路基路面工程14电子教案

1、第14章 水泥混凝土路面设计,14.1 弹性地基板力学分析 14.1.1 弹性地基板力学分析 (1)小挠度弹性薄板的基本假设 垂直于中面方向的应变z极其微小，可以忽略不计。 垂直于中面的法线，在弯曲变形前后均保持为直线并垂直于中面，因而无横向剪切应变,中面上各点无平行于中面的位移，即Uz=0Vz=00 由第、点假设，应用几何方程可得到应变与竖向位移的关系式 (2)板挠曲面微分方程 板中心挠曲面的微分方程为,板的应力：,图14-1 弹性地基板微分单元受力分析,图14-2 弹性地基板受荷时的弯曲,图14-3 不同假设地基的表面变形图 a）文克勒地基；b）弹性半空间体地基,14.1.2 文克勒地基板

2、的荷载应力分析,1)荷载作用于板中（荷位），荷载中心处板底最大弯拉应力 2)荷载作用于板边缘中部（荷位），荷位下板底的最大弯拉应力 3)荷载作用于板角隅（荷位），最大拉应力产生在板的表面离荷载圆中心为x1的分角线上,图14-4 三种荷载位置,14.1.3 弹性半空间地基板的荷载应力分析 对于外荷载与弹性地基板本身均属于轴对称的情况下,板内径向弯矩Mr与切向弯矩Mt的表达式,图14-5 挠度计算式,图14-6 在无限大圆板上的圆形均布荷载,图14-7 距离集中荷载作用点为r处的弯矩,图14-8 对称的多组车轮荷载作用 在一块板上的弯矩计图式,14.2 水泥混凝土路面温度应力分析,图14-9 单轴

3、轴载作用于纵缝边缘中部的应力计算图,14.2.1 胀缩应力 面板胀缩完全受阻时所产生的应力 对于板边缘中部或窄长板，则x0和y0,板划分为有限尺寸板块后，因收缩而产生的应力很小，可不予考虑。 14.2.2 翘曲应力 对有限尺寸板，沿板长（L）和板宽（B）方向的翘曲应力分别,图14-10 混凝土面板的翘曲变形 a)气温升高时；b)气温降低时,在板边缘中点：,板的刚性半径计算公式 板中部 板边缘中点,图14-11 板温度翘曲应力系数值,14.3 水泥混凝土路面的破坏形式和设计标准,14.3.1 破坏形式 (1)接缝的破坏 挤碎 拱起 错台 唧泥 (2)混凝土板本身的破坏 混凝土板的破坏主要是断裂和

4、裂缝。,14.3.2 设计标准 我国规范采用混凝土面层厚度的设计方法，是按重复荷载产生的荷载应力和温度应力综合作用所产生的疲劳损坏确定混凝土板厚。,14.4 水泥混凝土路面板厚确定,14.4.1 设计内容与标准 (1)路面结构组合设计 (2)混凝土面板厚度设计 (3)混凝土面板的平面尺寸与接缝设计 (4)路肩设计 (5)普通混凝土路面配筋设计,14.4.2 设计参数,(1)标准轴载与轴载换算 轴载换算公式 (2)交通分级、设计使用年限和累计作用次数,标准轴载累计作用次数Ne,(3)基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量 1）新建公路基层顶面的当量回弹模量值 2）原有柔性路面顶面的当量回弹模量值,

5、图14-12 双层体系顶面的当量回弹模量Et计算图,3）计算回弹模量Etc 4）水泥混凝土的设计强度与弯拉弹性模量 设计弯拉强度fcm 混凝土的试配强度,14.4.3 荷载疲劳应力 (1)临界荷位 (2)荷载疲劳应力计算 修正后的荷载疲劳应力,图14-13 临界荷位,14.4.4 温度疲劳应力 温度疲劳应力 14.4.5 板厚确定 收集并分析交通参数收集日交通量和轴载组成数据，确定轮载分布系数，计算设计车道标准轴载日作用次数，由此确定道路的交通等级，并进而选定设计年限、选定交通量年平均增长率，计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。,初拟路面结构初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、

6、面层板平面尺寸和接缝构造。 确定材料参数试验确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量。 计算荷载疲劳应力由应力计算图或公式得到标准轴载作用下板边缘中部的最大荷载应力；按接缝类型选定接缝传荷系数；按标准轴载累计作用次数计算得到疲劳应力系数；按交通等级选定综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲劳应力p。,计算温度应力由所在地公路自然区划选择最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的温度翘曲应力；按自然区划和tm / fcm，确定温度应力累计疲劳作用次数；由此计算确定温度疲劳应力t。 检验初拟路面结构按下述条件检验：,14.5 复合式混凝土

7、路面板厚计算,(1)设计参数 复合式混凝土路面的设计参数按照表14-7中普通混凝土及碾压混凝土路面的参数确定。复合式路面板应按等刚度原则换算成单层混凝土板厚，然后按照式（14-29）计算基层顶面的计算回弹模量值。 (2)等效单层板,图14-14 复合式混凝土路面计算图式,截面上的应力合力平衡式 等刚度单层板的厚度 heq,(3)荷载应力计算 标准轴载作用下临界荷位处产生的荷载疲劳应力p 复合式路面板底的应力 (4)板厚确定 初估板厚即可作为设计板厚,14.6 其他几种混凝土路面板厚计算简介,14.6.1 碾压混凝土路面 (1)荷载应力计算,(2)板厚的确定 按路面所承受的交通等级，参照表14-

8、10选择初估板厚hi，由式(14-45)计算荷载疲劳应力p。当其不大于碾压混凝土设计弯拉强度fc的103和不低于fc的95时，则初估板厚可作为设计板厚h。否则，应改选初估板厚，重新计算，直到满足上述要求为止。,14.6.2 钢筋混凝土路面 每延米板所需的配筋量,14.6.3 钢纤维混凝土路面 钢纤维混凝土路面的物理力学性质比普通混凝土路面好，特别是它的抗疲劳强度、抗冲击能力和防止裂缝的能力更好。 14.6.4 连续配筋混凝土路面 连续配筋混凝土路面会在温度和湿度变化引起的内应力作用下产生许多横向裂缝，裂缝的间距为1.03.0m。但是，由于配置了许多纵向连续钢筋，这些横向裂缝不至于张开而使杂物进入或使混凝土剥落，因而不会影响行车的使用品质。,14.7 水泥混凝土路面加铺层设计,14.7.1 旧混凝土路面的技术调查和强度评定 (1)原有混凝土路面的技术调查 (2)路面结构强度评定 1）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量,图14-15 混凝土路面表面弯沉系数计算图,2）旧混凝土弯拉强度与弯拉弹性模量 旧混凝土的弯拉强度 旧混凝土的抗弯拉弹性模量 3）旧混凝土路面面板厚度,14.7.2 水泥混凝土路面加铺层