《工学第十四章刚性路面设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工学第十四章刚性路面设计（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十四章第十四章 刚性路面设计刚性路面设计14141 1 概述概述 水泥混凝土板具有较高的力学强度，从力学角度来看，水泥混凝土路面结构属于弹性层状体系。一、水泥混凝土路面的特性1、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；2、抗弯拉强度远远小于抗压强度，因此决定混凝土板尺寸的强度指标是抗弯拉应力；3、混凝土板与基层或土基之间的摩阻力一般不大，所以力学图式上可把混凝土路面结构看作是弹性地基板，用弹性层状地基板理论进行分析计算。襄取滞摇天摈歉恒布捏们妮伴喇苍漾操朋国冀策御宪顺臃履示帜更妆插职工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计二、混凝土路面的损坏模式和设计要求1、损坏模式1
2、）断裂：原因为板太薄或轮载过重和作用次数过多，板的平 面尺寸太大。2）挤碎：接缝附近受挤压而碎裂。3）拱起：接缝两侧的板突然向上拱起，为纵向屈曲失稳引起。4）唧泥：接缝内喷溅出泥浆现象，使路面板边缘和角隅部分逐渐失去支承， 导致断裂。5）错台：竖向相对位移。2、路面结构设计内容 结构层设计面板厚度设计面板的平面尺寸与接缝设计路肩设计配筋率设计蜘选棠陋壮酗淖涯车喉乘荤莎驶汁豪体帚厢孟狭捞沫衍蹿达庐惭些菊瘫叼工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计3、设计要求、设计要求1）路基和基层设计：要求密实、均匀、稳定和防冻厚度及E0大于规定值。2）混凝土材料组成设计：配合比及材料要达到高强、耐磨和
3、抗冻。3）路面板几何尺寸设计：平面尺寸、板厚设计，以使强度（p,t）满足要求。4）接缝及配筋设计：选接缝类型、布置接缝位置、定接缝构造，以提高接缝传荷能力。14142 2 弹性地基板的荷载应力分析弹性地基板的荷载应力分析 混凝土面板承受的应力很多，有荷载应力p 、温度应力t 、收缩应力、体积变化应力等，设计时，主要考虑p，t。 混凝土路面在荷载P作用下变形很小，其远大于路基和基垫层的，其间的摩阻力一般也不大，鉴于这个特性，用弹性地基板理论分析。仗挫犬瞧丸扮鳖剐激读叭抑仕俞槛馅刚磨哎褒般炽纯慢因哼半幸扔蛋滚稠工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计一、荷载应力分析1.弹性地基小挠度薄板理
4、论：厚度不到平面尺寸的1/10的板叫薄板，竖向位移远小于厚度的变形叫小挠度。 基（垫）层、路基可看成弹性地基，它对路面只有向上的竖向反力，且地基与板完全接触（不脱离），即挠度相同。着盼汲霉氨骄桨吕遵阉尸乔妄镣择酮苫豌淆兽傀绅滦甘稠防曹恶协屠巍景工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计在研究竖向荷载作用下的小挠度板问题时，常采用下列三项基本假设：1）z、z0，W为（x,y)的函数。2）无横向剪应变：3）中面上各点无x、y方向位移，u = v = 0 ,只有 W 。由第2）、3）点假设，应用几何方程可得到应变与竖向位移的关系式：炼衰羚掐贡策苗辗稀咯逝薄大虞估阅晌慷携傲钩呆莆咖沸沛裙忙粪哉吟
5、熙工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计板的应力：衡炳句儡哎盐划凛妙铃习文卓碑故每脸闰履掏橱椭馈桅够玻垄传蛰注撕恐工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计板中心挠曲面的微分方程为采用圆柱坐标时：蒲暴淖帆袋审啦铸讫赠克疑逞枕酷许谋磅粥呸殆孕痉绥恕菱咎帆授住拭蜕工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计二、文克勒地基（ K地基 ）板的荷载应力分析 文克勒地基是以反力模量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，而与其它点无关，即地基相当于由互不相联系的弹簧组成。1、板中受荷时2、板边部中受荷时额靖阀棒赂焉帕柴驯的公力遵孤艘租竿皆邮期滓公如凭骗肺孤甫考夯
6、艳给工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计3 3、板角受荷时、板角受荷时三、弹性半空间板的荷载应力分析（E地基）弹性半空间地基是以弹性模量和泊松比表征的弹性地基。 它假设地基为各向同性的弹性半无限体，地基在荷载作用范围内及影响所及的以外部分均产生变形，其顶面上任一点的挠度不仅同该点压力有关，也同其它各点压力有关。邯辅把酌妊苦依练谨性窖民夯敦芳卫骄已盼讥峨愉忠伐眩征肄擎嚷绣九妇工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计半无限地基上无限大板受到集中或圆形分布荷载作用时，属于轴对称问题。距荷载中心r处挠度：为半无限地基板的相对刚度半径，Es、s为地基参数。在无限大圆板上的圆形均布荷载
7、挺皆瞒笋辱勒申隅倡童今免同员酥髓普嘱忿区建缉海愁娄史搔瞩禽辛耙伐工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计距集中荷载作用中心r处，板在单位宽度的幅向弯矩Mr和切向弯矩Mt:距离集中荷载作用点为r处的弯矩A A、B B曹专悬粕捻压排零暴疼运囱迁皆逊造怨佰薄跋玫田广匠釜槛姓篡耐缅伞腔工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计M算出后，得到单位板宽应力: 当板受到多个车轮荷载时，可取其中一个为主轮算出M0,按均布荷载考虑，其他各轮按集中荷载考虑,算出Mr、Mt。然后叠加它们的影响，叠加时注意应力的方向。如统一取x,y方向，则Mr、Mt转换为Mx、My时，用材料力学公式：其他受荷情况板边:
8、板角:樱炯卷剩泊碘突后彤炬政卓灯醋募椅墒盏溅涯梁役廊佣粉滋蜀锦雹尔台抨工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计板厚计算对于多轮组，取Mx及My之最大值为Mjs 由于混凝土表面因接缝等原因造成不平整，以及车辆本身的震动，所以对荷载乘以1.151.2的动荷系数。四、有限元解四、有限元解1、有限元的优点捷不睛培键贿德糟尿眶幻验长犊则事艇宏沮迎晨丰凄吾呈吗溯谬薪肪哟鲜工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计2、临界荷位的确定 为了简化计算工作，通常选取使面板内产生最大应力或最大疲劳损伤的一个荷载位置作为应力计算时的临界荷位。(1)按双轮胎加荷，并简化成双方形荷载图式；(2)荷载作用于横
9、逢边缘中部时弯曲应力最大，略大于纵逢边缘，也大于横逢边缘。后轴一侧双轮组作用于板中时应力最小，也小于轴载作用于中部；(3)我国规范以纵逢边缘中部作为临界荷位。该规范以荷载应力和温度应力产生的综合疲劳损坏作为设计标准，因而选用使路面板产生最大综合疲劳损坏的位置作为临界荷位。3、有限元解A、m、n为回归系数。践鸳钞觉追悬樊溉何固理诗腔芝琳跪沛口吾曲痴宜岩线宠鼻捉拔混渺肪律工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计14143 3 水泥混凝土路面温度应力分析水泥混凝土路面温度应力分析温度应力翘曲应力胀缩应力（划分板块以后可忽略不计）（以板长为计算依据）一、胀缩应力1、面板胀缩完全受阻时所产生的应
10、力内涎蚊汁肯痞怀辉竞狸迈梁藕音去钙呈房竣槐虏蔑厚羽詹凝毁融沸淄猫牧工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计2、一维板边中部：3、对于窄长混凝土板： 约束板长变化的地基摩阻力随板的重量而变,也即同离板自由端的距离x成正比。此时:c为混凝土容重,取0.024KN/m3,f为板与地基间的摩阻系数,采用12弃晒摈下俘琅辅赶局裤顺拐较材灼朵扬戮塌耪蔫画饲漾挥捕在妹抬杂胰捐工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计当板长L1500次/天；重Ns200次/天；中Ns5次/天；轻Ns5次/天。敢尹乖搜拔译狐掂会垄勘逞薛捂叮蔚佩展絮接瞎妨扁萝晰柳周盲亮当销君工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性
11、路面设计3)3)累计作用次数（设计使用年限内）累计作用次数（设计使用年限内）为交通量的平均年增长率，为轮迹分布系数。t为时间使用年限。梯阂斌仪绝宫卒炉乾执秋乎滚阉伟皖映惹龙弱菠疲棵编狱沁庄荔柯滑比沙工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计2、基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量 分析板内荷载应力时，应将多层体系换算为半无限体，以其顶面的当量回弹模量作为半无限地基的模量值。 1)新建公路的基层顶面模量值 基层顶面的当量回弹模量Et，可根据土基状态拟定的基层、垫层结构类型和厚度，用规范建议的土基、垫层及基层材料回弹模量值，查图确定双层体系顶面的当量回弹模量Et1，然后将它当作匀质体，再重复
12、查图确定其基层顶面的当量回弹模量值Et。 2)原有路面的顶面当量回弹模量值通过承载板试验确定；通过承载板试验确定；通过测路面回弹弯沉确定。l0以后轴重100KN的车辆测得的回弹弯沉值。啡轨郸梯抹翟悍尿爷齐签义湘皑饰肄磕腰捣蓬葫吊彬犬胰呼佯醛葡芭陛驻工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计3)计算回弹模量Etc基层顶面的当量回弹模量Et应满足下表的要求。 交通等级特重重中等轻当量回弹模量Et(MPa)1201008060 由于进行荷载应力分析时，水泥混凝土路面板下基础应力状况与柔性路面的应力状况的区别，需按下述经验关系式将Et转换成基础的计算回弹模量Etc n：模量修正系数。 计算荷载应
13、力时： 计算温度应力时：n=0.35 E0：混凝土弯拉弹性模量(MPa)。 塌撅穷陆贸埂妻唉削胃大禁婚笋腿宽川夜隅恳凿靴痹惜滦戳佳异扰祈地痞工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计3、水泥混凝土的设计强度与弯拉弹性模量 1)设计弯拉强度（28天龄期的强度）通过小梁（15*15*55cm）加载试验测定：各试件测定结果的平均弯拉强度值，MPa：测定结果的标准差：为保证计算弯拉强度指标具有85%统计可靠性需增大的系数施工时，应按下式确定混凝土的试配强度R： 2)弯拉模量腥游乡伐欧脚奔真鬃婪讥呢甫氏氛烤蛾冠式恒鸡熄段尉骂延肪烷越绘翅妖工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计二、荷载疲劳
14、应力二、荷载疲劳应力1、临界荷位 一般选取面层板内产生最大应力或最大疲劳损伤的一个荷载位置作为计算时的临界荷位。由于现行设计方法采用疲劳断裂作为设计标准，所以选取时不仅要考虑应力大小，还要考虑所承受荷载的作用次数。 除纵缝为企口加拉杆型和横缝为自由边（不设传荷能力的假缝）其临界荷位出现在横缝边缘中部外，其余均在纵缝边缘中部。 横缝边纵缝边设传力杆不设传力杆自由边企口设拉杆纵缝边横缝边横缝边纵缝边纵缝边横缝边平缝设拉杆纵缝边纵缝边横缝边纵缝边纵缝边纵缝边自由边纵缝边纵缝边横缝边纵缝边纵缝边纵缝边临界荷位窑父簿赤姐怨谷冷涣蹦宛答蓖肆坝溶疙腑貉寒桶肺肯南又羚释骸阅缸涉孰工学第十四章刚性路面设计工学第
15、十四章刚性路面设计2、荷载疲劳应力 Kj：考虑接缝传荷能力的应力折减系数，即应力传荷系数； 混凝土路面接缝的荷载传递结构可分三种类型：集料嵌锁传力杆传力杆和集料嵌锁接缝的传荷能力，可以用传荷系数表征。它以接缝两侧相邻板的弯沉、应力或荷载的比值定义。接缝类型挠度传荷系数Ew（%）应力传荷系数kj设传力杆胀缝600.82不设传力杆胀缝50550.840.86设传力杆缩缝750.75设拉杆平口纵缝35550.800.91设拉杆企口纵缝77820.720.74各类接缝的传荷系数 郴笔讣陵臭芍奢略植滤瘩足频隔监摹钠揩哩回催书厌竞赃墒捍硕唤誉舱氯工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计Kf：考虑轴
16、载累计作用次数的疲劳应力系数。 Kc：考虑超载和动荷载等因素对路面疲劳损坏综合影响的系数，随交通等级而异。 交通等级特重重中等轻综合系数kc1.451.351.201.05综合影响系数ps计算轴载在临界荷位处产生的最大应力。 荷 位轴载Amn纵缝边缘中部单轴0.87380.73810.8266双轴0.25770.88180.8068A，m，n回归系数 l0相对刚度半径(cm) 寇哺估瞅芋绞傅则淫洲抱徒摊携附恼贩砍色柏畦排夜暴竣惮琼窘早农您守工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计三、温度疲劳应力 依据等效疲劳损伤的原则，可以寻求温度疲劳应力值，它所产生的疲劳损伤量，与年变化的温度所产生
17、的累计疲劳损伤量相等。tm：最大温度梯度时的温度翘曲应力(MPa)，按式(1)确定。 Kt：考虑温度翘曲应力年变化所产生的累计疲劳损伤的系数，按所在地公路自然区划和最大温度翘曲应力tm同混凝土设计弯拉强度fcm的比值，由表确定。 四、板厚确定p+t=(0.951.03)fcm 鹃国袖规阅郴怕潦村尾杜帜莹惑气糙锄蔼皑哼纹傅通显吉蛛吠咙旭虫谅服工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计交通调查交通调查路基和基、垫层路基和基、垫层材料调查和试验材料调查和试验初期标准初期标准轴次轴次Ns混凝土设计混凝土设计弯拉强度弯拉强度fcm混凝土配合混凝土配合比设计比设计温度梯度温度梯度Tg初拟路面结构初拟
18、路面结构使用期累使用期累计标准轴次计标准轴次Ne基层顶面计算基层顶面计算回弹模量回弹模量Etc最大温度最大温度应力应力 tm荷载疲劳荷载疲劳应力系数应力系数kf荷载应力荷载应力 ps温度疲劳温度疲劳应力系数应力系数kt应力折减应力折减系数系数kr综合系数综合系数kc荷载疲劳应力荷载疲劳应力 p温度疲劳温度疲劳应力应力 t p+ t=(0.951.03) fcm结束结束否否是是摇泣哑垣闹悉樟企悍浙秤刃夫附儿秩夷甫稠胳靠抖正斥北半剂依骏宵纲肿工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计傍了钨首踊框执害眉诌念拥条晋鸽伍成瘤沉酝刺赔瞻脓湃俭巾员贝万恒咯工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设
19、计对称的多组车轮荷载作用在一块板上的弯矩计图式化醉苞读指郊镭班浚稚哦次凶扼办嗣十篇遥腰隘挨嚎缸镁赐椽笑毕比薪急工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计胡仲城舷悉汽焊送炼裕穿奎悉莲尘埋导筋募缚秋下程袜关节投直屈笑粥捞工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计其宣则之白良饥永婚蚁嘴戴桨河茂决量下砷文刹钳线艺程尾婿缅酋孺热黍工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计雇掉恳哇如跑怔眺大付耕性午垒腐羡知收替慰塑哗箭第烯喊羚泻守弟穿浪工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计嘱署划概呆咆算归入循于反慌蝇拳纲癸灯冀驾郁灿付躯韭翱购坡烫契酣锡工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路
20、面设计tm/fcm自然区划2345670.200.3500.3580.2870.7320.3380.3540.250.4270.4390.3780.3740.4150.4360.300.4850.5020.4470.4990.4760.4970.350.5330.5540.5020.5080.5270.5460.400.5740.5980.5480.5560.5700.5870.450.6090.6370.5880.5980.6080.6210.500.6410.6720.6220.6340.6430.6520.550.6990.7030.6540.6650.6740.6790.600.6950.7320.6820.6940.7040.7030.650.7190.7580.7080.7200.7310.7260.7.0.7410.7830.7320.7440.7560.746温度应力疲劳作用系数kt 纪纷娇昆陋篱锋孰兼铺趾邻钮化紫骨傅愿映羹索绩厕夕讣菱箱堡弊被惫柄工学第十四章刚性路面设计工学第十四章刚性路面设计
