水泥路面結構設計的ppt課件

1、東南大學交通學院李昶2021-11-14 自我簡介：自我簡介： 1、教學歷史簡介、教學歷史簡介3-4遍）遍） 2、教學、教學ppt每年一改每年一改 3、有時候被學生問題難倒、有時候被學生問題難倒 4、還有許多問題沒有探索出答案、還有許多問題沒有探索出答案 發(fā)言定位：發(fā)言定位： 一個初上一個初上課程的新教師課程的新教師 談自己怎么理解，怎么上，過程中有什么問題談自己怎么理解，怎么上，過程中有什么問題 供批判，向大家請教，提出問題供討論。供批判，向大家請教，提出問題供討論。 教學要求：教學要求： 基本設計理論重點掌握）基本設計理論重點掌握） 可靠度設計基本原理掌握）可靠度設計基本原理掌握） 設計方

2、法和步驟熟練掌握）設計方法和步驟熟練掌握） 其它設計方法一般了解）其它設計方法一般了解） 教學目標：讓學生掌握水泥混凝土路面設計理論教學目標：讓學生掌握水泥混凝土路面設計理論的發(fā)展過程，掌握規(guī)范設計步驟與方法，可獨立的發(fā)展過程，掌握規(guī)范設計步驟與方法，可獨立設計設計 難點：理論演化發(fā)展過程及其與規(guī)范方法的關系難點：理論演化發(fā)展過程及其與規(guī)范方法的關系 1、銜接前一章，先談病害，引出設計指標彎拉應力 2、介紹設計理論與方法發(fā)展簡史，引出經(jīng)典小撓度彈性薄板相關理論切入理論 3、詳細分析小撓度彈性薄板假定對應的力學公式，討論三方程幾何、物理、平衡的聯(lián)立簡化過程給出撓度表達式 4、分析地基反力q(x,

3、y)在兩種地基溫克勒、彈性半空間體情況下的應力解答了解各解答的意義 5、溫度應力的兩種解答來源分析實際路面尺寸有限，均勻變溫不考慮，主要是翹曲應力 6、可靠度理論簡介為可靠度系數(shù)引入作鋪墊 7、規(guī)范方法及細節(jié)講解設計方法中各參數(shù)取值，背后的理論與方法 8、概念探討加深對參數(shù)的理解 9、延伸問題引導思考，探究 斷板、角隅斷裂是常見的結構性病害特征 主要原因是：板塊裂縫處在重復彎拉疲勞作用下，材料力學指標抗折強度下降，最后單次荷載作用超出材料強度產(chǎn)生微裂縫，逐步發(fā)展成為上述病害。 1 水泥混凝土本身的抗壓強度遠大于抗折強度以抗折強度作為設計標準； 2 混凝土板在自然條件下，存在沿板厚方向的溫度梯度

4、，會產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，如果受到約束，會在板中產(chǎn)生翹曲應力溫度翹曲應力 3 荷載多次重復作用，溫度梯度也反復變化，混凝土板有疲勞現(xiàn)象要考慮交通量重復作用的疲勞效應 1 混凝土的強度遠大于基層和土基模量和強度地基被簡化為單一體 2 基層表面與路面板間摩擦力較小滑動假定，只傳遞豎向力 3 板塊厚度相對與平面尺寸較小，板塊在荷載作用下的撓度豎向位移很小忽略z方向應力應變變化細節(jié) 發(fā)展出小撓度彈性薄板理論 為分析水泥混凝土板塊受拉而發(fā)展： 1、起點：完全彈性問題彈性力學經(jīng)典三方程） 2、簡化：力學特點假定具體公式 3、結果：22Dwpq 荷載應力：荷載應力： 1、Winkler溫克勒地基特點（溫克勒地基特點

5、（“浮板浮板”） 2、Westergaard解解溫克勒地基上的小撓度溫克勒地基上的小撓度彈性無限大板板中）、半無限大板邊）、四彈性無限大板板中）、半無限大板邊）、四分之一無限大角隅的解答，分之一無限大角隅的解答，Kelly根據(jù)阿靈頓根據(jù)阿靈頓試驗段結果進行修正試驗段結果進行修正 3、Hogg解解彈性半空間體地基上的小撓度彈彈性半空間體地基上的小撓度彈性無限大圓板軸對稱課題）性無限大圓板軸對稱課題） 溫度應力：溫度應力： 1、均勻降溫應力、均勻降溫應力板塊尺寸有限而舍去板塊尺寸有限而舍去 2、翹曲應力、翹曲應力線性變溫、板受到地基完全約束線性變溫、板受到地基完全約束情況下的情況下的Westerg

6、aard解解 1、彈性地基上有限尺寸板的解答； 2、規(guī)范中設計方法給出的計算諾模圖采用了有限元計算方法，是一種數(shù)值方法。 1、結構組合設計結合規(guī)范 2、平面尺寸設計、配筋設計常用 3、厚度設計基于理論和設計計算 分析公式構成，各項物理意義。分析公式構成，各項物理意義。 其標準是：因荷載和溫度產(chǎn)生的某最不利荷載作其標準是：因荷載和溫度產(chǎn)生的某最不利荷載作用位置處的疲勞應力，在一定可靠度保證的情況用位置處的疲勞應力，在一定可靠度保證的情況下，小于等于材料的抗折強度，不發(fā)生拉裂破壞。下，小于等于材料的抗折強度，不發(fā)生拉裂破壞。rtrprrf)( 來源：材料不均勻、施工過程的不均勻、來源：材料不均勻、

7、施工過程的不均勻、厚度的不均勻等造成實際路面與設計路面厚度的不均勻等造成實際路面與設計路面的差異，為保證設計路面的可靠性，需要的差異，為保證設計路面的可靠性，需要引入該參數(shù)引入該參數(shù) 實際采用的目標可靠度是多因素根據(jù)累積實際采用的目標可靠度是多因素根據(jù)累積數(shù)據(jù)分析綜合得到數(shù)據(jù)分析綜合得到 反過來，可靠度可用于控制施工中的參數(shù)反過來，可靠度可用于控制施工中的參數(shù)變異變異 不詳細講，示意規(guī)范可靠度要求表不詳細講，示意規(guī)范可靠度要求表 由材料試驗得到，或根據(jù)工程經(jīng)驗選取 試驗方法：小梁試件，三分點加載，單次加載至破壞單次強度試驗） 兩個層次兩個層次單次標準荷載作用下，最不利荷單次標準荷載作用下，最不

8、利荷載作用位置處的拉應力；該處的荷載疲勞應力載作用位置處的拉應力；該處的荷載疲勞應力 荷載疲勞應力計算公式的構成荷載疲勞應力計算公式的構成 三修正系數(shù)：傳荷、疲勞、動偏載三修正系數(shù)：傳荷、疲勞、動偏載 修正單次應力修正單次應力pscfrprkkk標準荷載在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力公式分析：1、回歸公式，通過有限元計算得到；2、基層及其以下以Et簡化表征，彈性半空間體；3、無板與地基摩擦相關系數(shù)，滑動處理；結論：參考了經(jīng)典解析解的一般原理但不同點在哪里？有限尺寸板，但公式中無相關參數(shù) 定義：其他條件相同，標準荷載移動在有限尺定義：其他條件相同，標準荷載移動在有限尺寸板上，如果在板體內(nèi)

9、某處通常是板頂出寸板上，如果在板體內(nèi)某處通常是板頂出現(xiàn)了最大拉應力，則確定該位置為最不利荷載現(xiàn)了最大拉應力，則確定該位置為最不利荷載位置，由此引起的應力是單次應力計算的標準位置，由此引起的應力是單次應力計算的標準取值。取值。 方法：有限元內(nèi)分布荷載進行搜索，尋找最大方法：有限元內(nèi)分布荷載進行搜索，尋找最大拉應力位置，比較拉應力大小，最終確定最不拉應力位置，比較拉應力大小，最終確定最不利荷位。利荷位。 特點：是一種極限可能出現(xiàn)的最大的情況特點：是一種極限可能出現(xiàn)的最大的情況 來源：荷載單次作用應力計算過程中引入的一個來源：荷載單次作用應力計算過程中引入的一個組合參數(shù)，由地基當量回彈模量、水泥混凝

10、土模組合參數(shù)，由地基當量回彈模量、水泥混凝土模量的比值及板厚確定量的比值及板厚確定 物理意義的理解：可認為是荷載在板中引起的應物理意義的理解：可認為是荷載在板中引起的應力響應范圍，水泥混凝土模量越高、地基模量越力響應范圍，水泥混凝土模量越高、地基模量越低，厚度越大，則在標準荷載作用下的板塊承擔低，厚度越大，則在標準荷載作用下的板塊承擔的荷載效應越多，響應范圍越大。的荷載效應越多，響應范圍越大。 注意點：相對剛度半徑針對不同的地基模型有不注意點：相對剛度半徑針對不同的地基模型有不同的計算公式。同的計算公式。 傳荷修正相鄰板的分擔作用，小于1 動偏載修正動力沖擊與偏載，大于1 疲勞修正考慮了疲勞效

11、應，往往兩種方式，一種是放大單次應力乘以大于1的系數(shù)），一種是減小材料強度乘以小于1的系數(shù)） 觀察公式發(fā)現(xiàn)，這里考慮了荷載重復作用次數(shù) 特點：特點： 1、實際交通荷載軸載變化很大；、實際交通荷載軸載變化很大； 2、需要考慮板塊的累積疲勞效應；、需要考慮板塊的累積疲勞效應； 3、計算單次應力往往只能針對一種特定的、計算單次應力往往只能針對一種特定的荷載標準軸載）荷載標準軸載） 4、引出軸載換算和交通量分布概念、引出軸載換算和交通量分布概念 5、給出換算與車道分配系數(shù)取值方法、給出換算與車道分配系數(shù)取值方法指交通量在道路橫向各車道上的分布規(guī)律。設計時按交通量分配最多的車道上的交通量作為設計路面結構

12、時的參數(shù)再一次的最不利）。如果滿足要求，則橫向其它位置也應滿足結構要求。 兩個層次兩個層次根據(jù)自然區(qū)劃確定的溫度梯度確定的單次根據(jù)自然區(qū)劃確定的溫度梯度確定的單次翹曲應力，長期的翹曲重復作用的影響翹曲應力，長期的翹曲重復作用的影響 溫度疲勞應力計算公式的構成溫度疲勞應力計算公式的構成 公式分析：單次應力計算公式與公式分析：單次應力計算公式與Westergaard解形式相解形式相似而應力系數(shù)取值不同理論解、數(shù)值解回歸）似而應力系數(shù)取值不同理論解、數(shù)值解回歸） 特點：特點： 1、與路面所處自然區(qū)劃有關，不同自然區(qū)、與路面所處自然區(qū)劃有關，不同自然區(qū)劃的可能最大溫度梯度不同劃的可能最大溫度梯度不同 2、修正系數(shù)一般小于、修正系數(shù)一般小于1 原因：考慮了單次應力為板完全受地基約原因：考慮了單次應力為板完全受地基約束，而實際不可能，且長期重復后，有應束，而實際不可能，且長期重復后，有應力松弛，對單次應力進行折減。力松弛，對單次應力進行折減。 1、給出算例，給出設計流程 2、按步驟教學設計方法 3、課程實習安排相關設計內(nèi)容 板和地基到底是滑動還是約束？ 1、實際的情況可認為偏滑動； 2、在計算荷載應力時滑動，在計算翹曲應力時約束，都是按最不利去考慮。 水泥路面、瀝青路面中有兩個概念車道分配系數(shù)、橫向分布系數(shù)車道系數(shù)有什么關系？ 本質上是一回事