綜合疲勞損傷的臨界荷位。二、荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算二、荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算260. 0077. 0=hrps31537. 0=tcEEhr 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)力分析單層水泥

35、混凝土板路面荷載應(yīng)力分析考慮縱向和橫向接縫傳荷能力，修正后的荷載疲勞應(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：pscfrprkkk=綜合系數(shù)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0.05

36、7； 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)，按下表取用。 psprKf=Nev 單層水泥混凝土板路面荷載應(yīng)力分析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雙層混凝土板的臨界荷位仍為縱向邊緣中部縱向邊緣中部，標(biāo)準(zhǔn)軸載，標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在在臨界荷位處產(chǎn)生的上、下層混凝土板的荷載應(yīng)力計(jì)算公式仍為：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：pscfrprkkk= 分離式雙層板分別計(jì)算上、下層板的荷載應(yīng)力，結(jié)合式雙層分離式雙層板分別計(jì)算上、下層板的荷載應(yīng)力，結(jié)合式雙層板僅需計(jì)算下層板的荷載應(yīng)力板僅需計(jì)算下層板的荷載應(yīng)力，K

37、r、Kf、Kc的確定方法，同單層的確定方法，同單層混凝土板完全相同?；炷涟逋耆嗤ｋp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 從力學(xué)模型考慮，彈性地基雙層混凝土板按層間接觸狀態(tài)分從力學(xué)模型考慮，彈性地基雙層混凝土板按層間接觸狀態(tài)分為兩類：為兩類： 上、下層完全上、下層完全分離分離，接觸面假定為完全光滑；，接觸面假定為完全光滑； 上、下層密切上、下層密切結(jié)合結(jié)合，接觸面假定為完全連續(xù)；，接觸面假定為完全連續(xù)； 等剛度法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?，然后按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)

38、上、下層板的剛度計(jì)算各層彈性地基上的當(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。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gcgpsDhEr12077. 001160. 01=guxcgpsDKhhEr6)5 . 0(077. 002260. 02= 水泥混凝土板為四邊自由板時(shí)，水泥混凝土板為四邊自由板時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)軸載標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在臨界荷位在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力：分離式雙層板上

39、層處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力：分離式雙層板上層 和下層和下層 ， 或結(jié)合式雙層板下層或結(jié)合式雙層板下層 如下：如下：1ps2ps2ps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)(2)(0220110201011hEhEhhhEhcccx=uccccccgKhEhEhhhEhEhEhED)(4)(12120220112020102201130223011=Dg 雙層混凝土板的截面總剛度(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； 3/1)(23. 1tggEDr =基層頂面的當(dāng)量回彈模量基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et 混凝土面板下

40、的地基包括路基和根據(jù)需要設(shè)置的墊層與基層，其整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)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)將多層體系換算將多層體系換算為半無限體為半無限體，以其頂面的當(dāng)量回彈模量作為半無限地基的模量值。，以其頂面的當(dāng)量回彈模量作為半無限地基的模量值。1）新建公路新建公路基層頂面的當(dāng)量回彈模量值基層頂面的當(dāng)量回彈模量值3100=EEEahExbxt2221222121hhEhEhEx=3112=xxxEDh1221122132231111412=hEhEhhhEhEDx= 45. 0051. 1122.

41、 6EEax55. 0044. 11=EEbx基層頂面的當(dāng)量回彈模量基層頂面的當(dāng)量回彈模量2）原有柔性路面頂面的當(dāng)量回彈模量值）原有柔性路面頂面的當(dāng)量回彈模量值 在在原有柔性路面上鋪筑水泥混凝土路面時(shí)，應(yīng)通過承載板原有柔性路面上鋪筑水泥混凝土路面時(shí)，應(yīng)通過承載板試驗(yàn)確定原有柔性路面頂面的當(dāng)量回彈模量試驗(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)；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)算回彈彎沉值定計(jì)算回彈彎沉值l0后，確定其基層頂面的當(dāng)量回彈模量后，確定其基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et：04. 1013

42、739lEt=l0以后軸重以后軸重100kN的車輛測(cè)得的計(jì)算回彈彎沉值（的車輛測(cè)得的計(jì)算回彈彎沉值（1/100mm）。）。1.脹縮應(yīng)力脹縮應(yīng)力1)膨脹：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)嗝娈?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，在溫的深度均勻脹縮。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)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：生的應(yīng)力為：tEcx=utEcyx=1產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：1.1.由于板的自重、地基反力由于板的自重、地基反力和相鄰板的和相鄰板的鉗制作用鉗

43、制作用，使，使部分翹曲變形受阻，從而部分翹曲變形受阻，從而使板內(nèi)產(chǎn)生翹曲應(yīng)力。使板內(nèi)產(chǎn)生翹曲應(yīng)力。2.2.由由氣溫升高氣溫升高引起的板中部引起的板中部隆起受到限制時(shí)，板底面隆起受到限制時(shí)，板底面出現(xiàn)拉應(yīng)力；而當(dāng)出現(xiàn)拉應(yīng)力；而當(dāng)氣溫降氣溫降低低引起的板四周翹起受阻引起的板四周翹起受阻時(shí)，板頂面出現(xiàn)拉應(yīng)力。時(shí)，板頂面出現(xiàn)拉應(yīng)力?；炷涟迓N曲變形混凝土板翹曲變形2.翹曲應(yīng)力翹曲應(yīng)力tmttrk=在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力xgcctmBhTE2= 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

44、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)。tm 單層水泥混凝土板路面溫度應(yīng)力分析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)力分析水泥混凝土板路面溫度應(yīng)力分析=bfafkcrtmtmrt疲勞應(yīng)力系數(shù)疲勞應(yīng)力系數(shù)kt 單層水泥混凝土板路面溫度應(yīng)力分析單層水泥混凝土板路面溫度應(yīng)力分析回歸系數(shù)回歸系數(shù)a、b、c溫度應(yīng)力系數(shù)溫度應(yīng)力系數(shù)Bx 水泥混凝土面層的最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值水泥混凝土面層的最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值Tg ，可按照公路，可按

45、照公路所在地的公路自然區(qū)劃，按下表所在地的公路自然區(qū)劃，按下表 選用。選用。公路自然區(qū)劃、最大溫度梯度(/m)8883909586929398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)力分析雙層水泥混凝土板路面溫度應(yīng)力分析11tmttrk=22tmttrk= 上層上層 ； 下層下層 ；雙層混凝土板的溫度應(yīng)力計(jì)算公式：雙層混凝土板的溫度應(yīng)力計(jì)算公式：分離式雙層板僅需計(jì)算上層板的溫度應(yīng)力分離式雙層板僅需計(jì)算上層板的溫度應(yīng)力結(jié)合式雙層板僅需計(jì)算下層板的溫度應(yīng)力結(jié)合式雙層板僅需計(jì)算下層板的溫度應(yīng)力1tr2tr分離式

46、雙層混凝土板上層最大溫度應(yīng)力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；101112xgcctmBThE=xhhEhEhxxBCBcc)5 . 2ln(81. 032. 010201202101=溫度應(yīng)力系數(shù)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；20201222)(xg

47、cctmBThhE=xccccxBhhEEEhEhB)218ln(27. 077. 1 0201212021012=1、結(jié)構(gòu)可靠性的含義、結(jié)構(gòu)可靠性的含義 結(jié)構(gòu)可靠性結(jié)構(gòu)可靠性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間(設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期)內(nèi)、規(guī)定條內(nèi)、規(guī)定條件下件下(正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù))完成完成預(yù)定功能預(yù)定功能的的能力。能力。其功能要求為其功能要求為: (1)安全性安全性； (2)適用性適用性； (3)耐久性耐久性。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)，就可能產(chǎn)生以下后果：，就可能產(chǎn)生以下后果： （1）由于材料強(qiáng)度不夠

48、而破壞，或因疲勞而破壞；）由于材料強(qiáng)度不夠而破壞，或因疲勞而破壞； （2）產(chǎn)生過大的塑性變形而不能繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪）產(chǎn)生過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；失穩(wěn)定； （3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系。超過這一極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或其）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動(dòng)體系。超過這一極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件就不能滿足其預(yù)定的構(gòu)件就不能滿足其預(yù)定的安全性要求安全性要求路面結(jié)構(gòu)的可靠度路面結(jié)構(gòu)的可靠度 (了解內(nèi)容）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，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)期功能的路面能夠發(fā)揮其預(yù)期功能的概率概率。 我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法我國(guó)水泥混

49、凝土路面設(shè)計(jì)方法：路面板的車輛荷載疲勞：路面板的車輛荷載疲勞應(yīng)力及溫度疲勞應(yīng)力之和小于混凝土的極限抗折強(qiáng)度。應(yīng)力及溫度疲勞應(yīng)力之和小于混凝土的極限抗折強(qiáng)度。）（5514)(rtprf2、水泥混凝土路面可靠度的定義、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、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

50、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。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)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)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)水泥路面設(shè)計(jì)參數(shù) 可靠度系數(shù)可靠度系數(shù)rr 混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度 3、可靠

51、度系數(shù)、可靠度系數(shù)水泥路面設(shè)計(jì)參數(shù)水泥路面設(shè)計(jì)參數(shù)5、混凝土材料要求、混凝土材料要求）（5514)(rtprf交通等級(jí)特重重中等輕設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)N e（104）2000100200031003交通分級(jí)交通分級(jí)4、交通分級(jí)指標(biāo)、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齡期齡期的的151555cm的水泥混凝土梁式試件，用三分點(diǎn)加載試驗(yàn)方的水泥混凝土梁式試件，用三分點(diǎn)加載試驗(yàn)方法確定。法確定。 水泥混凝土的強(qiáng)度以水泥混凝土的強(qiáng)度以28d齡期的彎拉強(qiáng)度控制。當(dāng)混凝土澆齡期的彎拉強(qiáng)度控制。當(dāng)混凝土澆筑后筑后90d內(nèi)不開放交

52、通時(shí)，可采用內(nèi)不開放交通時(shí)，可采用90d齡期的彎拉強(qiáng)度。各交通齡期的彎拉強(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。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。交通等級(jí)特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（Mpa）5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（Mpa）6.06.05.55.0混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值5、混凝土材料要求、混凝土材料要求6. 防凍厚度防凍厚度 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。小防凍厚度。路基 干濕 類型路基土質(zhì)當(dāng)?shù)刈畲蟊鶅錾疃龋╩）0.5

53、01.001.011.501.502.002.00中濕 路基低、中、高液限粘土0.300.500.400.600.500.700.600.95粉土，粉質(zhì)低、中液限粘土0.400.600.500.700.600.850.701.10潮濕 路基低、中、高液限粘土0.400.600.500.700.600.900.751.20粉土，粉質(zhì)低、中液限粘土0.450.700.550.800.701.000.801.30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)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

54、凍厚度。水泥混凝土路面最小防凍厚度（水泥混凝土路面最小防凍厚度（m）組合設(shè)計(jì)內(nèi)容：組合設(shè)計(jì)內(nèi)容：面層面層基層基層墊層墊層路基路基9.3 結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)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。不同。 一、面層一、面層 應(yīng)具有應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。足夠的強(qiáng)度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。 選擇方法：選擇方法： 面層一般采用設(shè)接縫的普通混凝土；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

55、基、填挖交界段的路等有地下設(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)，有可能產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，應(yīng)采用設(shè)置接縫的鋼筋混應(yīng)采用設(shè)置接縫的鋼筋混凝土面層。凝土面層。 面層類型面層類型適用條件適用條件連續(xù)配筋混凝土面層高速公路瀝青上面層與連續(xù)配筋混凝土或橫縫設(shè)傳力桿的普通混凝土下面層組成的復(fù)合式路面特重交通的高速公路碾壓混凝土面層二級(jí)及二級(jí)以下公路、服務(wù)區(qū)停車場(chǎng)鋼纖維混凝土面層標(biāo)高受限制路段、收費(fèi)站、混凝土加鋪層和橋面鋪裝矩形或異形混凝土預(yù)制塊面層服務(wù)區(qū)停車場(chǎng)、二級(jí)及二級(jí)以下公路橋頭引道沉降未穩(wěn)定段其它面層類型選擇其它面層類型選擇交通等級(jí)交通等級(jí)特重特重重重公路等級(jí)公路等級(jí)高速高速

56、一級(jí)一級(jí)二級(jí)二級(jí)高速高速一級(jí)一級(jí)二級(jí)二級(jí)變異水平等級(jí)變異水平等級(jí)低低中中低低中中低低中中低低中中面層厚度（面層厚度（mm） 260250240270240260230250220面層厚度參考范圍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。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，斷面正確、平整，耐沖蝕能力。要求有足夠剛度、穩(wěn)定性，斷面正確、平整，耐沖蝕能力。寬度比面板寬寬度比面板寬2535cm，或與路基同寬。，或與路基同寬。 基層頂面當(dāng)量回彈模量基層頂面當(dāng)量回彈模量Et不小于不小于規(guī)范規(guī)定規(guī)范規(guī)定的的E值。由此定基值。由此定基層的厚

57、度層的厚度h。 新建道路新建道路hmin=15cm， 補(bǔ)強(qiáng)（在柔性路面上）時(shí)，補(bǔ)強(qiáng)（在柔性路面上）時(shí)，h=8cm(砂、礫石砂、礫石),h=10cm（水（水穩(wěn)類）穩(wěn)類）,對(duì)巖石路基對(duì)巖石路基h=68cm。二、基層二、基層路基和結(jié)構(gòu)層參數(shù)路基和結(jié)構(gòu)層參數(shù) 二、基層二、基層 基層應(yīng)具有基層應(yīng)具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度。足夠的抗沖刷能力和一定的剛度。 基層類型基層類型宜依照交通等級(jí)按表選用。宜依照交通等級(jí)按表選用?；炷令A(yù)制塊面層應(yīng)采用水泥穩(wěn)定粒料基層混凝土預(yù)制塊面層應(yīng)采用水泥穩(wěn)定粒料基層 交通等級(jí)基層類型特重交通貧混凝土、碾壓混凝土或?yàn)r青混凝土基層重交通水泥穩(wěn)定粒料或?yàn)r青穩(wěn)定碎石基層中等或輕交

58、通水泥穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或級(jí)配粒料基層基層類型基層類型厚度適宜的范圍（厚度適宜的范圍（mm）貧混凝土或碾壓混凝土基層120200水泥或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料基層150250瀝青混凝土基層4060瀝青穩(wěn)定碎石基層80100級(jí)配粒料基層150200多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層100140瀝青穩(wěn)定碎石排水基層80100各類基層厚度的適宜范圍各類基層厚度的適宜范圍 三、墊層：三、墊層：1）改善路基水溫狀況；）改善路基水溫狀況；2）阻止路基土擠入基層；）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；）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

59、度；）達(dá)到路面結(jié)構(gòu)總厚度；(對(duì)季節(jié)性冰凍地區(qū)對(duì)季節(jié)性冰凍地區(qū),路面有最小路面有最小防凍厚度要求防凍厚度要求)5）具有一定的強(qiáng)度、好的水穩(wěn)性、抗凍性。）具有一定的強(qiáng)度、好的水穩(wěn)性、抗凍性。 三、墊層三、墊層 遇有下述情況時(shí)，需在層基下設(shè)置墊層：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)以墊層厚度要求時(shí)，其差值應(yīng)以墊層厚度補(bǔ)足厚度補(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)，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)置宜設(shè)置排水墊層排水墊層； 路基可能產(chǎn)生不均勻沉降或不均勻變

60、形時(shí)，可加設(shè)路基可能產(chǎn)生不均勻沉降或不均勻變形時(shí)，可加設(shè)半半剛性墊層剛性墊層。 注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)： 墊層的墊層的寬寬應(yīng)與路基同寬，其應(yīng)與路基同寬，其最小厚度最小厚度為為150mm。 防凍墊層和排水墊層防凍墊層和排水墊層宜采用宜采用砂、砂礫砂、砂礫等顆粒材料。等顆粒材料。 半剛性墊層半剛性墊層可采用可采用低劑量無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料或土低劑量無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料或土。 四、路基四、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。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)大于高液限粉土及塑性指數(shù)大于16或膨脹率大于或膨脹率大于3的低液限粘土，的低液限粘土，不能用做高速公路