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1、水泥路面设计,引言,损坏模式与设计标准,结构组合设计,构造设计,结构厚度和平面尺寸设计,一、引 言,参见沥青路面设计的引言部分 设计内容 路面结构组合设计 结构厚度设计 平面设计 构造设计 路肩和排水设计,二、损坏模式与设计标准,板的断裂 包括横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、板角隅断裂、破碎板。 原因：强度不足；未设置传力杆和拉杆；板底脱空；荷载、温度重复作用，达到疲劳极限；荷载过重。 接缝损坏 出现在接缝附近的损坏，如剥落、碎块等。 唧泥 泥浆、灰浆从板底挤出和喷射而出。 原因：基层材料不耐冲刷。,损坏模式,错台:接缝或裂缝两侧出现高程差。 原因：唧泥等的存在是出现错台的主要原因：行车造成的水
2、压使泥灰浆从后载板向先载板迁移，造成先载高、后载板低的现象，一般是有规律的出现；未设置传力杆。 拱起:温度引起的屈曲失稳而向上隆起的现象，一般伴有横向裂缝。 原因：温度太高；胀缝间距太大；接缝、尤其是胀缝内填满了杂物而失效；胀缝设置工艺不当而使其无法伸缩。,上述各类损坏在设计中均需考虑。断裂类损坏主要由厚度设计解决，材料设计和平面设计予以保证，设计标准是板底最大疲劳应力；唧泥、错台主要通过材料设计和排水设计予以解决；拱起主要通过平面设计和构造设计解决；接缝损坏靠接缝设计解决。 设计标准可以写为： 式中： 为标准轴载作用下产生的最大荷载应力； 为等效疲劳温度梯度下产生的温度翘曲应力； 为混凝土的
3、疲劳强度。,设计标准,式中： 为疲劳应力，即考虑荷载重复作用的应力； 为疲劳温度翘曲应力； 为混凝土的抗弯拉强度。 通过限制板的尺寸限制温度翘曲应力，板厚度设计时仅考虑荷载应力 除了上述三个标准中选一个外，对高等级公路，可以补充板边或板角挠度指标以限制唧泥和错台,三、结构组合设计,素混凝土路面（预留接缝的混凝土路面），除角隅、边缘外，板内不配钢筋。 连续配筋混凝土路面 不设接缝，连续配筋。大大改善了混凝土路面的行驶舒适性。面板厚度基本不减小（为普通混凝土路面厚度的8090）。 钢筋混凝土面层 设置纵向、横向钢筋网，形成钢筋混凝土结构层。 预应力混凝土层 目前使用很少 。 钢纤维混凝土面层 在混
4、凝土中掺入不同形状的钢纤维，以形成均匀的混凝土加筋层。 目前常用的是素混凝土路面。,面层,作用 为面层提供均匀的基础支撑，为面层施工提供稳定、坚实的工作面 防止冲刷、唧泥和错台的产生 控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对路面的影响。 常用基层材料 细集料含量应严格控制 贫混凝土、沥青稳定粒料、水泥稳定粒料 级配碎石 基层刚度要求 为了限制混凝土板的挠度量，减少唧泥、错台等病害，基层应具备一定的刚度，如P201表121所示。,基层和垫层,对于水泥路面而言，由于混凝土板强度高、抗力大、对变形适应性小（敏感），所以不要求路基有很高的强度，但对不均匀变形要求较高 减小路基的不均匀变形是混凝土路面中路基
5、设计的主要内容。 路表水的排除 渗入路面结构内部水的排除，内部排水系统,路基,排水,四、构造设计,间距 一般为4-6m 布置 等间距，变间距；横缝垂直于路中线，与路中线斜交 构造 假缝 假缝传力杆 传力杆 施工结束或临时中断施工时需设施工缝。 在横缝位置处：施工缝设成平缝传力杆 在板中部位置时：施工缝设成企口缝拉杆,缩缝,施工缝,纵缝处需要设拉杆，以防止纵缝因车辆震动而拉开。 拉杆：螺旋钢筋，两端无需涂覆沥青，应保持与混凝土的握裹。 纵缝形式： 平缝拉杆；企口缝拉杆；假缝拉杆。 贯穿板厚度的平缝，接缝应有一定宽度。设传力杆。P215图 12-11。 填缝板，填缝料。,纵缝,胀缝,填缝料,五、结
6、构厚度和平面尺寸设计,考虑动超载综合作用的疲劳应力为： 式中， 为应力传荷系数； 为疲劳应力系数 为动超载综合影响系数，见P208表128。 为临界荷位处的应力，自由边纵缝边缘荷载最大应力,荷载应力分析,计算式,临界荷位可能在两个位置，一是轴载一侧作用于横缝边缘中部，一是单、双轴荷载作用于纵缝边缘。从绝对数值上说，荷载作用于纵缝边缘时的应力大于横缝边缘，但横缝边缘的荷载作用次数多。综合疲劳损耗，纵缝边缘的消耗更大，所以目前将临界荷位定在纵缝边缘。 考虑1）应力大小，2）荷载作用次数,临界荷位,根据优先尺寸板的有限元分析结果。 式中，P为轴重，h为板厚度，A、m、n为回归系数,荷载应力计算,集料
7、的嵌锁作用、传力杆的设置使得接缝具有传递荷载的作用，从而减小了板内的应力。 定义 ：可以按照接缝两侧不同指标的比值定义接缝传荷能力。一是按照挠度比，一是按照应力比。 按照挠度： 按照应力：,接缝传荷能力考虑,关系和设计考虑 在进行应力计算时，采用应力比的后一个表达式比较方便，但现场测试时，采用挠度比比较方便，所以需建立二者之间的关系。,式（512）的疲劳方程形式为： 为了方便，改写为如下形式： 这里 为低应力，指温度应力，此时 即为荷载应力 ， 即为强度储备。,疲劳应力系数,可以推得： 为系数，与荷位、轴数有关。单轴荷载换算为标准荷载时，1；双轴荷载换算为标准荷载时。,荷载疲劳应力计算,轴载等
8、效换算,采用横向分布系数计算累计的断面最大荷载作用次数。注意，这里采用的是横向分布系数与沥青路面的车道系数不同，应予注意。 混凝土板模量：一般在2000050000MPA中取值。 计算地基模量：值得注意的是，混凝土板下的地基模量不能按照实测模量取值。由于板底变形很小，所以模量要大得多。应该按照实测模量或按照第四、第五章中方法确定得模量，乘以一个放大系数，即换算为计算回弹模量：,累计轴载作用次数计算,混凝土板和地基模量,温度疲劳应力采用最大温度翘曲应力 乘以等效温度疲劳折减系数得方法计算： 等效温度疲劳折减系数，将交变的温度疲劳消耗转换成等效的折减系数，以保持其总疲劳消耗相同。,温度疲劳应力计算,温度疲劳应力,在进行温度应力计算时，基础的模量因为温度作用时间长发生蠕变而变小，同样可按照下式计算： 此时n=0.35 详细的设计步骤见P211。主要为两个步骤，即拟定一个路面结构，然后按交通、温度等因素进行验算。即,地基模量确定,板厚度设计,
