路基路面工程14電子教案

1、第14章 水泥混凝土路面設(shè)計(jì),14.1 彈性地基板力學(xué)分析 14.1.1 彈性地基板力學(xué)分析 (1)小撓度彈性薄板的基本假設(shè) 垂直于中面方向的應(yīng)變z極其微小，可以忽略不計(jì)。 垂直于中面的法線，在彎曲變形前后均保持為直線并垂直于中面，因而無(wú)橫向剪切應(yīng)變,中面上各點(diǎn)無(wú)平行于中面的位移，即Uz=0Vz=00 由第、點(diǎn)假設(shè)，應(yīng)用幾何方程可得到應(yīng)變與豎向位移的關(guān)系式 (2)板撓曲面微分方程 板中心撓曲面的微分方程為,板的應(yīng)力：,圖14-1 彈性地基板微分單元受力分析,圖14-2 彈性地基板受荷時(shí)的彎曲,圖14-3 不同假設(shè)地基的表面變形圖 a）文克勒地基；b）彈性半空間體地基,14.1.2 文克勒地基板

2、的荷載應(yīng)力分析,1)荷載作用于板中（荷位），荷載中心處板底最大彎拉應(yīng)力 2)荷載作用于板邊緣中部（荷位），荷位下板底的最大彎拉應(yīng)力 3)荷載作用于板角隅（荷位），最大拉應(yīng)力產(chǎn)生在板的表面離荷載圓中心為x1的分角線上,圖14-4 三種荷載位置,14.1.3 彈性半空間地基板的荷載應(yīng)力分析 對(duì)于外荷載與彈性地基板本身均屬于軸對(duì)稱(chēng)的情況下,板內(nèi)徑向彎矩Mr與切向彎矩Mt的表達(dá)式,圖14-5 撓度計(jì)算式,圖14-6 在無(wú)限大圓板上的圓形均布荷載,圖14-7 距離集中荷載作用點(diǎn)為r處的彎矩,圖14-8 對(duì)稱(chēng)的多組車(chē)輪荷載作用 在一塊板上的彎矩計(jì)圖式,14.2 水泥混凝土路面溫度應(yīng)力分析,圖14-9 單軸

3、軸載作用于縱縫邊緣中部的應(yīng)力計(jì)算圖,14.2.1 脹縮應(yīng)力 面板脹縮完全受阻時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力 對(duì)于板邊緣中部或窄長(zhǎng)板，則x0和y0,板劃分為有限尺寸板塊后，因收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力很小，可不予考慮。 14.2.2 翹曲應(yīng)力 對(duì)有限尺寸板，沿板長(zhǎng)（L）和板寬（B）方向的翹曲應(yīng)力分別,圖14-10 混凝土面板的翹曲變形 a)氣溫升高時(shí)；b)氣溫降低時(shí),在板邊緣中點(diǎn)：,板的剛性半徑計(jì)算公式 板中部 板邊緣中點(diǎn),圖14-11 板溫度翹曲應(yīng)力系數(shù)值,14.3 水泥混凝土路面的破壞形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),14.3.1 破壞形式 (1)接縫的破壞 擠碎 拱起 錯(cuò)臺(tái) 唧泥 (2)混凝土板本身的破壞 混凝土板的破壞主要是斷裂和

4、裂縫。,14.3.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 我國(guó)規(guī)范采用混凝土面層厚度的設(shè)計(jì)方法，是按重復(fù)荷載產(chǎn)生的荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力綜合作用所產(chǎn)生的疲勞損壞確定混凝土板厚。,14.4 水泥混凝土路面板厚確定,14.4.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn) (1)路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) (2)混凝土面板厚度設(shè)計(jì) (3)混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì) (4)路肩設(shè)計(jì) (5)普通混凝土路面配筋設(shè)計(jì),14.4.2 設(shè)計(jì)參數(shù),(1)標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算 軸載換算公式 (2)交通分級(jí)、設(shè)計(jì)使用年限和累計(jì)作用次數(shù),標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne,(3)基層頂面的當(dāng)量回彈模量和計(jì)算回彈模量 1）新建公路基層頂面的當(dāng)量回彈模量值 2）原有柔性路面頂面的當(dāng)量回彈模量值,

5、圖14-12 雙層體系頂面的當(dāng)量回彈模量Et計(jì)算圖,3）計(jì)算回彈模量Etc 4）水泥混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度與彎拉彈性模量 設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度f(wàn)cm 混凝土的試配強(qiáng)度,14.4.3 荷載疲勞應(yīng)力 (1)臨界荷位 (2)荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算 修正后的荷載疲勞應(yīng)力,圖14-13 臨界荷位,14.4.4 溫度疲勞應(yīng)力 溫度疲勞應(yīng)力 14.4.5 板厚確定 收集并分析交通參數(shù)收集日交通量和軸載組成數(shù)據(jù)，確定輪載分布系數(shù)，計(jì)算設(shè)計(jì)車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)，由此確定道路的交通等級(jí)，并進(jìn)而選定設(shè)計(jì)年限、選定交通量年平均增長(zhǎng)率，計(jì)算使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)作用次數(shù)。,初擬路面結(jié)構(gòu)初選路面結(jié)構(gòu)層次、類(lèi)型和材料組成；擬定各層的厚度、

6、面層板平面尺寸和接縫構(gòu)造。 確定材料參數(shù)試驗(yàn)確定混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度和彈性模量，基層、墊層和路基的回彈模量，基層頂面的當(dāng)量回彈模量。 計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力由應(yīng)力計(jì)算圖或公式得到標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下板邊緣中部的最大荷載應(yīng)力；按接縫類(lèi)型選定接縫傳荷系數(shù)；按標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)計(jì)算得到疲勞應(yīng)力系數(shù)；按交通等級(jí)選定綜合系數(shù)；綜合上述計(jì)算結(jié)果可得到荷載疲勞應(yīng)力p。,計(jì)算溫度應(yīng)力由所在地公路自然區(qū)劃選擇最大溫度梯度；按路面結(jié)構(gòu)和板平面尺寸計(jì)算最大溫度梯度時(shí)的溫度翹曲應(yīng)力；按自然區(qū)劃和tm / fcm，確定溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用次數(shù)；由此計(jì)算確定溫度疲勞應(yīng)力t。 檢驗(yàn)初擬路面結(jié)構(gòu)按下述條件檢驗(yàn)：,14.5 復(fù)合式混凝土

7、路面板厚計(jì)算,(1)設(shè)計(jì)參數(shù) 復(fù)合式混凝土路面的設(shè)計(jì)參數(shù)按照表14-7中普通混凝土及碾壓混凝土路面的參數(shù)確定。復(fù)合式路面板應(yīng)按等剛度原則換算成單層混凝土板厚，然后按照式（14-29）計(jì)算基層頂面的計(jì)算回彈模量值。 (2)等效單層板,圖14-14 復(fù)合式混凝土路面計(jì)算圖式,截面上的應(yīng)力合力平衡式 等剛度單層板的厚度 heq,(3)荷載應(yīng)力計(jì)算 標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力p 復(fù)合式路面板底的應(yīng)力 (4)板厚確定 初估板厚即可作為設(shè)計(jì)板厚,14.6 其他幾種混凝土路面板厚計(jì)算簡(jiǎn)介,14.6.1 碾壓混凝土路面 (1)荷載應(yīng)力計(jì)算,(2)板厚的確定 按路面所承受的交通等級(jí)，參照表14-

8、10選擇初估板厚hi，由式(14-45)計(jì)算荷載疲勞應(yīng)力p。當(dāng)其不大于碾壓混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度f(wàn)c的103和不低于fc的95時(shí)，則初估板厚可作為設(shè)計(jì)板厚h。否則，應(yīng)改選初估板厚，重新計(jì)算，直到滿(mǎn)足上述要求為止。,14.6.2 鋼筋混凝土路面 每延米板所需的配筋量,14.6.3 鋼纖維混凝土路面 鋼纖維混凝土路面的物理力學(xué)性質(zhì)比普通混凝土路面好，特別是它的抗疲勞強(qiáng)度、抗沖擊能力和防止裂縫的能力更好。 14.6.4 連續(xù)配筋混凝土路面 連續(xù)配筋混凝土路面會(huì)在溫度和濕度變化引起的內(nèi)應(yīng)力作用下產(chǎn)生許多橫向裂縫，裂縫的間距為1.03.0m。但是，由于配置了許多縱向連續(xù)鋼筋，這些橫向裂縫不至于張開(kāi)而使雜物進(jìn)入或使混凝土剝落，因而不會(huì)影響行車(chē)的使用品質(zhì)。,14.7 水泥混凝土路面加鋪層設(shè)計(jì),14.7.1 舊混凝土路面的技術(shù)調(diào)查和強(qiáng)度評(píng)定 (1)原有混凝土路面的技術(shù)調(diào)查 (2)路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度評(píng)定 1）基層頂面的當(dāng)量回彈模量和計(jì)算回彈模量,圖14-15 混凝土路面表面彎沉系數(shù)計(jì)算圖,2）舊混凝土彎拉強(qiáng)度與彎拉彈性模量 舊混凝土的彎拉強(qiáng)度 舊混凝土的抗彎拉彈性模量 3）舊混凝土路面面板厚度,14.7.2 水泥混凝土路面加鋪層