水泥路面结构设计的教学要点与教学方法ppt课件

1、东南大学交通学院李昶2021-11-14 自我简介：自我简介： 1、教学历史简介、教学历史简介3-4遍遍 2、教学、教学ppt每年一改每年一改 3、有时候被学生问题难倒、有时候被学生问题难倒 4、还有许多问题没有探求出答案、还有许多问题没有探求出答案 发言定位：发言定位： 一个初上一个初上课程的新教师课程的新教师 谈本人怎样了解，怎样上，过程中有什么问题谈本人怎样了解，怎样上，过程中有什么问题 供批判，向大家讨教，提出问题供讨论。供批判，向大家讨教，提出问题供讨论。 教学要求：教学要求： 根本设计实际重点掌握根本设计实际重点掌握 可靠度设计根本原理掌握可靠度设计根本原理掌握 设计方法和步骤熟练

2、掌握设计方法和步骤熟练掌握 其它设计方法普通了解其它设计方法普通了解 教学目的：让学生掌握水泥混凝土路面设计实际教学目的：让学生掌握水泥混凝土路面设计实际的开展过程，掌握规范设计步骤与方法，可独立的开展过程，掌握规范设计步骤与方法，可独立设计设计 难点：实际演化开展过程及其与规范方法的关系难点：实际演化开展过程及其与规范方法的关系 1、衔接前一章，先谈病害，引出设计目的弯拉应力 2、引见设计实际与方法开展简史，引出经典小挠度弹性薄板相关实际切入实际 3、详细分析小挠度弹性薄板假定对应的力学公式，讨论三方程几何、物理、平衡的联立简化过程给出挠度表达式 4、分析地基反力q(x,y)在两种地基温克勒

3、、弹性半空间体情况下的应力解答了解各解答的意义 5、温度应力的两种解答来源分析实践路面尺寸有限，均匀变温不思索，主要是翘曲应力 6、可靠度实际简介为可靠度系数引入作铺垫 7、规范方法及细节讲解设计方法中各参数取值，背后的实际与方法 8、概念讨论加深对参数的了解 9、延伸问题引导思索，探求 断板、角隅断裂是常见的构造性病害特征 主要缘由是：板块裂痕处在反复弯拉疲劳作用下，资料力学目的抗折强度下降，最后单次荷载作用超出资料强度产生微裂痕，逐渐开展成为上述病害。 1 水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强度以抗折强度作为设计规范； 2 混凝土板在自然条件下，存在沿板厚方向的温度梯度，会产生翘曲景象，假

4、设遭到约束，会在板中产生翘曲应力温度翘曲应力 3 荷载多次反复作用，温度梯度也反复变化，混凝土板有疲劳景象要思索交通量反复作用的疲劳效应 1 混凝土的强度远大于基层和土基模量和强度地基被简化为单一体 2 基层外表与路面板间摩擦力较小滑动假定，只传送竖向力 3 板块厚度相对与平面尺寸较小，板块在荷载作用下的挠度竖向位移很小忽略z方向应力应变变化细节 开展出小挠度弹性薄板实际 为分析水泥混凝土板块受拉而开展： 1、起点：完全弹性问题弹性力学经典三方程 2、简化：力学特点假定详细公式 3、结果：22Dwpq 荷载应力：荷载应力： 1、Winkler温克勒地基特点温克勒地基特点“浮板浮板 2、West

5、ergaard解解温克勒地基上的小挠度弹温克勒地基上的小挠度弹性无限大板板中、半无限大板边、四分性无限大板板中、半无限大板边、四分之一无限大角隅的解答，之一无限大角隅的解答，Kelly根据阿灵顿实根据阿灵顿实验段结果进展修正验段结果进展修正 3、Hogg解解弹性半空间体地基上的小挠度弹弹性半空间体地基上的小挠度弹性无限大圆板轴对称课题性无限大圆板轴对称课题 温度应力：温度应力： 1、均匀降温应力、均匀降温应力板块尺寸有限而舍去板块尺寸有限而舍去 2、翘曲应力、翘曲应力线性变温、板遭到地基完全约束线性变温、板遭到地基完全约束情况下的情况下的Westergaard解解 1、弹性地基上有限尺寸板的解

6、答； 2、规范中设计方法给出的计算诺模图采用了有限元计算方法，是一种数值方法。 1、构造组合设计结合规范 2、平面尺寸设计、配筋设计常用 3、厚度设计基于实际和设计计算 分析公式构成，各项物理意义。分析公式构成，各项物理意义。 其规范是：因荷载和温度产生的某最不利荷载作其规范是：因荷载和温度产生的某最不利荷载作用位置处的疲劳应力，在一定可靠度保证的情况用位置处的疲劳应力，在一定可靠度保证的情况下，小于等于资料的抗折强度，不发生拉裂破坏。下，小于等于资料的抗折强度，不发生拉裂破坏。rtrprrf)( 来源：资料不均匀、施工过程的不均匀、来源：资料不均匀、施工过程的不均匀、厚度的不均匀等呵斥实践路

7、面与设计路面厚度的不均匀等呵斥实践路面与设计路面的差别，为保证设计路面的可靠性，需求的差别，为保证设计路面的可靠性，需求引入该参数引入该参数 实践采用的目的可靠度是多要素根据累积实践采用的目的可靠度是多要素根据累积数据分析综合得到数据分析综合得到 反过来，可靠度可用于控制施工中的参数反过来，可靠度可用于控制施工中的参数变异变异 不详细讲，表示规范可靠度要求表不详细讲，表示规范可靠度要求表 由资料实验得到，或根据工程阅历选取 实验方法：小梁试件，三分点加载，单次加载至破坏单次强度实验 两个层次两个层次单次规范荷载作用下，最不利荷单次规范荷载作用下，最不利荷载作用位置处的拉应力；该处的荷载疲劳应力

8、载作用位置处的拉应力；该处的荷载疲劳应力 荷载疲劳应力计算公式的构成荷载疲劳应力计算公式的构成 三修正系数：传荷、疲劳、动偏载三修正系数：传荷、疲劳、动偏载 修正单次应力修正单次应力pscfrprkkk规范荷载在四边自在板的临界荷位处产生的荷载应力公式分析：1、回归公式，经过有限元计算得到；2、基层及其以下以Et简化表征，弹性半空间体；3、无板与地基摩擦相关系数，滑动处置；结论：参考了经典解析解的普通原理但不同点在哪里？有限尺寸板，但公式中无相关参数 定义：其他条件一样，规范荷载挪动在有限尺定义：其他条件一样，规范荷载挪动在有限尺寸板上，假设在板体内某处通常是板顶出寸板上，假设在板体内某处通常

9、是板顶出现了最大拉应力，那么确定该位置为最不利荷现了最大拉应力，那么确定该位置为最不利荷载位置，由此引起的应力是单次应力计算的规载位置，由此引起的应力是单次应力计算的规范取值。范取值。 方法：有限元内分布荷载进展搜索，寻觅最大方法：有限元内分布荷载进展搜索，寻觅最大拉应力位置，比较拉应力大小，最终确定最不拉应力位置，比较拉应力大小，最终确定最不利荷位。利荷位。 特点：是一种极限能够出现的最大的情况特点：是一种极限能够出现的最大的情况 来源：荷载单次作用应力计算过程中引入的一个来源：荷载单次作用应力计算过程中引入的一个组合参数，由地基当量回弹模量、水泥混凝土模组合参数，由地基当量回弹模量、水泥混

10、凝土模量的比值及板厚确定量的比值及板厚确定 物理意义的了解：可以为是荷载在板中引起的应物理意义的了解：可以为是荷载在板中引起的应力呼应范围，水泥混凝土模量越高、地基模量越力呼应范围，水泥混凝土模量越高、地基模量越低，厚度越大，那么在规范荷载作用下的板块承低，厚度越大，那么在规范荷载作用下的板块承当的荷载效应越多，呼应范围越大。当的荷载效应越多，呼应范围越大。 留意点：相对刚度半径针对不同的地基模型有不留意点：相对刚度半径针对不同的地基模型有不同的计算公式。同的计算公式。 传荷修正相邻板的分担作用，小于1 动偏载修正动力冲击与偏载，大于1 疲劳修正思索了疲劳效应，往往两种方式，一种是放大单次应力

11、乘以大于1的系数，一种是减小资料强度乘以小于1的系数 察看公式发现，这里思索了荷载反复作用次数 特点：特点： 1、实践交通荷载轴载变化很大；、实践交通荷载轴载变化很大； 2、需求思索板块的累积疲劳效应；、需求思索板块的累积疲劳效应； 3、计算单次应力往往只能针对一种特定的、计算单次应力往往只能针对一种特定的荷载规范轴载荷载规范轴载 4、引出轴载换算和交通量分布概念、引出轴载换算和交通量分布概念 5、给出换算与车道分配系数取值方法、给出换算与车道分配系数取值方法指交通量在道路横向各车道上的分布规律。设计时按交通量分配最多的车道上的交通量作为设计路面构造时的参数再一次的最不利。假设满足要求，那么横

12、向其它位置也应满足构造要求。 两个层次两个层次根据自然区划确定的温度梯度确定的单次根据自然区划确定的温度梯度确定的单次翘曲应力，长期的翘曲反复作用的影响翘曲应力，长期的翘曲反复作用的影响 温度疲劳应力计算公式的构成温度疲劳应力计算公式的构成 公式分析：单次应力计算公式与公式分析：单次应力计算公式与Westergaard解方式类解方式类似而应力系数取值不同实际解、数值解回归似而应力系数取值不同实际解、数值解回归 特点：特点： 1、与路面所处自然区划有关，不同自然区、与路面所处自然区划有关，不同自然区划的能够最大温度梯度不同划的能够最大温度梯度不同 2、修正系数普通小于、修正系数普通小于1 缘由：思索了单次应力为板完全受地基约缘由：思索了单次应力为板完全受地基约束，而实践不能够，且长期反复后，有应束，而实践不能够，且长期反复后，有应力松弛，对单次应力进展折减。力松弛，对单次应力进展折减。 1、给出算例，给出设计流程 2、按步骤教学设计方法 3、课程实习安排相关设计内容 板和地基究竟是滑动还是约束？ 1、实践的情况可以为偏滑动； 2、在计算荷载应力时滑动，在计算翘曲应力时约束，都是按最不利去思索。 水泥路面、沥青路面中有两个概念车道分配系数、横向分布系数车道系数有什么关系？ 本质上是一回事