水泥路面结构设计的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索出答案、还有许多问题没有探索出答案 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 谈自己怎么理解，怎么上，过程中有什么问题谈自己怎么理解，怎么上，过程中有什么问题 供批判，向大家请教，提出问题供讨论。供批判，向大家请教，提出问题供讨论。 教学要求：教学要求： 基本设计理论重点掌握）基本设计理论重点掌握） 可靠度设计基本原理掌握）可靠度设计基本原理掌握） 设计方

2、法和步骤熟练掌握）设计方法和步骤熟练掌握） 其它设计方法一般了解）其它设计方法一般了解） 教学目标：让学生掌握水泥混凝土路面设计理论教学目标：让学生掌握水泥混凝土路面设计理论的发展过程，掌握规范设计步骤与方法，可独立的发展过程，掌握规范设计步骤与方法，可独立设计设计 难点：理论演化发展过程及其与规范方法的关系难点：理论演化发展过程及其与规范方法的关系 1、衔接前一章，先谈病害，引出设计指标弯拉应力 2、介绍设计理论与方法发展简史，引出经典小挠度弹性薄板相关理论切入理论 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,

3、y)在两种地基温克勒、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际路面尺寸有限，均匀变温不考虑，主要是翘曲应力 6、可靠度理论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，背后的理论与方法 8、概念探讨加深对参数的理解 9、延伸问题引导思考，探究 断板、角隅断裂是常见的结构性病害特征 主要原因是：板块裂缝处在重复弯拉疲劳作用下，材料力学指标抗折强度下降，最后单次荷载作用超出材料强度产生微裂缝，逐步发展成为上述病害。 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标准； 2 混凝土板在自然条件下，存在沿板厚方向的温度梯度

4、，会产生翘曲现象，如果受到约束，会在板中产生翘曲应力温度翘曲应力 3 荷载多次重复作用，温度梯度也反复变化，混凝土板有疲劳现象要考虑交通量重复作用的疲劳效应 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 基层表面与路面板间摩擦力较小滑动假定，只传递竖向力 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 发展出小挠度弹性薄板理论 为分析水泥混凝土板块受拉而发展： 1、起点：完全弹性问题弹性力学经典三方程） 2、简化：力学特点假定具体公式 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

5、（“浮板浮板”） 2、Westergaard解解温克勒地基上的小挠度温克勒地基上的小挠度弹性无限大板板中）、半无限大板边）、四弹性无限大板板中）、半无限大板边）、四分之一无限大角隅的解答，分之一无限大角隅的解答，Kelly根据阿灵顿根据阿灵顿试验段结果进行修正试验段结果进行修正 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、板受到地基完全约束线性变温、板受到地基完全约束情况下的情况下的Westerg

6、aard解解 1、弹性地基上有限尺寸板的解答； 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、结构组合设计结合规范 2、平面尺寸设计、配筋设计常用 3、厚度设计基于理论和设计计算 分析公式构成，各项物理意义。分析公式构成，各项物理意义。 其标准是：因荷载和温度产生的某最不利荷载作其标准是：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，小于等于材料的抗折强度，不发生拉裂破坏。下，小于等于材料的抗折强度，不发生拉裂破坏。rtrprrf)( 来源：材料不均匀、施工过程的不均匀、来源：材料不均匀、

7、施工过程的不均匀、厚度的不均匀等造成实际路面与设计路面厚度的不均匀等造成实际路面与设计路面的差异，为保证设计路面的可靠性，需要的差异，为保证设计路面的可靠性，需要引入该参数引入该参数 实际采用的目标可靠度是多因素根据累积实际采用的目标可靠度是多因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，示意规范可靠度要求表不详细讲，示意规范可靠度要求表 由材料试验得到，或根据工程经验选取 试验方法：小梁试件，三分点加载，单次加载至破坏单次强度试验） 两个层次两个层次单次标准荷载作用下，最不利荷单次标准荷载作用下，最不

8、利荷载作用位置处的拉应力；该处的荷载疲劳应力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标准荷载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力公式分析：1、回归公式，通过有限元计算得到；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，滑动处理；结论：参考了经典解析解的一般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：其他条件相同，标准荷载移动在有限尺定义：其他条件相同，标准荷载移动在有限尺寸板上，如果在板体内

9、某处通常是板顶出寸板上，如果在板体内某处通常是板顶出现了最大拉应力，则确定该位置为最不利荷载现了最大拉应力，则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标准位置，由此引起的应力是单次应力计算的标准取值。取值。 方法：有限元内分布荷载进行搜索，寻找最大方法：有限元内分布荷载进行搜索，寻找最大拉应力位置，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：是一种极限可能出现的最大的情况特点：是一种极限可能出现的最大的情况 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

10、土模组合参数，由地基当量回弹模量、水泥混凝土模量的比值及板厚确定量的比值及板厚确定 物理意义的理解：可认为是荷载在板中引起的应物理意义的理解：可认为是荷载在板中引起的应力响应范围，水泥混凝土模量越高、地基模量越力响应范围，水泥混凝土模量越高、地基模量越低，厚度越大，则在标准荷载作用下的板块承担低，厚度越大，则在标准荷载作用下的板块承担的荷载效应越多，响应范围越大。的荷载效应越多，响应范围越大。 注意点：相对刚度半径针对不同的地基模型有不注意点：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 疲劳修正考虑了疲劳效

11、应，往往两种方式，一种是放大单次应力乘以大于1的系数），一种是减小材料强度乘以小于1的系数） 观察公式发现，这里考虑了荷载重复作用次数 特点：特点： 1、实际交通荷载轴载变化很大；、实际交通荷载轴载变化很大； 2、需要考虑板块的累积疲劳效应；、需要考虑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标准轴载）荷载标准轴载） 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结构

12、时的参数再一次的最不利）。如果满足要求，则横向其它位置也应满足结构要求。 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，长期的翘曲重复作用的影响翘曲应力，长期的翘曲重复作用的影响 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解形式相解形式相似而应力系数取值不同理论解、数值解回归）似而应力系数取值不同理论解、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，不同自然区划的可能最大温度梯度不同划的可能最大温度梯度不同 2、修正系数一般小于、修正系数一般小于1 原因：考虑了单次应力为板完全受地基约原因：考虑了单次应力为板完全受地基约束，而实际不可能，且长期重复后，有应束，而实际不可能，且长期重复后，有应力松弛，对单次应力进行折减。力松弛，对单次应力进行折减。 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 板和地基到底是滑动还是约束？ 1、实际的情况可认为偏滑动； 2、在计算荷载应力时滑动，在计算翘曲应力时约束，都是按最不利去考虑。 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