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1、M-E Pavement Design Guide刚性路面设计刚性路面设计第四讲第四讲力学力学-经验方法经验方法1M-E Pavement Design Guide本节大纲本节大纲刚性路面概述刚性路面概述混凝土试验混凝土试验使用指南对使用指南对MEME设计进行敏感性分析设计进行敏感性分析2M-E Pavement Design Guide长寿命基础设施长寿命基础设施5050年设计寿命的混凝土路面年设计寿命的混凝土路面100100年设计寿命的混凝土桥架年设计寿命的混凝土桥架3M-E Pavement Design Guide刚性路面性能横向开裂横向开裂坑洞坑洞IRI错台错台M-E Pavemen
2、t Design Guide弹性模量与强度弹性模量与强度 ( (随时间随时间) )温度膨胀系数温度膨胀系数干缩干缩 ( (随时间随时间) )基层侵蚀指数基层侵蚀指数 PCC路面层材料特性路面层材料特性5M-E Pavement Design Guide要求的砼参数要求的砼参数 弹性模量弹性模量 泊松比泊松比 破坏模量破坏模量 抗压强度抗压强度 劈裂强度劈裂强度 收缩收缩 温度膨胀系数温度膨胀系数6M-E Pavement Design Guide水泥砼（水泥砼（PCC） 实验室试验要求实验室试验要求7M-E Pavement Design Guide8M-E Pavement Design G
3、uide0.00 lb8.60 lb0.00 lb11.92 lb23.82 lb35.21 lb单位重单位重= =重量重量/ /体积体积 = / 0.25cf35.21 lb= 140.8 pcf单位重单位重 9M-E Pavement Design Guide50C10C0.0059CTE=长度变化长度变化/ /单位长度单位长度/ /度度温度膨胀系数温度膨胀系数（CTE） AASHTO TP 6010M-E Pavement Design Guide.1225PCC 收缩收缩AASHTO T 160ASTM C 15711M-E Pavement Design Guide.0000PCC
4、收缩收缩 12M-E Pavement Design Guide.0011潮湿室 相对温度40%time%PCC 收缩收缩13M-E Pavement Design Guide抗压强度抗压强度 = = 最大荷载最大荷载/ / 横截面积横截面积= 45,718 lb / 12.56 in2= 3,640 psi抗压强度抗压强度 AASHTO T 22 或或 ASTM C 7814M-E Pavement Design GuideMOE = 应力与应变比应力与应变比 40% f c弹性模量弹性模量 15M-E Pavement Design Guide泊松比泊松比 = =横向应变横向应变 / /
5、纵向应变纵向应变.000000.000000泊松比泊松比16M-E Pavement Design Guide破坏模量破坏模量 = = 弯曲能力弯曲能力破坏模量破坏模量AASHTO T 97ASTM C 7817M-E Pavement Design Guide 破坏模量破坏模量 = = 弯曲能力弯曲能力= (荷载荷载 * * 跨距跨距) / (宽度宽度 * * 高度高度2)= (6,840lb) * 18 in) / (6.0 in) * (6.0 in)2)= 575 psi破坏模量破坏模量18M-E Pavement Design Guide19M-E Pavement Design G
6、uide结构层 I - JPCP这些值从哪里输入这些值从哪里输入？20M-E Pavement Design Guide140.8pcf140.8pcf5.1 /F5.1 /F4.15Mpsi15Mpsi575psi575psi3,640psi3,640psi0.220.2221M-E Pavement Design Guide140.8pcf140.8pcf5.1 /F5.1 /F4.15Mpsi15Mpsi575psi575psi3,640psi3,640psi0.220.2222M-E Pavement Design Guide140.8pcf140.8pcf5.1 /F5.1 /F4.
7、15Mpsi15Mpsi575psi575psi3,640psi3,640psi0.220.2223M-E Pavement Design Guide140.8pcf140.8pcf5.1 /F5.1 /F4.15Mpsi15Mpsi575psi575psi3,640psi3,640psi0.220.2224M-E Pavement Design Guide140.8pcf140.8pcf5.1 /F5.1 /F4.15Mpsi15Mpsi575psi575psi3,640psi3,640psi0.220.2225M-E Pavement Design Guide用用NCHRP 1-37A 敏
8、感性分析敏感性分析1. 定义参照设计定义参照设计 2. 设计不同设计特性设计不同设计特性3. 比较计算性能比较计算性能 M-E Pavement Design Guide接缝水泥砼路面接缝水泥砼路面（JPCP）参照设计参照设计已有已有JPCP路面路面I-78 I-78 宾夕法尼亚州宾夕法尼亚州从从LTPP试验段试验段42-3044 42-3044 现实数据现实数据( (输入水平输入水平2 2和和3)3)敏感性分析敏感性分析通过一次选择一个设计特性变化评价设计特性的通过一次选择一个设计特性变化评价设计特性的影响影响 接缝间距接缝间距边缘支撑边缘支撑板厚度板厚度 基层类型基层类型 PCC性质性质
9、地理位置地理位置 27M-E Pavement Design GuideJPCP参照设计和选择方案参照设计和选择方案与与PCC有连接有连接路肩类型路肩类型边缘支撑边缘支撑隐含隐含(TTC=1)(TTC=1)多挂车多挂车 2% 10% 10%隐含隐含(TTC=1)(TTC=1)多挂车多挂车 2% 2%车辆等级分布车辆等级分布隐含隐含Site specific data from Site specific data from LTPP DataPaveLTPP DataPave轴荷分布轴荷分布传力杆传力杆接缝间距接缝间距AADTT双车道双车道气象数据气象数据设计特性设计特性有有2.5cm 2.5
10、cm 直径，中到中直径，中到中 30cm 30cm 6 6米米5,750 (5,750 (重重) )Harrisburg, PAHarrisburg, PA参照设计参照设计5.25.2和和4.64.6米米接缝接缝无无3,000 (3,000 (中等中等) )西雅图西雅图 , , 华盛顿州华盛顿州凤凰城凤凰城 ，阿利桑那州，阿利桑那州选择变量选择变量交通交通位置位置29M-E Pavement Design Guide JPCP参照设计和比较方案参照设计和比较方案4137KPa4137KPa2828天破坏模量天破坏模量PCC PCC 性质性质石灰岩石灰岩(5.0x10(5.0x10-6-6 in
11、/in/F) in/in/F)粗集料粗集料(PCC(PCC和和CTE)CTE)0.150.15Poissons RatioPoissons Ratio细粒土细粒土(E(E路基路基 = = 34MPa) )路基路基3.653.65米米PCCPCC板板层层基层基层设计特性设计特性25.4cm 25.4cm 粒料粒料 ( (A1a) )( (Ebase = 345MPa) )参照设计参照设计30M-E Pavement Design Guide JPCP参照设计和比较方案参照设计和比较方案3448 3448 和和 482748274137KPa4137KPa2828天破坏模量天破坏模量PCC PCC
12、 性质性质硅质粒料硅质粒料(7.0x10(7.0x10-6-6 in/in/F) in/in/F)石灰岩石灰岩(5.0x10(5.0x10-6-6 in/in/F) in/in/F)粗集料粗集料(PCC(PCC和和CTE)CTE)0.200.200.150.15Poissons RatioPoissons Ratio无变化无变化细粒土细粒土(E(E路基路基 = = 34MPa) )路基路基25.4cm 25.4cm 和和 35.6cm35.6cm3.653.65米米PCCPCC板板层层基层基层设计特性设计特性25.4cm 25.4cm 粒料粒料 ( (A1a) )( (Ebase = 345M
13、Pa) )参照设计参照设计2.5cm2.5cm水泥稳定基层水泥稳定基层(CTB)(CTB)(Ebase= 1,000,000 psi)(Ebase= 1,000,000 psi)选择变量选择变量31M-E Pavement Design Guide JPCP 设计结果设计结果选择变量与参照设计敏感性分析选择变量与参照设计敏感性分析 在设计寿命未期破坏比较图在设计寿命未期破坏比较图 : :板开裂板开裂接缝错台接缝错台IRI32M-E Pavement Design Guide0.35.5板开裂板开裂% - JPCP33M-E Pavement Design Guide0.71.5错台错台 - J
14、PCP34M-E Pavement Design Guide0.91.6IRI - JPCP35M-E Pavement Design GuideJoint Spacing接缝间距接缝间距 - JPCP36M-E Pavement Design GuideJoint Spacing接缝间距接缝间距 - JPCP37M-E Pavement Design Guide接缝间距接缝间距 - JPCP38M-E Pavement Design Guide边缘支撑边缘支撑 - JPCP39M-E Pavement Design Guide边缘支撑边缘支撑 - JPCP40M-E Pavement Des
15、ign Guide边缘支撑边缘支撑 - JPCP41M-E Pavement Design GuideEdge Support边缘支撑边缘支撑 - JPCP42M-E Pavement Design Guide板厚度板厚度 - JPCP43M-E Pavement Design Guide板厚度板厚度 - JPCP44M-E Pavement Design Guide板厚度板厚度 - JPCP45M-E Pavement Design Guide基层类型和地理位置基层类型和地理位置 - JPCP46M-E Pavement Design Guide基层类型和地理位置基层类型和地理位置 - JP
16、CP47M-E Pavement Design Guide基层类型和地理位置基层类型和地理位置 - JPCP48M-E Pavement Design Guide基层类型和地理位置基层类型和地理位置 - JPCP49M-E Pavement Design GuidePCC 性质性质 - JPCP50M-E Pavement Design GuidePCC 性质性质 - JPCP51M-E Pavement Design GuidePCC 性质性质 - JPCP52M-E Pavement Design GuidePCC 性质性质 - JPCP53M-E Pavement Design Guid
17、ePCC 性质性质 - JPCP54M-E Pavement Design GuidePCC Properties0.415.520.01.02.03.04.05.06.0MOR 700psiSiliceous Gravel(CTE=7e-6/F)Design VariablesDistress Ratio (to Reference)JPCP 开裂开裂 0.34Joint 17 14 Thick SlabReference Design 28day MOR= 600 psi Aggregate: Limestone (CTE=5.5e-6/F)Slab Thickness 12”Joint
18、Spacing 200.3555M-E Pavement Design GuidePCC Properties0.415.520.01.02.03.04.05.06.0MOR 700psiSiliceous Gravel(CTE=7e-6/F)Design VariablesDistress Ratio (to Reference)JPCP 开裂开裂 0.34Joint 17 14 Thick SlabReference Design 28day MOR= 600 psi Aggregate: Limestone (CTE=5.5e-6/F)Slab Thickness 12”Joint Sp
19、acing 200.35.3317, 14”700 PSI56M-E Pavement Design Guide2. JPCP 罩面示例罩面示例现有现有JPCP的无粘结罩面层的无粘结罩面层JPCP57M-E Pavement Design Guide2. 无粘结PCC 罩面层设计输入现有路面按前面JPCP设计进行重建设计按以前JPCP设计相同交通和材料进行设计路面结构PCC 罩面: 25cmAC 粘结: 5cm现有 PCC: 30cm粒料基层: 25cm59M-E Pavement Design Guide2. 无粘结无粘结PCC 罩面层设计输入罩面层设计输入砼材料与混合料性质砼材料与混合料性
20、质弯曲强度:4.1MPa温度膨胀系数: 5.0x10-6其它设计特性其它设计特性传力杆间距6米路肩与PCC有连接E基层= 344MPa, E垫层= 34MPa现有PCC不处理 60M-E Pavement Design Guide预测开裂预测开裂61M-E Pavement Design Guide预测预测 IRI62M-E Pavement Design Guide预测错台预测错台63M-E Pavement Design Guide2. 无粘结罩面层无粘结罩面层 设计参数设计参数Distress TypeDistress Type板开裂板开裂 % %错台错台(inches)(inches)
21、IRI IRI in/miin/mi可靠度可靠度可靠度可靠度可靠度可靠度50%50%90%90%50%50%90%90%50%50%90%90% 破坏标准破坏标准1515.125.125172172 参照设计参照设计2.52.59.69.60.150.150.240.24137137187187 接缝间距接缝间距 20 20 17170.10.16.16.10.120.120.200.20129129181181 接缝间距接缝间距 202010100.00.06.06.00.050.050.110.11117117172172 厚度厚度 101012121.01.07.47.40.120.120.200.20122122172172传力杆传力杆 1.0 1.0 1.51.52.52.59.69.60.030.030.080.08909013013064M-E Pavement Design Guide小小 结结演示NCHRP 1-37A设计指南的功能显示设计特性对JPCP破坏发展的影响65
