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1、2018/9/2,1,第五章 水泥混凝土路面设计,2018/9/2,2,第一节 概述,1、水泥混凝土路面 1）定义： 水泥混凝土路面通常是指以水泥混凝土（水泥与水拌和成的水泥浆为结合料，以碎(砾)石、砂为集料，再添加适当的外加剂，有时掺加掺和料拌制成的混凝土）铺筑面层的路面。,2018/9/2,3,2）分类：,普通混凝土 钢筋混凝土 连续配筋混凝土 钢纤维混凝土 复合式路面 水泥混凝土预制块和碾压混凝土等,2018/9/2,4,2、普通混凝土路面,定义： 指除接缝区和局部范围(边缘和角隅)外,面层内均不配置钢筋的水泥混凝土路面。,2018/9/2,5,3、水泥混凝土路面设计特点：,断裂破坏 抗
2、弯拉应力控制设计 1、疲劳断裂破坏：荷载疲劳应力与温度翘曲疲劳应力的综合疲劳作用下，产生的疲劳断裂。 2、极限断裂破坏：为了控制少数超重轴载（特重轴特种轴载）对面层板的断裂破坏作用，在最重轴载和最大温度梯度的综合作用下，有可能出现的超出混凝土弯拉强度的极限断裂破坏。,2018/9/2,6,4、设计参数,1)可靠度(reliability) 路面结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。要求设计结构物达到的可靠度称作目标可靠度。 见下表（G3.0.1;P5)（参考P247表2-5-5） 2)设计基准期：设计路面可靠度时的基准时间段. 见下表(G3.0.1)（参考P247表2-5-5）,
3、2018/9/2,7,3)可靠指标（reliability index）:度量路面结构可靠度的一种数量指标。要求设计结构物具有的可靠度指标称作目标可靠指标。,4)可靠度系数（reliability coefficient）:为保证所设计的结构具有规定的可靠度，而在极限状态设计表达式中采用的单一综合系数。,2018/9/2,8,5)变异水平等级与变异系数（见P247表2-5-7）,2018/9/2,9,6）可靠度系数,表3-1（见P247表2-5-7）,2018/9/2,10,7)交通分级（参考P247表2-5-8）,2018/9/2,11,8)弯拉强度,按表3.0.8 或（参考P248表2-5
4、-9）取值。,2018/9/2,12,7)面层厚度参考范围,2018/9/2,13,5、设计标准,水泥混凝士路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合疲劳作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准；,2018/9/2,14,设计标准,pr面层板在临界荷位处产生的行车荷载 疲劳应力(MPa) tr面层板在临界荷位处产生的温度梯度 疲劳应力(MPa) 可靠度系数，依据所选目标可靠度变 异水平等级及变异系数通过计算确定;水泥混凝土弯拉强度标准值(MPa) ，按 表3.0.8 （P248表2-5-9）取值。 临界荷位纵缝边缘中部,2018/9/2,15,6、验算标准,水泥混凝士路面结构设计
5、应以面层板在设计基准期内，以在最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准。,2018/9/2,16,p ，max最重的轴载在临界荷位处产生 的最大荷载应力(MPa) t,max所在地区最大温度梯度在临界荷 位处产生的最大温度翘曲应力(MPa) fr水泥混凝土弯拉强度标准值(MPa) ，按表3.0.8 （见P248表2-5-9）取值。,验算标准,2018/9/2,17,7、混凝土路面板结构分析的力学模型,按基层、面层类型和组合的不同，可分别采用下述力学模型: （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。
6、（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，旧混凝士路面上加铺分离式混凝士面层； 面层和基层或者新旧面层作为双层板，基层底面以下或者旧面层底面以下部分按弹性地基处理。,2018/9/2,18,（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。 旧混凝土路面上加铺结合式混凝土面层，两层不同性能材料组成的层间黏结的面层，作为弹性地基上的单层板或者弹性地基上双层板的上层板； 无机结合料类基层或沥青类基层与无机结合料类底基层组成的基层，作为弹性地基上双层板的下层板。,2018/9/2,19,第二节 我国的水泥混凝土路面设计方法,一、水泥混凝土路面设计内容
7、结构组合及结构层厚度计算 材料组成 接缝构造、钢筋配置 排水设计 路肩设计,2018/9/2,20,二、新建普通混凝土路面厚度设计,1、交通分析 1）标准设计轴载BZZ-100 2）轴载换算Ps按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，以100kN 单轴一双轮组荷载作为设计轴载，对极重交通荷载等级的水泥混凝土路面，宜选用货车中占主要份额特重车型的轴载作为设计轴载。 Pi-第i级轴载重(kN),2018/9/2,21,二、新建普通混凝土路面厚度设计,1、交通分析 1）标准设计轴载BZZ-100 2）轴载换算Ps按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，以100kN 单轴一双轮组荷载作为设计轴载，对极重交通荷载等
8、级的水泥混凝土路面，宜选用货车中占主要份额特重车型的轴载作为设计轴载。 Pi-第i级轴载重(kN),联轴按每一根轴载单独计 n -各种轴型的轴载1级位数 Ni i级轴载的作用次数 Ns-设计轴载的作用次数,2018/9/2,22,3）设计车道标准轴载累计作用次数,见表2-5-1,2018/9/2,23,2、弹性地基单层板厚度设计,粒料类基层及各类底基层和垫层，应与路基一起视作多层弹性地基，以地基顶面当量回弹模量表征。 除粒料类基层外，其他各类基层与混凝土面层应按分离式双层板模型进行结构分析。,2018/9/2,24,1)荷载应力,（1）荷载疲劳应力,pr面层板在临界荷位处产生的行车荷载疲劳应力
9、(MPa),2018/9/2,25,Kr考虑接缝传荷能力的应力折减系数，采用混凝土路肩时， kr =0.87 -0. 92( 路肩面层与路面面层等厚时取低值，减薄时取高值) ；采用柔性路肩或土路肩时， kr=1； Kf考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按8.2.3 条（见P245式2-5-5）确定； Kc考虑计算理论与实际差异以及动载等因素影响的综合系数，按公路等级查表8.2.1 （参考P246表2-5-2）确定。,2018/9/2,26,ps _,r砼面板的相对刚度半径（m）Ec 、vc 砼面层板的弯拉弹性模量（MPa）、泊松比,2018/9/2,27,Et 板底地基当量回
10、弹模量,E0 路床顶综合回弹模量（MPa）=路基回弹模量湿度调整系数,2018/9/2,28,Ec Ec Ec E1 , h1Ex，hx Et En，hn E E,2018/9/2,29,(2)p ，max最重的轴载在临界荷位处产生的最大荷载应力(MPa),pm最重轴载Pm在四边自由板边临界荷位处的最大荷载应力(MPa) pm Pm0.94,2018/9/2,30,2）温度应力,（1）最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力t.max：,2018/9/2,31,2018/9/2,32,（2）面板临界荷位处的温度疲劳应力,tr =kt.t，maxKt考虑温度应力累计疲劳作用的温度疲劳应力系数,-,
11、2018/9/2,33,（2）面板临界荷位处的温度疲劳应力,tr =kt.t，maxKt考虑温度应力累计疲劳作用的温度疲劳应力系数；,-面层板临界荷位处的温度疲劳应力；,-最大温度梯度时砼面层板产生的最大温度应力。,2018/9/2,34,温度疲劳应力系数kt,2018/9/2,35,3）结构极限状态校核（厚度校核）,是否满足设计标准是否满足验算标准,2018/9/2,36,示例1 粒料基层上混凝土面板厚度计算,公路自然区划 区拟新建一条二级公路，路面宽7m ，路基为低液限黏土，路床顶距地下水位平均1. 2m ，当地的粗集料以花岗岩为主。拟采用普通混凝土路面。 经交通调查得知，设计轴载PS = 100kN ，最重轴载Pm =150kN ，设计车道使用初期设计轴载的日作用次数为100 次，交通量年平均增长率为5% 。 试进行粒料基层上普通混凝土面板厚度计算。,
