第十四章-水泥混凝土路面设计

一、力学特性和工作性能混凝土面板的弹性模量及力学强度大大高于基层和土基的相应模量和强度。抗弯拉强度远小于抗压强度。混凝土与基层或土基之间的摩阻力一般不大，所以从力学图式可把混凝土路面结构看作是弹性地基板，计算时采用弹性弹性地基板理论。在车辆荷载作用下，混凝土板产生弯曲，温度变化时会产生温度翘曲(warp)应力。面板易产生断裂(rupture)。二、设计内容结构组合设计板厚平面尺寸、接缝设计路肩设计配筋设计三、水泥混凝土路面设计参数1、标准轴载与轴载换算公式(formula)2、交通(traffic)分级(grade)3、设计基准期与累计轴载作用次数4、综合影响系数(modulus)5、基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量6、混凝土面板的设计强度和抗弯拉弹性(flexibility)模量7、混凝土面板内最大温度(temperature)梯度(grads)路面的设计使用年限为路面达到预定损坏时所能使用的年限。超过此年限，路面并非完全破坏而不能使用，只是使用性能太差和运行费用过高。混凝土路面的使用年限为20~30年。

设计基准期交通等级标准轴载和轴载换算等效疲劳损坏的原则单轴－双轮单轴－单轮双轴－双轮三轴－双轮交通量车道分布系数级单向车道数123≥4车道分配系数1.00.8~1.00.6~0.80.5~0.75设计参数累计轴载车轮轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速、一级公路0.17~0.22二、三、四级公路行车道宽＞7m0.34~0.39行车道宽≤7m0.54~0.62注：车道或行车道窄或交通量较小，取高值；反之取低值。设计参数交通分级交通等级特重重中等轻Ne(104)>2000100～20003~100≤3一、弹性地基板的应力分析混凝土路面板所承受的应力有车辆荷载作用下的荷载应力、温度变化面板的伸缩和翘曲受阻所产生的温度应力、混凝土硬化和湿度变化造成的收缩应力、路基和基层的体积变化而引起的应力等。

弹性地基板理论分析路面板的应力状况。第二节水泥混凝土路面设计方法温度应力分析水泥混凝土路面板内不同深度处的温度，随气温而发生变化。这种变化便路面板出现胀缩变形和翘曲变形。当变形受限制时，板内便产生胀缩应力翘曲应力第三节水泥混凝土路面结构组合设计保证混凝土板具有足够的抗弯拉强度和厚度，以使路面能经受车轮荷载的多次重复作用，抵抗温度翘曲应力，并对地基变形有较强的适应能力。安全等级

可靠度

目标可靠度

可靠指标

目标可靠指标

一、水泥混凝土路面的可靠度可靠度设计标准变异系数可靠度系数二、基层设计参数基层的顶面当量回弹模量和计算回弹模量1.新建公路的基层顶面模量值(Et)

在设计新建公路时，基层顶面的当量回弹模量Et，可根据土基状态和拟定的基层、垫层结构类型和厚度，采用规范建议的土基、垫层及基层材料的回弹模量值，按下式计算：

基层顶面的当量回弹模量计算底基层和垫层同时存在，可先将底基层和垫层换算成具有回弹当量模量和当量厚度的单层，然后再与基层一起按上述个计算基层顶面的当量回弹模量。无底基层和垫层时，相应层的厚度和回弹模量分别为零。基层顶面模量值(Et)计算2.原有路面的顶面当量回弹模量值(Et)

承载板试验或弯沉测定法如用汽车实测路段原有路面的回弹弯沉值，按下式转换成基层顶面的当量回弹模量：三、面板混凝土设计强度和弯拉弹性模量设计强度以龄期为28d的抗拉强度为标准。当混凝土浇筑后90天内不开放交通时，可采用90天龄期的弯拉强度。交通等级特重重中等轻弯拉强度（MPa)5.05.04.54.0面层厚度临界荷载位置选取使路面板产生最大应力、最大挠度或最大损坏的一个轴载作用位置作为计算荷载疲劳应力的临界荷载位置。临界荷载位置为：路面板纵缝边缘的中部荷载疲劳应力轴载作用于纵缝边缘中部时，板内产生的最大应力可应用有限元法进行计算。综合考虑荷载反复作用的疲劳效应，接缝传荷能力对面板应力分布的影响以及动力效应等其它因素。kf－疲劳应力系数。kf＝Ne0.057kr－应力折减系数。纵缝为设拉杆平缝或缩缝，kr取0.87~0.92（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值。）不设拉杆的平缝或自由边时，kr取1。纵缝为设拉杆的企口缝时，kr取0.76~0.84kc－综合影响因素。综合系数Kc温度疲劳应力混凝土面板内最大温度梯度Tg（°/cm)Tg：板顶面和底面的温度/板厚公路自然区划Ⅱ、ⅤⅢⅣ、ⅥⅦTg（°/cm)0.83~0.880.90~0.950.86~0.920.93~0.98

注：海拔高时，取高值；湿度大时，取低值。混凝土板温度应力计算ac—混凝土的线膨胀系数(1／0C)，通常取＝1.05×l0-5/℃Ec—混凝土弯拉弹性模量(Mpa)；h