水泥混凝土路面设计

水泥混凝土路面设计第一页，共140页。第九章水泥混凝土路面设计CementConcretePavementDesign东南大学交通学院路基路面工程教学小组huangxmseu@Tel二页，共140页。主要内容第一节概述第二节水泥混凝土路面的分类与构造第三节弹性地基板经典理论第四节水泥混凝土路面温度应力分析第五节混凝土路面的破坏及设计指标与标准第六节路面结构设计的可靠度理论第三页，共140页。主要内容第七节水泥混凝土路面结构组合设计第八节水泥混凝土路面厚度设计第九节水泥混凝土路面排水设计第十节特种水泥混凝土路面设计第十一节国外水泥混凝土路面设计方法概述第四页，共140页。1）水泥混凝土路面的定义是指由水泥混凝土面板和基层或底基层所组成的路面，也称刚性路面，包括普通混凝土路面（JPCP）、钢筋混凝土路面（JRCP）、连续配筋混凝土路面（CRCP）、钢纤维混凝土路面（SFCP）、预应力混凝土路面、装配式混凝土路面等。2）普通水泥混凝土路面（JPCP示意图）由普通混凝土面层板和基层或底基层所组成的路面，是除接缝区和局部范围（边缘及角隅）外，不配置钢筋的混凝土路面。有时也被称为白色路面。第一节概述（JRCP示意图）（CRCP示意图）第五页，共140页。第一节概述TheAutobahn1930sFromDHChenFromDHChen第六页，共140页。第一节概述

Concrete水泥混凝土路面/

Flexible沥青混凝土路面/

2%JPCP4%CRCP94%FlexibleFromDHChen第七页，共140页。3）普通混凝土路面的特点（1）强度高（抗压强度、抗弯拉强度）（2）稳定性好（水稳定性？温度稳定性？）（3）耐久性好（疲劳性能使用20～40年或更长）（4）夜间行车效果好（5）使用初期养护费用少（但是后期比较高）第一节概述第八页，共140页。4）普通混凝土路面的缺点（1）初期造价高（目前与进口沥青比造价已不高，且沥青路面使用寿命也长，因此单位年费用更低）；（2）对水泥和水需求量大，总体污染（水泥生产）；（3）噪声大、行驶舒适性差（尤其是错台后）；（4）有接缝（受力薄弱、行车舒适性差、易进水）；（5）修筑周期长，开放交通迟（维修更麻烦）；（6）养护维修困难。第一节概述第九页，共140页。第二节水泥混凝土路面的分类与构造核心内容水泥混凝土路面分类水泥混凝土路面构造水泥混凝土路面设计内容第十页，共140页。1、水泥混凝土路面分类种类普通混凝土（JPCP）钢筋混凝土（JRCP）连续配筋混凝土（CRCP）钢纤维混凝土预应力混凝土、装配式混凝土、碾压混凝土第十一页，共140页。（1）路基性能要求：路基的支承要求主要是保证基层的稳定性（尤其是水稳定性和路基稳定性），特别是不出现不均匀的支承，从而保证水泥混凝土板处于均匀面支承的受力状态。路基要求密实、稳定和均匀，路基处于干燥或中湿状态，沉降稳定（尽可能少的不均匀沉降）；基层要求用水稳定性好的材料（沥青混凝土-水泥稳定材料）。1）路基2、水泥混凝土路面构造第十二页，共140页。（2）引起路基不均匀支承的可能原因

1）不均匀沉陷：压实不均匀、填挖结合处理不佳、路基未充分固结（施工期沉降不稳定）；

2）不均匀冻胀：含水量在等温面分布不均匀、土质不均匀；

特殊土质：膨胀土、湿陷性黄土等，加上含水量变化。（3）处治方法

土质掺配均匀、控制压实含水量、排水加固及设垫层2、水泥混凝土路面构造第十三页，共140页。（1）基层的作用①支承路面板提供合适综合模量，提高路面结构的承载能力，延长路面使用寿命。减小路基顶面的压应力，减小路基的不均匀变形，缓和路基不均匀变形对面层的影响。②防唧泥混凝土板如直接放在路基上，会造成路基土塑性变形过大，铺设基层可减轻以至消除唧泥，但未经处治的砂砾基层细料含量和塑性指数不能太高，否则仍会产生唧泥。2）基层2、水泥混凝土路面构造第十四页，共140页。（1）基层的作用③防冰冻在季节性冰冻地区，用对冰冻不敏感的粒状多孔材料铺筑基层，可减少路基的冰冻深度，减轻冰冻的危害作用。④防毛细水对基层的影响在湿软土基上，铺筑开级配粒料基层可排除路表渗入水及隔断地下毛细水。⑤提供施工平台面层施工(如立侧模，运送混凝土混合料等)提供方便。2、水泥混凝土路面构造第十五页，共140页。粒料类（碎石、砂砾等）稳定类（水泥、石灰粉煤灰或沥青稳定粒料）贫混凝土和碾压混凝土等

（2）水泥混凝土路面的基层类型2、水泥混凝土路面构造第十六页，共140页。（2）水泥混凝土路面的基层类型2、水泥混凝土路面构造兼起排水作用的粒料基层1-盲沟；2-通过路肩的基层第十七页，共140页。2、水泥混凝土路面构造（3）基层的设计要求（4）基层的厚度要求第十八页，共140页。2、水泥混凝土路面构造1、有接缝的普通混凝土路面有或无传力杆的横缝有或无传力杆的横缝有拉杆的纵缝2、有接缝的钢筋混凝土路面钢丝网连续配筋3、连续配筋混凝土路面4、预应力混凝土路面钢筋丝（1）面层的几种类型3）水泥混凝土面层第十九页，共140页。2、水泥混凝土路面构造FromDHChen第二十页，共140页。2、水泥混凝土路面构造（2）水泥混凝土路面的形状要求普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板一般采用矩形。其纵向和横向接缝应垂直相交

,纵缝两侧的横缝不得相互错位。（3）水泥混凝土路面的材料要求新拌混凝土的施工和易性-易于施工操作的性能→质量均匀、密实成型硬化后混凝土的强度-抗压强度和抗弯拉强度、模量混凝土的变形特性-弹性变形、徐变变形、温度变形、干燥收缩变形耐久性-混凝土抵抗环境介质作用而保持其形状、质量和适用性的能力

第二十一页，共140页。2、水泥混凝土路面构造4）水泥混凝土路面排水路面排水系统的组成①路面表面排水方式：主要通过设置横坡，迅速排除降雨。行车道路面应设单向或双向横破，坡度1%-2%，路肩宜稍大。②中央分隔带和路肩排水方式：主要采用设置排水盲沟的方式。③路面结构内部排水方式：通过设置排水垫层/基层。第二十二页，共140页。2、水泥混凝土路面构造第二十三页，共140页。设置目的①水泥混凝土硬化过程中的收缩；②施工过程应设置横向工作缝和纵向工作缝；③混凝土面板的热胀冷缩温度均匀变化时：水平拉伸或水平压缩温度不均匀变化时：白天，板表面温度高于板底温度，水泥砼板中部有向上隆起的趋势，受阻后，顶面受压、板底受拉；夜晚相反，板边有翘起趋势，顶面受拉、板底受压2、水泥混凝土路面构造5）水泥混凝土路面的接缝的设置第二十四页，共140页。垂直于行车方向的接缝：

包括缩缝、胀缝和工作缝①缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。②胀缝：保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。③施工缝：因施工不连续，暂时停止施工时要设置施工缝。常设置在缩缝、胀缝位置处，必须添加传力钢筋，保证纵向整体性。2、水泥混凝土路面构造（1）横向接缝第二十五页，共140页。

①胀缝的构造

胀缝是贯通接缝、缝宽达到20mm左右、虽然设置传力杆，但是由于不断的伸长与收缩，再加上荷载的作用，是水泥混凝土最薄弱的环节。目前只在结构物位置设置胀逢，设置胀逢的数量与水泥混凝土路面长度没有关系。2、水泥混凝土路面构造（2）横缝的构造与设置第二十六页，共140页。缩缝间距一般4～6m，同板长，根据气温状况、地质水文情况选择。如：5m×4m的板块，按5m固定间距设置缩缝。2、水泥混凝土路面构造

②缩缝的构造假缝型假缝+传力杆企口缝+传力杆第二十七页，共140页。

施工缝一般尽量选择在胀缝、缩缝处设置，构造与重交通的缩缝构造（b）相似，或者选用企口缝。2、水泥混凝土路面构造

③施工缝的构造浅槽构造图-施工缝与缩缝第二十八页，共140页。2、水泥混凝土路面构造（3）横向接缝的间距按面层类型和厚度选定普通混凝土面层一般4-6m，面板的长宽比不宜超过1.30，平面尺寸不宜大于25m2；碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般6-10m；钢筋混凝土面层一般6-15m第二十九页，共140页。1）纵缝的构造与设置纵缝：平行于行车方向的接缝，用来控制路面板因翘曲应力与荷载应力共同作用下产生不规则的纵向裂缝。原因：①混凝土摊铺机仅能摊铺一个车道宽度，纵缝做成真缝形式（平头缝）②混凝土摊铺机全路幅摊铺，摊铺宽度两侧做成真缝；摊铺宽度范围内按照车道宽度设置纵缝，做成假缝或者企口缝；2、水泥混凝土路面构造（4）水泥混凝土路面的纵向接缝第三十页，共140页。①根据路面设计宽度，按3～4.5m设置，一般等间距。②一般选择在车道标线处；靠近中央分隔带的内侧车道，路缘带与车道间不另设纵缝；外侧车道，纵缝外移路缘带宽度；①拉杆：指用于纵缝，以保证板块间沿道路横向的联系为主要目的设置的钢筋。一般采用长度50-70cm、直径18-20mm、间距1.0-1.5m螺纹筋。②拉杆设置要求：一般纵缝应设拉杆。2、水泥混凝土路面构造2）纵缝的位置3）拉杆的设置第三十一页，共140页。分别是什么缝？？？2、水泥混凝土路面构造bac第三十二页，共140页。2、水泥混凝土路面构造①交角：纵缝与横缝一般垂直正交，纵缝两旁的横缝一般成一条直线。在交叉口、匝道位置处，尽量使得纵横缝的夹角为钝角；②横缝间距：4-6m（缩缝），我国缩缝间距一般5m；③纵缝间距：3-4.5m，我国车道宽3.25~3.75m，纵缝设置间距?④趋势：胀缝少；缩缝间距不等，按4、4.5、5、5.5和6m的顺序设置；横缝与纵缝交成80度左右的斜角。

4）纵横缝的布置第三十三页，共140页。6）边缘钢筋一般设置在纵向，横向只在胀缝两侧或起终点处设置。采用两根直径12-16mm的钢筋，用直径6mm的钢筋固定，端部应弯起，放置在板厚下1/4-1/3处，并保证离板边缘5cm的净距。2、水泥混凝土路面构造第三十四页，共140页。7）角隅钢筋

设置在胀缝两侧板的角隅处，采用两根直径12-14mm，长度2.4m的螺纹钢筋，设在板的上部，并离板顶留有5cm以上净距，距板纵、横边缘各10cm。当交叉口或斜桥处，出现板块锐角时，应增加双层补强钢筋网，以直径6mm钢筋，10cm间距斜交平行排列，设在距板顶、底5-7cm处。2、水泥混凝土路面构造为什么设在上部？第三十五页，共140页。①一般桥梁

设置桥头搭板，一端放置于桥台上，设置防滑锚固钢筋。②斜交桥梁

设置渐变板，斜角大于70o设置一块，45o-70o设置两块，小于45o设置至少三块，并要求渐变板短边不小于5m。长边不大于10m。角隅处要设置钢筋网补强。③渐变板和搭板均应按计算配筋量设置钢筋。2、水泥混凝土路面构造8）砼路面与桥梁相接的处理第三十六页，共140页。2、水泥混凝土路面构造③渐变板和搭板第三十七页，共140页。2、水泥混凝土路面构造9）水泥砼路面与其它路面相接时的处理一般规定混凝土路面与固定构造物相衔接的胀缝无法设置传力杆时，可在毗邻构造物的板端部配置双层钢筋网；或端部增加板厚；混凝土路面与桥梁连接，设置6－10m的过渡板，或设置2－3道传力杆胀缝；桥头未设置搭板，应设计钢筋混凝土路面。第三十八页，共140页。9）水泥砼路面与其它路面相接时的处理设置胀缝并以混凝土预制块过渡，以混凝土平道牙隔断2、水泥混凝土路面构造第三十九页，共140页。9）水泥砼路面与其它路面相接时的处理设置水泥混凝土下埋板，其上设置渐变厚度的联结层。2、水泥混凝土路面构造尖角不利于施工第四十页，共140页。2、水泥混凝土路面构造9）水泥砼路面与其它路面相接时的处理水泥混凝土路面与沥青混凝土路面相接时的处理第四十一页，共140页。（1）接缝板和填缝料 接缝板：耐久性、伸缩弹性（高、低温均佳）； 填缝料：要具有良好粘性。（2）接缝板种类木材板、纤维板、泡沫树脂板等。（3）填缝料 加热施工类：沥青橡胶类、沥青玛碲脂类； 常温施工类：聚氯乙稀胶泥类、自流平硅胶等；2、水泥混凝土路面构造10）水泥砼路面的接缝材料第四十二页，共140页。1）路面结构层组合设计；

2）混凝土路面板厚度设计；

3）混凝土面板的平面尺寸与接缝设计

4）路肩设计；

5）混凝土路面的钢筋配筋率设计3、水泥混凝土路面设计内容第四十三页，共140页。第三节弹性地基板经典理论核心内容弹性地基板体系理论简介水泥混凝土路面荷载应力分析第四十四页，共140页。1）弹性地基上的小挠度薄板模型

弹性地基：因为混凝土板下的基层与土基的作用的应力应变很小，不超过材料的弹性区域弹性板：因为板的模量高，应力承受能力强，一般受力不超过弹性比例极限应力；挠度与板厚相比很小。水泥混凝土路面设计理论：弹性地基上的小挠度薄板理论1、弹性地基板体系理论简介第四十五页，共140页。完全接触假设：始终接触吻合，且可自由滑动（是在刚度差异大、板平面变形微小情况下的近似），即接触面不脱空且剪应力视为零。没有摩擦假设：板和地基之间没有摩擦，可以自由活动。◆2）板与地基接触的假设

2、水泥混凝土路面荷载应力分析◆地基模型假定弹性半空间地基假定；文克勒地基假设。

第四十六页，共140页。一个方程，两个未知数，要求解方程，必须建立地基反力与薄板挠度间的关系，因此，必须对地基变形进行假设。砼路面薄板的弹性曲面微分方程2、水泥混凝土路面荷载应力分析◆3）弹性曲面的微分方程

写出z方向的力的平衡方程，简化以后，略去微量，得到：

第四十七页，共140页。①文克勒地基以反应模量K表征的弹性地基，它假设地基上任一点的反力仅同该点的挠度成正比，而与其他点无关，即地基相当于由互不相联系的弹簧组成，它因首先由捷克工程师文克勒提出而得名，也称为K地基、弹簧地基。

2、水泥混凝土路面荷载应力分析◆4）文克勒地基板荷载应力分析（威氏公式）＊＊了解第四十八页，共140页。②三个车轮荷位③最大弯拉应力位置

2、水泥混凝土路面荷载应力分析

荷载中心处板底；荷位下板底；板表面距板角点x1的分角线上第四十九页，共140页。①板中荷位：②板边荷位③板角荷位当荷载圆半径较小，与板厚相差不大时，板受力接近厚板，需修正，即：R<0.5h时，用当量计算半径b代替R，

2、水泥混凝土路面荷载应力分析④威斯特卡德早期应力计算公式第五十页，共140页。①角隅修正

威氏公式是理论推导得来的，与实际情况有出入。美国1930年在阿灵顿进行了试验路，对公式进行了修正。板体与地基紧密接触时，不修正，理论值近似于实测值；板底脱空时，实测比计算大30%~50%，需修正，Kelly提出板角修正式:②板边修正板与地基保持接触时，不修正；而与地基脱空时，Kelly修正式：2、水泥混凝土路面荷载应力分析⑤威斯特卡德公式的试验修正公式第五十一页，共140页。③板中修正实测板中应力小于理论值，说明地基不完全符合文克勒地基的假定；文克勒地基计算结果与地基的承载能力的取值有关④应力表达通式2、水泥混凝土路面荷载应力分析第五十二页，共140页。弹性半空间地基是以弹性模量和泊松比表征的弹性地基，假设地基为一各向同性的弹性半无限体，在荷载作用下其顶面上任一点的挠度不仅同该点的压力有关，也同其它各点的压力有关。根据Hogg理论：无限大圆板上作用轴对称竖向荷载q(r)时，竖向位移表达式：

2、水泥混凝土路面荷载应力分析◆5）弹性半空间体地基板的荷载应力分析第五十三页，共140页。水泥混凝土路面荷载应力的有限元分析特点2、水泥混凝土路面荷载应力分析◆6）水泥路面板的荷载应力有限元分析①可以按板块的实际大小求解有限尺寸板，从而消除无限大半的假设所带来的误差；②可以考虑各种荷载状况（包括荷载组合和荷载位置）；③可以考虑板的实际边界条件，如接缝的传荷能力、板和地基的脱空。④可以得到整个板体的应力和位移场，从而了解板的受力。第五十四页，共140页。2、水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力的有限元分析结果第五十五页，共140页。①上下层完全分离②上下层完全结合2、水泥混凝土路面荷载应力分析◆7）弹性地基双层板的荷载应力分析第五十六页，共140页。第四节水泥混凝土路面温度应力分析核心内容胀缩应力翘曲应力第五十七页，共140页。（1）胀缩应力：温度均匀变化时产生-胀缝、缩缝来解决（2）无限大板的翘曲应力板内任一点在温差影响下的应变：板中部受到地基摩阻力作用，板中心点不产生平面位移，εx=εy=0，因此：

板纵向边缘中部或窄长板，εx=0，σy=0，因此

：第四节水泥混凝土路面温度应力分析第五十八页，共140页。当气温变化较快时，由于混凝土板导热性能差，在板内产生温度差，当气温升高时板中部有隆起趋势，当气温降低时板边缘和角隅有翘起趋势。由于板的自重、地基反力和相邻板的约束作用，使部分翘曲变形受阻，从而使板内产生应力，这种应力即称为水泥混凝土板的翘曲应力。威斯特卡德对文克勒地基的作进一步假定来计算温度应力：1)温度沿板断面呈线性变化；2）板与地基始终保持接触；3）不计板自重。有限尺寸板，沿板长和板宽方向上的翘曲应力解答（板长L，板宽B）：第四节水泥混凝土路面温度应力分析（3）有限尺寸板的翘曲应力第五十九页，共140页。板边中点：弹性半空间体地基时：第四节水泥混凝土路面温度应力分析（4）温度线性分布时的翘曲应力温度沿板断面呈线性变化第六十页，共140页。

对于较厚的板，采用温度沿板断面呈直线分布的假设，即按板顶和板底的温度差确定的温度梯度计算的温度翘曲应力，会得到偏大的温度翘曲应力值。为此，应考虑由于温度的非线性分布而引起的内应力。我国规范的温度应力计算：第四节水泥混凝土路面温度应力分析（5）温度非线性分布时翘曲应力计算第六十一页，共140页。第四节水泥混凝土路面温度应力分析Cx和Bx关系曲线第六十二页，共140页。第五节混凝土路面的破坏及设计指标与标准核心内容混凝土路面主要病害及其主要原因路面破坏的极限状态与设计准则路面厚度设计指标与标准路面厚度设计流程第六十三页，共140页。1）挤碎：出现于横向接缝（主要是胀缝）两侧数十厘米宽度内，表现为板的伸长受阻，板发生剪切挤碎。2）拱起：混凝土面板在受膨胀而受阻时，某一接缝两侧的板向上拱起，表现为纵向压曲失稳。3）错台：横向接缝两侧路面板出现的竖向相对位移。4）唧泥：汽车行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。

1、混凝土路面病害及其主要原因（1）接缝破坏错台示意图唧泥示意图第六十四页，共140页。（2）面板破坏（断裂）

表现为面板的断裂和裂缝，主要是面板由于所受内应力超过了混凝土的强度而出现的横向或纵向以及板角的断裂和裂缝。断裂裂缝可视为混凝土面层结构破坏的临界状态。（3）表面损坏1、混凝土路面病害及其主要原因包括起皮、磨损、露骨、磨光等第六十五页，共140页。1、混凝土路面病害及其主要原因唧泥第六十六页，共140页。1、混凝土路面病害及其主要原因板块断裂、破碎第六十七页，共140页。1、混凝土路面病害及其主要原因拱起FromDHChen第六十八页，共140页。1、混凝土路面病害及其主要原因裂缝挤碎第六十九页，共140页。1、混凝土路面病害及其主要原因表面剥落第七十页，共140页。1、混凝土路面病害及其主要原因横向裂缝局部沉陷局部修补第七十一页，共140页。1、混凝土路面病害及其主要原因FromDHChen第七十二页，共140页。1、混凝土路面病害及其主要原因错台FaultingFromDHChen第七十三页，共140页。1、混凝土路面病害及其主要原因错台FaultingFromDHChen第七十四页，共140页。1、混凝土路面病害及其主要原因FromDHChen路面错台Faulting第七十五页，共140页。1、混凝土路面病害及其主要原因4-in.CoreLane2Lane3Broken#4TieBarBasepumped,formingvoid3inchesdeepby5incheswideYellowrepresentslayerofcleancoarseaggregateleftbehindafterpumpingFaultedasmuchas2inchesDetailatFaultedJoint5in.3in.FromDHChen接缝传力杆破坏示意图第七十六页，共140页。2、路面破坏的极限状态与设计准则（1）定义：在规定的设计使用年限内，在环境条件和荷载作用下，路面能够发挥其预期功能的概率。（2）我国水泥混凝土路面设计方法：路面板的车辆荷载疲劳应力及温度疲劳应力之和小于混凝土的极限抗折强度。（3）公式左边三项分别代表：可靠度系数、荷载疲劳应力和温度疲劳应力、极重荷载应力最大温度应力；

右边：水泥混凝土面板材料的极限抗折强度。第七十七页，共140页。3、路面厚度设计流程第七十八页，共140页。第六节路面结构设计的可靠度理论核心内容路面结构进行状态函数可靠度系数与可靠度指标路面结构的目标可靠度路面结构的可靠性设计指标第七十九页，共140页。第六节路面结构设计的可靠度理论1、结构的极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。2、结构的极限状态分类（1）承载力极限状态：结构或结构构件达到最大承载力，出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形。（2）正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。第八十页，共140页。第六节路面结构设计的可靠度理论3、结构可靠性的含义结构可靠性是结构在规定时间(设计基准期)内、规定条件(正常设计、正常施工、正常使用和维护)完成预定功能的能力。其功能要求为:(1)安全性；(2)适用性；(3)耐久性。当结构或构件超过承载能力极限状态，就可能产生以下后果（1）由于材料强度不够而破坏，或因疲劳而破坏；（2）产生过大的塑性变形而不能继续承载，结构或构件丧失稳定；（3）结构转变为机动体系。超过这一极限状态，结构或其构件就不能满足其预定的安全性要求。第八十一页，共140页。适用性结构在正常使用期间应具有良好的工作性能。如，不发生过大变形、振幅、过宽裂缝等，以免影响正常使用。

安全性结构应能承受在正常施工和正常使用的情况下可能出现的各种作用，在设计规定的偶然事件发生时及发生后，结构仍能保持必需的整体稳定性，不致发生倒塌。

结构的功能要求耐久性结构在正常使用和正常维护条件下应具有足够的耐久性能，以保证结构能够正常使用到预定的设计使用期限。

第六节路面结构设计的可靠度理论第八十二页，共140页。第六节路面结构设计的可靠度理论4、正态分布概率密度曲线有三个数字特征1）平均值和标准差2）变异系数第八十三页，共140页。第六节路面结构设计的可靠度理论3）正态分布的概念正态分布的概率密度函数：σ

越大，曲线越扁平，随机变量分布越分散。第八十四页，共140页。5、结构可靠性失效概率（用表示）

第六节路面结构设计的可靠度理论引入结构的功能函数

则也服从正态分布，并有以下计算式子成立：第八十五页，共140页。第六节路面结构设计的可靠度理论β是失效概率和可靠概率的度量，β与Pf或Pr具有一一对应关系，β越大，则失效概率Pf越小（即阴影面积越小），可靠概率越大。

可靠指标β与失效概率pf的对应关系β2.73.23.74.2Pf3.47×10-36.87×10-41.08×10-51.33×10-6第八十六页，共140页。设计年限内累计当量标准轴载路面结构的疲劳寿命第六节路面结构设计的可靠度理论◆6、水泥混凝土路面可靠度的概念第八十七页，共140页。第七节水泥混凝土路面结构组合设计核心内容水泥混凝土路面板水泥混凝土路面基层水泥混凝土路面的垫层和路基第八十八页，共140页。面层类型适用条件普通混凝土面层各级公路连续配筋混凝土面层高速公路沥青上面层与连续配筋混凝土或横缝设传力杆的普通混凝土下面层组成的复合式路面特重交通的高速公路碾压混凝土面层二级及二级以下公路、服务区停车场钢纤维混凝土面层标高受限路段、收费站、混凝土加铺层和桥面铺装矩形或异形混凝土预制块面层服务区停车场、二级及以下公路桥头引道沉降未稳定段1、水泥混凝土路面板1）面板要求第八十九页，共140页。1、水泥混凝土路面板2）厚度要求第九十页，共140页。1、水泥混凝土路面板3）面板构造深度要求纵向刻槽斜向刻槽刻槽刻槽第九十一页，共140页。1）基层要求：

①刚度和稳定性；②厚度要求；③基顶当量回弹模量要求2、水泥混凝土路面基层2）基层类型要求：第九十二页，共140页。3）基层厚度要求2、水泥混凝土路面基层第九十三页，共140页。路基：1）干湿类型保证；2）填料；3）密实、稳定和均匀3、水泥混凝土的垫层与路基◆垫层◆路基第九十四页，共140页。第八节水泥混凝土路面厚度设计核心内容设计计算模型及选择弹性地基的综合回弹模量单层板模型的设计方法与实例分离式双层板模型设计方法与实例复合板模型设计方法第九十五页，共140页。1、设计计算模型及选择基本假定①基层板与面层板的平面尺寸可以不相等；②荷载应力应用有限元法求解，基层板与面层板采用立方体弹性单元，层间水平光滑、竖向受压连续但不承受拉力；③温度翘曲应力用近似解析法求解，基层板与面层板采用薄板假定，层间为竖向线性弹簧相连。路面结构分析力学模型①弹性地基单层板模型适用于粒料基层上混凝土面层，旧沥青路面加铺混凝土面层；面层板底面以下部分按弹性地基处理。②弹性地基双层板模型适用于无机结合料类基层或沥青类基层上混凝土面层，旧混凝土路面上加铺分离式混凝土面层。③复合板模型适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板。第九十六页，共140页。1、设计计算模型及选择临界荷位定义：水泥混凝土应力分析中，最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏最大的位置混凝土面层板的临界荷位为板纵缝边缘中部。第九十七页，共140页。2、弹性地基的综合回弹模量1）综合模量的计算假定①单层水泥混凝土路面板下，以粒料类材料作基层时，将粒料层及其以下层看作地基，包含粒料层本身；②单层水泥混凝土路面板下，以非粒料层为基层时，将基层（不含基层本身）以下各层看作地基；③结合式双层板下，无论基层材料类型，将基层以下各层看作地基，包含基层本身；④旧沥青路面加铺水泥混凝土路面板时，以旧路面顶测试的指标换算出当量回弹模量。第九十八页，共140页。2）综合模量Et的计算粒料基层单层板Et第九十九页，共140页。2）综合模量Et的计算旧沥青路面加铺的单层板Et第一百页，共140页。2、弹性地基的综合回弹模量3）路基和结构层参数第一百零一页，共140页。2、弹性地基的综合回弹模量3）路基和结构层参数第一百零二页，共140页。2、弹性地基的综合回弹模量3）路基和结构层参数第一百零三页，共140页。3、单层板模型的设计方法1）荷载应力第一百零四页，共140页。3、单层板模型的设计方法2）荷载疲劳应力第一百零五页，共140页。3、单层板模型的设计方法3）集中荷载下的荷载应力第一百零六页，共140页。3、单层板模型的设计方法4）极重荷载下的荷载应力第一百零七页，共140页。4、分离式双层板模型的设计方法1）双层板的上层板的荷载应力第一百零八页，共140页。4、分离式双层板模型的设计方法2）双层板的上层板的极重荷载的荷载应力上面公式中荷载用极重值。3）双层板的下层板的荷载应力第一百零九页，共140页。4、分离式双层板模型的设计方法4）双层板的上层板的温度应力差异CL第一百一十页，共140页。5、复合板模型设计方法1）复合板的荷载应力第一百一十一页，共140页。5、复合板模型设计方法2）复合板的温度应力第一百一十二页，共140页。5、复合板模型设计方法3）基层复合板的弯曲刚度第一百一十三页，共140页。第八节水泥混凝土路面结构排水设计核心内容路面内部排水边缘排水系统第一百一十四页，共140页。第八节水泥混凝土路面结构排水设计第一百一十五页，共140页。PumpingACoverCTB水泥稳定粒料层的唧泥第八节水泥混凝土路面结构排水设计第一百一十六页，共140页。第八节水泥混凝土路面结构排水设计Pumping水泥混凝土路面的唧泥第一百一十七页，共140页。Pumping水泥混凝土路面的唧泥第八节水泥混凝土路面结构排水设计第一百一十八页，共140页。Faulting水泥混凝土路面的错台第八节水泥混凝土路面结构排水设计第一百一十九页，共140页。Cornerbreak水泥混凝土路面的板角开裂第八节水泥混凝土路面结构排水设计第一百二十页，共140页。Rebarcorrosion水泥混凝土路面传力杆锈蚀第八节水泥混凝土路面结构排水设计第一百二十一页，共140页。Faultedtransversecrack开裂处再次错台第八节水泥混凝土路面结构排水设计第一百二十二页，共140页。第八节水泥混凝土路面结构排水设计水泥混凝土路面的排水基层GeotextileDrainagepipePCCpavementACshoulderPermeablebaseSeparatorlayer◆设计方案第一百二十三页，共140页。第八节水泥混凝土路面结构排水设计GeotextileACShoulderSlottedpipePorousconcreteNonerodiblebasePCCpavementSeparatorlayer水泥混凝土路面的耐腐蚀基