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1、wA水泥混凝土路面结构设计Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望普通混凝土路面普通混凝土路面钢筋混凝土路面钢筋混凝土路面连续配筋混凝土路面连续配筋混凝土路面预应力混凝土路面预应力混凝土路面装配式混凝土路面装配式混凝土路面钢纤维混凝土路面钢纤维混凝土路面碾压混凝土路面碾压混凝土路面裸石露石混凝土路面裸石露石混凝土路面水泥混凝土路面分类水泥混凝土路面分类水泥混凝土路面：水泥混凝土路面： 包包括括普普通通混混凝凝土土、钢钢筋筋混混凝凝土土、连连续续配配筋筋混混凝凝土土、预预应应力
2、力混混凝凝土土、装装配配式式混混凝凝土土和和钢钢纤纤维维混混凝凝土等面层板和基（垫）层所组成的路面。土等面层板和基（垫）层所组成的路面。 普通混凝土路面：普通混凝土路面： 是是指指除除接接缝缝区区和和局局部部范范围围（边边缘缘和和角角隅隅）外外不配置钢筋的混凝土路面。不配置钢筋的混凝土路面。基本概念基本概念钢筋混凝土路面简介钢筋混凝土路面简介适用场合：混凝土板块尺寸较大时，或基层易产生不适用场合：混凝土板块尺寸较大时，或基层易产生不均匀沉降或板下埋有地下设施时。均匀沉降或板下埋有地下设施时。特点：配置纵、横向钢筋网，主要目的是控制裂缝缝特点：配置纵、横向钢筋网，主要目的是控制裂缝缝隙的张开量；
3、隙的张开量；配筋计算，每延米的配筋量配筋计算，每延米的配筋量 ：A =3.2 Ls hf sy注意：钢筋最小间距大于最大粒径两倍以上，搭接长注意：钢筋最小间距大于最大粒径两倍以上，搭接长度应为直径的度应为直径的24倍以上，钢筋保护层厚度大于倍以上，钢筋保护层厚度大于5cm；板长一般板长一般10-20m，不超过，不超过30m。42装配式混凝土路面简介装配式混凝土路面简介(Prefabricated & assembling)特点：以混凝土预制块拼装而成，不受气候影响，施特点：以混凝土预制块拼装而成，不受气候影响，施工进度快，不需特殊养护，易维修，但接缝多，整体工进度快，不需特殊养护，易维修，但接
4、缝多，整体性差，易颠簸。适用于城市道路性差，易颠簸。适用于城市道路/停车场停车场/堆场，不适堆场，不适用于一般公路。用于一般公路。形状：矩形、正方形或六角形，可加预应力。形状：矩形、正方形或六角形，可加预应力。混凝土小块铺砌路面简介混凝土小块铺砌路面简介特点：小尺寸（一般小于特点：小尺寸（一般小于0.03m2），抗压强度高），抗压强度高（60MPa），在基层上设置），在基层上设置3cm左右的整平层，然后进左右的整平层，然后进行拼装。行拼装。优点：便于维修，耐压优点：便于维修，耐压适用场合：城市道路人行道，停车场、堆场等。适用场合：城市道路人行道，停车场、堆场等。连续配筋水泥混凝土路面（连续配筋
5、水泥混凝土路面（CRCP）简介）简介(Continuously Reinforced Concrete Pavement)CRCP是指在路面纵向连续配置足够数量的钢筋，以控制混凝是指在路面纵向连续配置足够数量的钢筋，以控制混凝土路面板纵向收缩产生的裂缝，从而可以在路面纵向不设接缝土路面板纵向收缩产生的裂缝，从而可以在路面纵向不设接缝的混凝土路面。的混凝土路面。纵向钢筋，横向裂缝处滑支CRCP横向裂缝CRCPAC加铺层横向钢筋基层土基 纵向钢筋，横向裂缝处滑支CRCP横向裂缝AC加铺层横向钢筋47板厚设计方法板厚设计方法板厚设计同普通的水泥混凝土路面；板厚设计同普通的水泥混凝土路面；配筋设计方法
6、配筋设计方法纵向钢筋设计准则纵向钢筋设计准则裂缝间距裂缝间距1.02.5m；裂缝宽度裂缝宽度1mm，一般应控制在，一般应控制在0.50.7mm；钢筋应力钢筋应力硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通水泥普通水泥矿渣水泥；矿渣水泥；水泥的安定性、收缩性，对混凝土路面的抗折强度有重大影响，严格控制水泥的安定性、收缩性，对混凝土路面的抗折强度有重大影响，严格控制氧化镁、三氧化硫含量；氧化镁、三氧化硫含量；粗集料：粗集料：粗集料最大粒径：滑模摊铺混凝土路面粗集料最大粒径，碎石定为粗集料最大粒径：滑模摊铺混凝土路面粗集料最大粒径，碎石定为30mm，砾石为，砾石为20mm。粗集料强度和压碎值：压碎值一般不应大于粗集料强
7、度和压碎值：压碎值一般不应大于12%，最大不应大于，最大不应大于20%。粗集料外形和级配：粗集料针片状含量不大于粗集料外形和级配：粗集料针片状含量不大于10%；集料的含土集料的含土(泥泥)量和软弱颗粒的影响：土使得抗折强度减小，收缩变大；量和软弱颗粒的影响：土使得抗折强度减小，收缩变大；影响水泥混凝土强度的因素（抗折强度）影响水泥混凝土强度的因素（抗折强度）细集料细集料：细度模数的影响：随着砂细度模数增加，抗折强度和抗压强度均略有细度模数的影响：随着砂细度模数增加，抗折强度和抗压强度均略有增大。当砂越来越粗时，砂对于嵌锁力的贡献逐渐增强，而嵌锁力提增大。当砂越来越粗时，砂对于嵌锁力的贡献逐渐增
8、强，而嵌锁力提高必然带来抗折强度的增大。高必然带来抗折强度的增大。含泥量的影响：含泥量的影响：单位水泥用量：随着水泥用量的增大，混凝土抗折强度增大。单位水泥用量增大随着水泥用量的增大，混凝土抗折强度增大。单位水泥用量增大100kg/m3时，抗压强度可提高时，抗压强度可提高35%左右，砾石混凝土抗折强度仅增加左右，砾石混凝土抗折强度仅增加5%，碎石混凝土，碎石混凝土增加增加12%左右。左右。水灰比：相同水泥用量时，水灰比增加，抗折强度缓慢下降，抗压强度则下降较快。相同水泥用量时，水灰比增加，抗折强度缓慢下降，抗压强度则下降较快。同时增大单位水泥用量和降低水灰比，抗折强度有较明显的提高。同时增大单
9、位水泥用量和降低水灰比，抗折强度有较明显的提高。38 断裂；断裂； 唧泥；唧泥； 拱起；拱起； 错台；错台； 接缝挤碎等。接缝挤碎等。9.1 混凝土路面的损坏模式和设计要求混凝土路面的损坏模式和设计要求一、损坏模式一、损坏模式水泥混凝土路面的损坏模式水泥混凝土路面的损坏模式(1)断裂断裂现象：现象：路面板内的应力超过混凝土强度会出现横向、纵向、路面板内的应力超过混凝土强度会出现横向、纵向、斜向或板角的拉断和折断裂缝，严重时，裂缝交叉而使路斜向或板角的拉断和折断裂缝，严重时，裂缝交叉而使路面板破裂成碎块面板破裂成碎块(称破碎板称破碎板)。原因：原因：板太薄或轮载过重和作用次数过多，板太薄或轮载过
10、重和作用次数过多，板的平面尺寸板的平面尺寸大大大大(使温度应力过大使温度应力过大)，地基过量或不均匀下沉使板底脱，地基过量或不均匀下沉使板底脱空失去支承，施工养生期间空失去支承，施工养生期间收缩应力过大收缩应力过大或混凝土或混凝土强度不强度不足足，等等。，等等。 挤碎挤碎现象：现象：在接缝在接缝(主要是胀缝主要是胀缝)附近数十厘米范围内的板因受附近数十厘米范围内的板因受挤压而碎裂。挤压而碎裂。原因：原因：胀缝内的胀缝内的滑动传力杆排列不正或不能正常滑动，滑动传力杆排列不正或不能正常滑动，缝缝隙内有混凝土搭连或落入坚硬的杂屑等，使路面板的隙内有混凝土搭连或落入坚硬的杂屑等，使路面板的伸张伸张受到
11、阻碍，受到阻碍，在接缝处边缘部分产生较高的挤压应力而剪裂在接缝处边缘部分产生较高的挤压应力而剪裂成碎决。成碎决。水泥混凝土路面的损坏模式水泥混凝土路面的损坏模式47水泥混凝土路面的损坏模式水泥混凝土路面的损坏模式拱起拱起现象：现象：混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的板突然混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的板突然向上拱起。向上拱起。原因：原因：板收缩时板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌满缝接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌满缝隙，致使板受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这隙，致使板受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。种纵向屈曲失稳现象。采用膨胀性较大的石料
12、采用膨胀性较大的石料(如硅质岩如硅质岩石等石等)作粗集料，容易引起板块拱起。作粗集料，容易引起板块拱起。水泥混凝土路面的损坏模式水泥混凝土路面的损坏模式 唧泥唧泥现现象象：车车辆辆行行经经接接缝缝或或裂裂缝缝时时，由由缝缝内内喷喷溅溅出出稀稀泥泥浆浆的的现象。现象。原原因因：在在轮轮载载的的频频繁繁作作用用下下，基基层层(地地基基)产产生生塑塑性性变变形形累累积积面面同同混混凝凝土土板板脱脱离离接接触触，水水分分沿沿缝缝隙隙下下渗渗而而积积聚聚在在脱脱空空的的间间隙隙内内，又又在在轮轮载载作作用用下下积积水水变变成成有有压压水水，并并同同基基层层内内浸浸湿湿的的细细料料混混搅搅成成泥泥浆浆，再
13、再沿沿缝缝隙隙喷喷溅溅出出来来，唧唧泥泥会会使使路路面面板板边边缘缘和和角角隅隅部部分分逐逐步步失失去去支支撑撑，而而导导致致断断裂。裂。5水泥混凝土路面的损坏模式水泥混凝土路面的损坏模式原因：原因：横缝处横缝处传荷能力传荷能力不足，车轮经过时相邻板端部会出现不足，车轮经过时相邻板端部会出现挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被冲蚀的碎屑向后方板挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被冲蚀的碎屑向后方板下运动，把该板抬起。下运动，把该板抬起。胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐，胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，使缝旁两板在伸胀持压过程使缝旁两板在伸胀
14、持压过程中，会上下错位而形成错台。当交通量或地基承载力中，会上下错位而形成错台。当交通量或地基承载力在横向在横向各块板之间不一致各块板之间不一致时，纵缝止也会产生错台现象。错台的出时，纵缝止也会产生错台现象。错台的出现，现，降低了行车的平稳性和舒适性。降低了行车的平稳性和舒适性。(5) 错台错台现象：现象：接缝或裂缝两侧路面板端部接缝或裂缝两侧路面板端部出现的竖向相对位移。出现的竖向相对位移。6露骨(polished aggregates)89脱皮(Scaling)10水泥路面的设计标准水泥路面的设计标准水泥路面结构设计的主要内容水泥路面结构设计的主要内容路面结构层组合设计路面结构层组合设计混
15、凝土面板厚度设计混凝土面板厚度设计混凝土面板的平面尺寸与接缝设计混凝土面板的平面尺寸与接缝设计路肩设计路肩设计混凝土路面的钢筋配筋设计混凝土路面的钢筋配筋设计公路技术等级公路技术等级高速公路高速公路一级公路一级公路二级公路二级公路三、四级公路三、四级公路设计基准期（设计基准期（a）303020202.轴载当量换算轴载当量换算混凝土路面交通等级混凝土路面交通等级1.设计基准期设计基准期3.交通调查和轴载分析交通调查和轴载分析交通量车道分布系数交通量车道分布系数单向车道数单向车道数1234车道分布系数车道分布系数1.00.8-1.00.6-0.80.5-0.75 交交通通量量调调查查可可获获得得公
16、公路路设设计计基基准准期期初初期期的的年年平平均均日日交交通通量量（双双向向）和和车车辆辆组组成成数数据据，（轻轻型型车车对对混混凝凝土土路路面面的的疲疲劳劳损损伤伤可可以以忽忽略略不不计计）。考考虑虑车车辆辆在在横横断断面面上上分分布布不不均均匀匀，且且车道数不同，分布概率也不同。车道数不同，分布概率也不同。NS= N1 方向系数（一般为方向系数（一般为0.5）车道分配系数车道分配系数 NS基准初年年平均日交通量基准初年年平均日交通量AADT(单向单向) N1年平均日交通量（双向）年平均日交通量（双向）4.标准轴载累计当量作用次数标准轴载累计当量作用次数公路等级公路等级纵缝边缘处纵缝边缘处高
17、速公路、一级公路高速公路、一级公路0.17-0.22二级、二级二级、二级以下公路以下公路行车道宽行车道宽7m0.34-0.39行车道宽行车道宽7m0.54-0.62临界荷位车辆轮迹横向分布系数临界荷位车辆轮迹横向分布系数交通等级交通等级特重特重重重中等中等轻轻设计车道标准轴设计车道标准轴载累计作用次数载累计作用次数N e（104）2000100200031003交通分级交通分级5.交通等级划分交通等级划分 水水泥泥混混凝凝土土路路面面所所承承受受的的轴轴载载作作用用，按按设设计计基基准准期期内内设设计计车车道道临临界界荷荷位位承承受受的的标标准准轴轴载载当当量量累累计计作作用用次次数数分分为下
18、表所列四级。为下表所列四级。水泥混凝土路面的力学特性水泥混凝土路面的力学特性1、混凝土板的强度及模量、混凝土板的强度及模量基层和土基的强度及模量；基层和土基的强度及模量；2、水泥混凝土板本身的抗压强度、水泥混凝土板本身的抗压强度抗折强度；抗折强度；3、板块厚度相对于平面尺寸较小，板块在荷载作用下的绕、板块厚度相对于平面尺寸较小，板块在荷载作用下的绕 度很小；度很小；4、混凝土板在自然条件下，存在沿板厚方向的温度梯度，、混凝土板在自然条件下，存在沿板厚方向的温度梯度， 会产生翘曲现象，如收到约束，会在板内产生翘曲应力；会产生翘曲现象，如收到约束，会在板内产生翘曲应力；5、荷载重复作用，温度梯度反
19、复作用，混凝土板出现疲劳、荷载重复作用，温度梯度反复作用，混凝土板出现疲劳 破坏。破坏。9.2 弹性地基板的应力分析弹性地基板的应力分析弹性地基上的小挠度薄板模型弹性地基上的小挠度薄板模型 弹性地基：弹性地基： 因因为为混混凝凝土土板板下下的的基基层层与与土土基基的的应应力力应应变变很很小小，不超过材料的弹性区域不超过材料的弹性区域; 弹性板：弹性板： 因因为为板板的的模模量量高高，应应力力承承受受能能力力强强，一一般般受受力力不不超过弹性比例极限应力，挠度与板厚相比很小。超过弹性比例极限应力，挠度与板厚相比很小。 水泥混凝土路面设计理论：水泥混凝土路面设计理论： 弹性地基上的小挠度薄板理论弹
20、性地基上的小挠度薄板理论水泥混凝土路面的力学模式水泥混凝土路面的力学模式水泥混凝土路面的工作及设计特点水泥混凝土路面的工作及设计特点1、抗弯拉强度、抗弯拉强度抗压强度，决定路面板厚度的强度设计指标抗压强度，决定路面板厚度的强度设计指标 是是抗弯拉强度抗弯拉强度；2、车轮荷载车轮荷载作用主要的影响是疲劳效应；作用主要的影响是疲劳效应；3、温度差温度差造成板内有应力出现翘曲变形及翘曲应力，也有疲造成板内有应力出现翘曲变形及翘曲应力，也有疲 劳特性；劳特性；4、板的使用还受限于、板的使用还受限于支承条件支承条件，不均匀支承或板底脱空对板，不均匀支承或板底脱空对板 内应力的影响极大；内应力的影响极大；
21、设计要求：设计要求：1.路基和基层设计：路基和基层设计： 要求密实、均匀、稳定和防冻厚度及要求密实、均匀、稳定和防冻厚度及E大于规定值。大于规定值。2.混凝土材料组成设计：混凝土材料组成设计： 配合比及材料要达到高强、耐磨和抗冻。配合比及材料要达到高强、耐磨和抗冻。3.路面板几何尺寸设计：路面板几何尺寸设计： 平面尺寸、板厚设计，以使强度（平面尺寸、板厚设计，以使强度（p,t）满足要求。）满足要求。4.接缝及配筋设计：接缝及配筋设计： 选接缝类型、布置接缝位置、确定接缝构造，以提高接缝选接缝类型、布置接缝位置、确定接缝构造，以提高接缝传荷能力。传荷能力。公路水泥混凝土路面设计规范公路水泥混凝土
22、路面设计规范JTG D40-2002: 以以弹弹性性半半空空间间地地基基有有限限大大矩矩形形板板模模型型为为基基础础，以以100KN单单轴轴双双轮轮标标准准轴轴载载作作用用于于矩矩形形板板纵纵向向边边缘缘中中部部产产生生的的最最大大荷荷载载应应力力控制设计。控制设计。设计理论与方法设计理论与方法弹性地基板体系理论简介弹性地基板体系理论简介基本概念：基本概念： 在在弹弹性性力力学学里里，两两个个平平行行面面和和垂垂直直于于这这两两个个平平行行面面所所围围成成的的柱柱面面或或棱棱柱柱面面简简称称板板；两两个个板板面面之之间间的的距距离离h称称厚厚度度；平平分分厚厚度度h的的平平面面称称为为板板的的
23、中中面面。如如果果板板的的厚厚度度h远远小小于于中中面面的的最最小小边边尺尺寸寸b（如如b/8b/5），这这种种板板称称薄薄板板。在在薄薄板板弯弯曲曲时时，中中面面所所形形成成的的称称为为薄薄板板弹弹性性曲曲面面，而而中中面面内内各点在垂直方向的位移称为各点在垂直方向的位移称为挠度挠度。弹性地基板体系理论简介弹性地基板体系理论简介薄板下的地基有两种：薄板下的地基有两种：文克勒地基文克勒地基弹性半无限地基弹性半无限地基 弹性地基小挠度薄板理论：弹性地基小挠度薄板理论： 混混凝凝土土路路面面板板常常做做成成等等厚厚式式，其其厚厚度度不不到到平平面面尺尺寸寸的的1/10，在在轮轮载载作作用用下下的的
24、竖竖向向位位移移(称称作作挠挠度度)又又比比厚厚度度小小两两个个数数量量级级，可可把把混混凝凝土土板板看看作作是是均均质质、各各向向同同性性、无无重重量量、等厚等厚的的小挠度弹性薄板小挠度弹性薄板。采用此理论时三个基本假设：采用此理论时三个基本假设：垂直于中面方向的应变及其微小，可以忽略不计；垂直于中面方向的应变及其微小，可以忽略不计；垂直于中面的法线，在弯曲变形后均保持为直线并垂垂直于中面的法线，在弯曲变形后均保持为直线并垂直于中面，故无横向剪切应变；直于中面，故无横向剪切应变；中面上各点无平行于中面的位移。中面上各点无平行于中面的位移。板与基础之间始终保持接触，且面剪应力为零。板与基础之间
25、始终保持接触，且面剪应力为零。 弹性地基板体系理论简介弹性地基板体系理论简介 基（垫）层、路基可看成弹性地基，它对路面只有向基（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），即挠度上的竖向反力，且地基与板完全接触（不脱离），即挠度相同。相同。 在研究竖向荷载作用下的小挠度板问题时，常采用下列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：三项基本假设：1. z,z0,W为（为（x，y)的函数。的函数。2. 无横向剪应变，无横向剪应变，xz=yz=0。3. 中面上各点无中面上各点无x、y方向位移，方向位移，u=v=0 ,只有只有W 。弹性地基
26、板体系理论简介弹性地基板体系理论简介板挠曲面微分方程板挠曲面微分方程平衡方程：平衡方程：板挠曲面微分方程板挠曲面微分方程则板挠曲面微分方程为：则板挠曲面微分方程为：由几何方程和物理方程，得出应力由几何方程和物理方程，得出应力应变应变位移方程：位移方程：采用圆柱坐标时：采用圆柱坐标时：变变换换弯矩与扭矩弯矩与扭矩积分积分推导得推导得同理同理挠曲面微分方程推导：挠曲面微分方程推导： 要求解方程，必须建立地基反力与薄板挠度间的关系，因此，要求解方程，必须建立地基反力与薄板挠度间的关系，因此，必须对地基变形进行假设。必须对地基变形进行假设。一、文克勒地基一、文克勒地基假设地基上任一点的反力仅同该点的挠
27、度成正比假设地基上任一点的反力仅同该点的挠度成正比以反应模量以反应模量K表征表征的地基的地基 2.Winkler地基解析解：地基解析解：1）板中受荷时：）板中受荷时：当当0.5h时，偏差较大，用时，偏差较大，用代替代替。2）板边部中受荷时：）板边部中受荷时：当当 M r 轮外弯矩：轮外弯矩：对称多轮载对称多轮载求解方法：求解方法： 取荷载最大的轮迹中心取荷载最大的轮迹中心作为计算点，按圆形均布荷作为计算点，按圆形均布荷载计算板中最大弯矩；其它载计算板中最大弯矩；其它轮子按集中荷载计算其在主轮子按集中荷载计算其在主轮轮迹中心下成熟的附加弯轮轮迹中心下成熟的附加弯矩和切向弯矩，然后转换为矩和切向弯
28、矩，然后转换为x和和y向弯矩后叠加。向弯矩后叠加。弹性地基板的有限元解弹性地基板的有限元解 工工程程实实践践中中采采用用的的混混凝凝土土路路面面板板基基本本上上都都属属于于有有限限尺尺寸寸的的矩矩形形板板，并并非非无无限限大大板板。对对于于弹弹性性半半空空间间体体地地基基上上有有限限尺尺寸寸矩矩形形板板的的板板中中、板板边边和和板板角角作作用用车车轮轮荷荷载载时时，求求解解相相应应位位置置的的挠挠度度和和弯弯矩矩在在数数学学上上遇遇到到很很大大困困难难。而而有有限限元元方方法法是是结结构和连续介质应力分析中的一种较有效的计算方法。构和连续介质应力分析中的一种较有效的计算方法。 现现行行公公路路
29、水水泥泥混混凝凝土土路路面面设设计计规规范范（JTG D402002）用用有有限限元元法法分分析析了了荷荷载载作作用用下下板板的的极极限限应应力力值值，由由此给出了应力计算此给出了应力计算诺漠图诺漠图。 可分析可分析不规则板不规则板(交叉口的梯形板、三角板、缺口板交叉口的梯形板、三角板、缺口板)可计算可计算有限尺寸的板有限尺寸的板（使得板边、板角的分析成为可能）（使得板边、板角的分析成为可能）可考虑各种实际的可考虑各种实际的边界约束和支承边界约束和支承状况（如传力捍、脱空状况（如传力捍、脱空等，非均匀支承）等，非均匀支承）可分析可分析各种荷位和载荷组合各种荷位和载荷组合（找到最荷位及荷载组合）
30、（找到最荷位及荷载组合）有限元法比解析解的优越性：有限元法比解析解的优越性：弹性半空间地基板体系理论荷载应力分析（有限元法）弹性半空间地基板体系理论荷载应力分析（有限元法）一、临界荷位一、临界荷位 选取混凝土板的选取混凝土板的纵向边缘中部纵向边缘中部作为产生荷载应力和温度梯作为产生荷载应力和温度梯度综合疲劳损伤的临界荷位。度综合疲劳损伤的临界荷位。二、荷载疲劳应力计算二、荷载疲劳应力计算 水泥混凝土板为四边自由板时，标准轴载在临界荷位处水泥混凝土板为四边自由板时，标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力产生的荷载应力r 混凝土板的相对刚度半径(m)；h 混凝土板厚度(m)； Ec 水泥混凝土的弯拉弹
31、性模量（MPa）Et 基层顶面当量回弹模量（MPa） 单层水泥混凝土板路面荷载应力分析单层水泥混凝土板路面荷载应力分析考虑纵向和横向接缝传荷能力，修正后的荷载疲劳应力：考虑纵向和横向接缝传荷能力，修正后的荷载疲劳应力：综合系数综合系数 kc 标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa）； 标准轴载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa）；Kr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数。 纵缝为设拉杆的平缝或缩缝时，可取为0.870.92（刚性和半刚性基层取低 值，柔性基层取高值）； 纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，取为1.0；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，V
32、与混合料性质有关的指数 普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土取0.057； 碾压混凝土和贫混凝土，取0.065。Kc 考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按下表取用。 Kf=Nev 单层水泥混凝土板路面荷载应力分析单层水泥混凝土板路面荷载应力分析 双层混凝土板的临界荷位仍为双层混凝土板的临界荷位仍为纵向边缘中部纵向边缘中部，标准轴载，标准轴载Ps在在临界荷位处产生的上、下层混凝土板的荷载应力计算公式仍为：临界荷位处产生的上、下层混凝土板的荷载应力计算公式仍为： 分离式双层板分别计算上、下层板的荷载应力，结合式双层分离式双层板分别计算上、下层板的荷载应力，结合式双层板仅需计算下层
33、板的荷载应力板仅需计算下层板的荷载应力，Kr、Kf、Kc的确定方法，同单层的确定方法，同单层混凝土板完全相同。混凝土板完全相同。双层水泥混凝土板路面荷载应力分析双层水泥混凝土板路面荷载应力分析 从力学模型考虑，弹性地基双层混凝土板按层间接触状态分从力学模型考虑，弹性地基双层混凝土板按层间接触状态分为两类：为两类： 上、下层完全上、下层完全分离分离，接触面假定为完全光滑；，接触面假定为完全光滑； 上、下层密切上、下层密切结合结合，接触面假定为完全连续；，接触面假定为完全连续； 等刚度法等刚度法将不同接触状况的双层板转换为刚度相当的单层板，然后按弹将不同接触状况的双层板转换为刚度相当的单层板，然后
34、按弹性地基上的当量单层板计算荷载应力，再根据上、下层板的刚度计算各层所分性地基上的当量单层板计算荷载应力，再根据上、下层板的刚度计算各层所分担的弯矩和应力。担的弯矩和应力。h01、h02 上下层混凝土板厚度(m)； Ec1、 Ec2上下层混凝土板的弯拉弹性模量（MPa）Ku层间结合系数，分离式Ku=0，结合式Ku=1；双层水泥混凝土板路面荷载应力分析双层水泥混凝土板路面荷载应力分析 水泥混凝土板为四边自由板时，水泥混凝土板为四边自由板时，标准轴载标准轴载Ps在临界荷位在临界荷位处产生的荷载应力：分离式双层板上层处产生的荷载应力：分离式双层板上层 和下层和下层 ， 或结合式双层板下层或结合式双层
35、板下层 如下：如下：双层水泥混凝土板路面荷载应力分析双层水泥混凝土板路面荷载应力分析Dg 双层混凝土板的截面总刚度(MN-m)； hx 下层板中面至结合式双层板中性面的距离(m)；rg 双层混凝土板的相对刚度半径； 基层顶面的当量回弹模量基层顶面的当量回弹模量Et 混混凝凝土土面面板板下下的的地地基基包包括括路路基基和和根根据据需需要要设设置置的的垫垫层层与与基基层层，其其整整体体路路面面结结构构为为弹弹性性多多层层体体系系。分分析析板板内内荷荷载载应应力力时时，应应将将多多层层体体系系换换算算为半无限体为半无限体，以其顶面的当量回弹模量作为半无限地基的模量值。，以其顶面的当量回弹模量作为半无
36、限地基的模量值。1）新建公路新建公路基层顶面的当量回弹模量值基层顶面的当量回弹模量值基层顶面的当量回弹模量基层顶面的当量回弹模量2）原有柔性路面顶面的当量回弹模量值）原有柔性路面顶面的当量回弹模量值 在在原原有有柔柔性性路路面面上上铺铺筑筑水水泥泥混混凝凝土土路路面面时时，应应通通过过承承载载板板试试验验确确定定原原有有柔柔性性路路面面顶顶面面的的当当量量回回弹弹模模量量Et；如如用用汽汽车车实实测测路路段段的的回回弹弹弯弯沉沉值值，可可按按柔柔性性路路面面旧旧路路补补强强法法中中的的计计算算方方法法确确定计算回弹弯沉值定计算回弹弯沉值l0后，确定其基层顶面的当量回弹模量后，确定其基层顶面的当
37、量回弹模量Et：l0以后轴重以后轴重100kN的车辆测得的计算回弹弯沉值（的车辆测得的计算回弹弯沉值（1/100mm）。）。1.胀缩应力胀缩应力1)膨胀：膨胀： 当当气气温温缓缓慢慢变变化化时时，板板内内温温度度均均匀匀升升降降，则则面面板板沿沿断断面面的的深深度度均均匀匀胀胀缩缩。由由于于板板与与基基层层之之间间的的摩摩阻阻约约束束，在在温温度度升升降降时时板板中中部部不不能能移移动动，得得面面板板胀胀缩缩完完全全受受阻阻时时所所产产生的应力为：生的应力为：对于板边缘中部或窄长板对于板边缘中部或窄长板对于板边缘中部或窄长板对于板边缘中部或窄长板 ：2) 2) 收缩：收缩：收缩：收缩： 板划分
38、为有限尺寸块后，因收缩而产生的板划分为有限尺寸块后，因收缩而产生的板划分为有限尺寸块后，因收缩而产生的板划分为有限尺寸块后，因收缩而产生的应力很小，可不予考虑。应力很小，可不予考虑。应力很小，可不予考虑。应力很小，可不予考虑。三、温度应力三、温度应力三、温度应力三、温度应力产生原因：产生原因：1.1.由由于于板板的的自自重重、地地基基反反力力和和相相邻邻板板的的钳钳制制作作用用，使使部部分分翘翘曲曲变变形形受受阻阻，从从而而使板内产生翘曲应力。使板内产生翘曲应力。2.2.由由气气温温升升高高引引起起的的板板中中部部隆隆起起受受到到限限制制时时，板板底底面面出出现现拉拉应应力力；而而当当气气温温
39、降降低低引引起起的的板板四四周周翘翘起起受受阻阻时，板顶面出现拉应力。时，板顶面出现拉应力。混凝土板翘曲变形混凝土板翘曲变形2.翘曲应力翘曲应力在临界荷位处的温度疲劳应力在临界荷位处的温度疲劳应力 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力;c混凝土的线膨胀系数(1/)，通常可取110-5/；h 混凝土面板厚度(cm)；Tg 所在地混凝土面板的最大温度梯度(/cm)；Bx 综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，按板长 L与板相对刚度 半径r的比值 L/r 和板厚 h 由诺谟图确定。kt 考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。 单层水泥混凝土板路面温度应力分析单层水泥混凝土板路面温度应力分析水
40、泥混凝土板路面温度应力分析水泥混凝土板路面温度应力分析疲劳应力系数疲劳应力系数kt 单层水泥混凝土板路面温度应力分析单层水泥混凝土板路面温度应力分析回归系数回归系数a、b、c温度应力系数温度应力系数Bx 水水泥泥混混凝凝土土面面层层的的最最大大温温度度梯梯度度标标准准值值Tg ，可可按按照照公公路路所在地的公路自然区划，按下表所在地的公路自然区划，按下表 选用。选用。公路自然区划、最大温度梯度(/m)8883909586929398注：海拔高时，取高值；湿度大时，取低值。最大温度梯度标准值Tg最大温度梯度标准值最大温度梯度标准值Tg 双层水泥混凝土板路面温度应力分析双层水泥混凝土板路面温度应力
41、分析 上层上层 ； 下层下层 ；双层混凝土板的温度应力计算公式：双层混凝土板的温度应力计算公式：分离式双层板仅需计算上层板的温度应力分离式双层板仅需计算上层板的温度应力结合式双层板仅需计算下层板的温度应力结合式双层板仅需计算下层板的温度应力分离式双层混凝土板上层最大温度应力分离式双层混凝土板上层最大温度应力式中： Bx1分离式双层混凝土板的温度应力系数； Bx 上层混凝土板的温度应力系数，按l /rg，h01查图； Cx 混凝土板的温度翘曲应力系数，按l /rg查图；温度应力系数温度应力系数Bx、Cx结合式双层混凝土板下层最大温度应力结合式双层混凝土板下层最大温度应力式中： Bx2结合式双层混
42、凝土板的温度应力系数； Bx 下层混凝土板的温度应力系数，按l /rg，（h01+ h02）查图；1、结构可靠性的含义、结构可靠性的含义 结构可靠性结构可靠性是指结构在规定时间是指结构在规定时间(设计基准期设计基准期)内、规定条内、规定条件下件下(正常设计、正常施工、正常使用和维护正常设计、正常施工、正常使用和维护)完成完成预定功能预定功能的的能力。能力。其功能要求为其功能要求为: (1)安全性安全性； (2)适用性适用性； (3)耐久性耐久性。当结构或构件超过当结构或构件超过承载能力极限状态承载能力极限状态，就可能产生以下后果：，就可能产生以下后果： （1）由于材料强度不够而破坏，或因疲劳而
43、破坏；）由于材料强度不够而破坏，或因疲劳而破坏； （2）产生过大的塑性变形而不能继续承载，结构或构件丧）产生过大的塑性变形而不能继续承载，结构或构件丧失稳定；失稳定； （3）结构转变为机动体系。超过这一极限状态，结构或其）结构转变为机动体系。超过这一极限状态，结构或其构件就不能满足其预定的构件就不能满足其预定的安全性要求安全性要求路面结构的可靠度路面结构的可靠度 (了解内容）了解内容） 在规定的设计使用年限内，在环境条件和荷载作用下，在规定的设计使用年限内，在环境条件和荷载作用下，路面能够发挥其预期功能的路面能够发挥其预期功能的概率概率。 我国水泥混凝土路面设计方法我国水泥混凝土路面设计方法：
44、路面板的车辆荷载疲劳：路面板的车辆荷载疲劳应力及温度疲劳应力之和小于混凝土的极限抗折强度。应力及温度疲劳应力之和小于混凝土的极限抗折强度。2、水泥混凝土路面可靠度的定义、水泥混凝土路面可靠度的定义1、设计基准期、目标可靠度和变异水平、设计基准期、目标可靠度和变异水平 目目标标可可靠靠度度是是所所设设计计路路面面结结构构应应具具有有的的可可靠靠度度水水平平。选选定定较较高高的的目目标标可可靠靠度度，在在各各设设计计参参数数的的变变异异水水平平不不变变时时，所所设设计计的的路路面面厚厚度度较较大大，初初期期建建设设费费用用较较高高，但但使使用用期期间间的的养养护护费费用用和和车车辆辆运运行行费费用
45、用较较低低；若若选选定定较较低低的的目目标标可可靠靠度度，则则所所设设计计的的路路面面结结构构较较薄薄，初初期期修修建建费费用用可以降低，但使用期间的养护费用和车辆运行费用将会提高。可以降低，但使用期间的养护费用和车辆运行费用将会提高。水泥混凝土路面可靠度设计标准水泥混凝土路面可靠度设计标准水泥路面设计参数水泥路面设计参数2、结构设计参数的变异水平分级、结构设计参数的变异水平分级结构设计参数的变异水平分级结构设计参数的变异水平分级水泥路面设计参数水泥路面设计参数 可靠度系数可靠度系数rr 混凝土设计弯拉强度混凝土设计弯拉强度 3、可靠度系数、可靠度系数水泥路面设计参数水泥路面设计参数5、混凝土
46、材料要求、混凝土材料要求交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数N e（104）2000100200031003交通分级交通分级4、交通分级指标、交通分级指标 水水泥泥混混凝凝土土路路面面以以弯弯拉拉强强度度作作为为设设计计控控制制指指标标，取取28d龄龄期期的的151555cm的的水水泥泥混混凝凝土土梁梁式式试试件件，用用三三分分点点加加载载试试验验方方法法确定。确定。 水水泥泥混混凝凝土土的的强强度度以以28d龄龄期期的的弯弯拉拉强强度度控控制制。当当混混凝凝土土浇浇筑筑后后90d内内不不开开放放交交通通时时，可可采采用用90d龄龄期期的的弯弯拉拉强强度度。各各交交通通等级要求的混
47、凝土弯拉强度标准值不得低于表中规定值。等级要求的混凝土弯拉强度标准值不得低于表中规定值。交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（Mpa）5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（Mpa）6.06.05.55.0混凝土弯拉强度标准值混凝土弯拉强度标准值5、混凝土材料要求、混凝土材料要求6. 防冻厚度防冻厚度 在季节性冰冻地区，路面的总厚度不应小于表中规定的最在季节性冰冻地区，路面的总厚度不应小于表中规定的最小防冻厚度。小防冻厚度。路基 干湿 类型路基土质当地最大冰冻深度（m）0.501.001.011.501.502.002.00中湿 路基低、中、高液限粘土0.300.500
48、.400.600.500.700.600.95粉土，粉质低、中液限粘土0.400.600.500.700.600.850.701.10潮湿 路基低、中、高液限粘土0.400.600.500.700.600.900.751.20粉土，粉质低、中液限粘土0.450.700.550.800.701.000.801.30注：冻深小或填方路段，或者基、垫层为隔湿性能良好的材料，可采用低值；冻深大或挖方及地下水位高的路段，或者基、垫层为隔湿性能较差的材料，应采用高值；冻深小于0.50m的地区,一般不考虑结构层防冻厚度。水泥混凝土路面最小防冻厚度（水泥混凝土路面最小防冻厚度（m）组合设计内容：组合设计内容：
49、面层面层基层基层垫层垫层路基路基9.3 结构层组合设计结构层组合设计主要考虑交通等级、气候、路基及材料情况，与柔性路面主要考虑交通等级、气候、路基及材料情况，与柔性路面不同。不同。一、面层一、面层应具有应具有足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。足够的强度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。选择方法：选择方法： 面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层一般采用设接缝的普通混凝土；面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路等有地下设施，高填方、软土地基、填挖交界段的路等有可能产生不均匀沉降时，有可能产生不均
50、匀沉降时，应采用设置接缝的钢筋混应采用设置接缝的钢筋混凝土面层。凝土面层。 面层类型面层类型适用条件适用条件连续配筋混凝土面层高速公路沥青上面层与连续配筋混凝土或横缝设传力杆的普通混凝土下面层组成的复合式路面特重交通的高速公路碾压混凝土面层二级及二级以下公路、服务区停车场钢纤维混凝土面层标高受限制路段、收费站、混凝土加铺层和桥面铺装矩形或异形混凝土预制块面层服务区停车场、二级及二级以下公路桥头引道沉降未稳定段其它面层类型选择其它面层类型选择交通等级交通等级特重特重重重公路等级公路等级高速高速一级一级二级二级高速高速一级一级二级二级变异水平等级变异水平等级低低中中低低中中低低中中低低中中面层厚度
51、面层厚度（mm）260250240270240260230250220面层厚度参考范围面层厚度参考范围均匀、稳定的支承，防止唧泥、错台，延长寿命，施工方便。均匀、稳定的支承，防止唧泥、错台，延长寿命，施工方便。要求有足够刚度、稳定性，断面正确、平整，耐冲蚀能力。要求有足够刚度、稳定性，断面正确、平整，耐冲蚀能力。宽度比面板宽宽度比面板宽2535cm，或与路基同宽。，或与路基同宽。 基基层层顶顶面面当当量量回回弹弹模模量量Et不不小小于于规规范范规规定定的的E值值。由由此此定定基基层的厚度层的厚度h。 新建道路新建道路hmin=15cm， 补补强强（在在柔柔性性路路面面上上）时时，h=8cm(砂
52、砂、砾砾石石),h=10cm（水水稳类）稳类）,对岩石路基对岩石路基h=68cm。二、基层二、基层路基和结构层参数路基和结构层参数二、基层二、基层 基层应具有基层应具有足够的抗冲刷能力和一定的刚度。足够的抗冲刷能力和一定的刚度。 基层类型基层类型宜依照交通等级按表选用。宜依照交通等级按表选用。混凝土预制块面层应采用水泥稳定粒料基层混凝土预制块面层应采用水泥稳定粒料基层 交通等级基层类型特重交通贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层重交通水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层中等或轻交通水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层基层类型基层类型厚度适宜的范围（厚度适宜的范围（mm）贫混凝土或碾压混凝土
53、基层120200水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层150250沥青混凝土基层4060沥青稳定碎石基层80100级配粒料基层150200多孔隙水泥稳定碎石排水基层100140沥青稳定碎石排水基层80100各类基层厚度的适宜范围各类基层厚度的适宜范围 三、垫层：三、垫层：1）改善路基水温状况；）改善路基水温状况；2）阻止路基土挤入基层；）阻止路基土挤入基层；3）保证路面结构的稳定性，以减少路基顶面的应力和变形；）保证路面结构的稳定性，以减少路基顶面的应力和变形； 4）达到路面结构总厚度；）达到路面结构总厚度；(对季节性冰冻地区对季节性冰冻地区,路面有最小路面有最小防冻厚度要求防冻厚度要求)5）具有一定的
54、强度、好的水稳性、抗冻性。）具有一定的强度、好的水稳性、抗冻性。三、垫层三、垫层 遇有下述情况时，需在层基下设置垫层：遇有下述情况时，需在层基下设置垫层：季季节节性性冰冰冻冻地地区区，路路面面总总厚厚度度小小于于规规范范规规定定最最小小防防冻冻厚度要求时，其差值应以垫层厚度要求时，其差值应以垫层厚度补足厚度补足；水水文文地地质质条条件件不不良良的的土土质质路路堑堑，路路床床土土湿湿度度较较大大时时，宜设置宜设置排水垫层排水垫层；路路基基可可能能产产生生不不均均匀匀沉沉降降或或不不均均匀匀变变形形时时，可可加加设设半半刚性垫层刚性垫层。注意事项：注意事项：垫层的垫层的宽宽应与路基同宽，其应与路基
55、同宽，其最小厚度最小厚度为为150mm。防冻垫层和排水垫层防冻垫层和排水垫层宜采用宜采用砂、砂砾砂、砂砾等颗粒材料。等颗粒材料。半刚性垫层半刚性垫层可采用可采用低剂量无机结合料稳定粒料或土低剂量无机结合料稳定粒料或土。四、路基四、路基 路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承。路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承。 高高液液限限粉粉土土及及塑塑性性指指数数大大于于16或或膨膨胀胀率率大大于于3的的低低液液限限粘粘土土，不能用做高速公路和一级公路的上路床填料。不能用做高速公路和一级公路的上路床填料。因因条条件件限限制制而而必必须须采采用用上上述述土土做做填填料料时时，应应掺掺
56、加加石石灰灰或或水水泥泥等等结结合料改善。合料改善。地下水位高时，宜提高路堤设计标高。地下水位高时，宜提高路堤设计标高。 路基压实度应符合公路路基设计规范的要求。路基压实度应符合公路路基设计规范的要求。岩石或填石路床顶面应铺设整平层。岩石或填石路床顶面应铺设整平层。 路基：路基：控制变形，如不均匀变形控制变形，如不均匀变形脱空现象脱空现象应力增大应力增大破坏。破坏。措施：措施：按填筑规则填；压实时含水量按填筑规则填；压实时含水量 最佳；压实度、排水、加固、设垫层。最佳；压实度、排水、加固、设垫层。注意事项：注意事项：高液限粘土及含有机质细粒土，不能用做高速公路和一级公高液限粘土及含有机质细粒土
57、，不能用做高速公路和一级公 路的路床填料或二级及以下公路和上路床填料；路的路床填料或二级及以下公路和上路床填料；我国水泥混凝土路面设计方法我国水泥混凝土路面设计方法 我国水泥混凝土路面设计方法采用单轴双轮组我国水泥混凝土路面设计方法采用单轴双轮组100KN标准标准轴载作用下的轴载作用下的弹性半空间体系地基有限大矩形薄板理论弹性半空间体系地基有限大矩形薄板理论有限元有限元解为理论基础，以路面板解为理论基础，以路面板纵缝纵缝边缘边缘荷载荷载与与温度温度综合疲劳弯拉应综合疲劳弯拉应力为设计指标进行路面板厚度计算。力为设计指标进行路面板厚度计算。 设计完成后，路面板的综合疲劳弯拉应力应满足以目标可设计
58、完成后，路面板的综合疲劳弯拉应力应满足以目标可靠度为依据的极限状态平衡方程式。靠度为依据的极限状态平衡方程式。1、设计流程、设计流程我国水泥混凝土路面设计方法我国水泥混凝土路面设计方法JTG D40-2002p设计内容与标准设计内容与标准p设计参数设计参数p荷载疲劳应力计算荷载疲劳应力计算p温度疲劳应力计算温度疲劳应力计算p板厚确定步骤板厚确定步骤设计内容与标准设计内容与标准（1）路面结构组合设计）路面结构组合设计 根根据据该该路路的的交交通通情情况况，结结合合当当地地环环境境气气候候条条件件和和材材料料供供应应情情况综合考虑。包括各层的结构类型、弹性模量和厚度的确定。况综合考虑。包括各层的结
59、构类型、弹性模量和厚度的确定。（2）混凝土面板厚度设计）混凝土面板厚度设计 混混凝凝土土面面板板厚厚度度设设计计，应应按按照照设设计计标标准准的的要要求求，确确定定满满足足设设计年限内使用要求所需的混凝土面层的厚度。计年限内使用要求所需的混凝土面层的厚度。（3）混凝土面板的平面尺寸与接缝设计）混凝土面板的平面尺寸与接缝设计 根根据据混混凝凝土土面面层层板板内内产产生生的的荷荷载载应应力力和和温温度度应应力力作作出出板板的的平平面面尺尺寸寸设设计计，布布设设各各类类接接缝缝的的位位置置，设设计计接接缝缝的的构构造造，并并采采取取有效措施提高接缝的传荷能力。有效措施提高接缝的传荷能力。设计内容与标
60、准设计内容与标准（4）路肩设计）路肩设计 高高速速公公路路和和一一级级公公路路中中间间带带的的路路缘缘带带和和路路肩肩的的结结构构应应与与行行车车道道的的混混凝凝土土路路面面相相同同，并并与与行行车车道道部部分分的的混混凝凝土土面面板板浇浇筑筑成成整整体体。路路肩肩可可采采用用水水泥泥混混凝凝土土面面层层或或沥沥青青混混合合料料面面层层，其其基基（垫垫）层结构应满足行车道路面结构和排水的要求。层结构应满足行车道路面结构和排水的要求。（5）普通混凝土路面配筋设计）普通混凝土路面配筋设计 普普通通混混凝凝土土路路面面板板较较长长或或交交通通量量较较大大、地地基基有有不不均均匀匀沉沉降降或或板板的的
61、形形状状不不规规则则时时，可可沿沿板板的的自自由由边边缘缘加加设设补补强强钢钢筋筋，在在角角隅隅处加设发针形钢筋或钢筋网，以阻止可能出现的裂缝。处加设发针形钢筋或钢筋网，以阻止可能出现的裂缝。设计参数设计参数p标准轴载与轴载换算标准轴载与轴载换算p交通分级和累计作用次数交通分级和累计作用次数p结构设计参数的变异性和路面结构的可靠度结构设计参数的变异性和路面结构的可靠度p基层顶面的当量回弹模量基层顶面的当量回弹模量p水泥混凝土的设计强度水泥混凝土的设计强度 标准轴载与轴载换算标准轴载与轴载换算 以以轴轴重重100kN的的单单轴轴-双双轮轮组组荷荷载载作作为为标标准准轴轴载载。不不同同轴轴-轮轮型
62、型和和轴轴载载的的作作用用次次数数，可可按按等等效效疲疲劳劳损损坏坏原原则则换换算算成成标标准准轴轴载载的作用次数。的作用次数。交通分级和累计作用次数交通分级和累计作用次数设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数Ne：公路等级公路等级纵缝边缘处纵缝边缘处高速公路、一级公路高速公路、一级公路0.17-0.22二级、二级二级、二级以下公路以下公路行车道宽行车道宽7m0.34-0.39行车道宽行车道宽7m0.54-0.62临界荷位车辆轮迹横向分布系数临界荷位车辆轮迹横向分布系数交通等级交通等级特重特重重重中等中等轻轻设计车道标准轴载累计设计车道标准轴载
63、累计作用次数作用次数N e（104）2000100200031003交通分级交通分级结构设计参数的变异性和路面结构的可靠度结构设计参数的变异性和路面结构的可靠度水泥混凝土路面可靠度设计标准水泥混凝土路面可靠度设计标准结构设计参数的变异水平分级结构设计参数的变异水平分级基层顶面的当量回弹模量基层顶面的当量回弹模量 将将多多层层体体系系换换算算为为半半无无限限体体，以以其其顶顶面面的的当当量量回回弹弹模模量量作作为为半半无无限限地基的模量值。地基的模量值。1）新建公路基层顶面的当量回弹模量值）新建公路基层顶面的当量回弹模量值基层顶面的当量回弹模量基层顶面的当量回弹模量2）原有柔性路面顶面的当量回弹
64、模量值）原有柔性路面顶面的当量回弹模量值l0以后轴重以后轴重100kN的车辆测得的计算回弹弯沉值（的车辆测得的计算回弹弯沉值（1/100mm）。）。路基和结构层参数路基和结构层参数E0E1、E2水泥混凝土的设计强度水泥混凝土的设计强度 水水泥泥混混凝凝土土路路面面以以弯弯拉拉强强度度作作为为设设计计控控制制指指标标，取取28d龄龄期期的的151555cm的的水水泥泥混混凝凝土土梁梁式式试试件件，用用三三分分点点加加载载试试验验方方法法确定。确定。 设设计计弯弯拉拉强强度度必必须须满满足足规规范范规规定定的的弯弯拉拉强强度度标标准准的的要要求求。同同时时，为为保保证证路路面面有有较较高高的的耐耐
65、久久性性、耐耐磨磨性性和和抗抗冻冻性性。混混凝凝土土的的弯拉弹性模量不应低于下表值弯拉弹性模量不应低于下表值 。交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（Mpa）5.05.04.54.0水泥混凝土的弯拉弹性模量（GPa）31312927钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（Mpa）6.06.05.55.0混凝土弯拉强度标准值混凝土弯拉强度标准值荷载疲劳应力荷载疲劳应力 水泥混凝土板为四边自由板时，标准轴载在临界荷位处产生水泥混凝土板为四边自由板时，标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力的荷载应力考虑纵向和横向接缝传荷能力，修正后的荷载疲劳应力考虑纵向和横向接缝传荷能力，修正后的荷载疲劳应力标准轴载在
66、临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa）；考虑接缝传荷能力的应力折减系数。纵缝为设拉杆的平缝或缩缝时，可取为0.870.92（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值）；纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，取为1.0；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，v与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土取0.057；碾压混凝土和贫混凝土，取0.065。考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级由表14-9取用。 温度疲劳应力温度疲劳应力 在临界荷位处的温度疲劳应力在临界荷位处的温度疲劳应力 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力，最大温度梯度时混凝土板的温
67、度翘曲应力， c混凝土的线膨胀系数混凝土的线膨胀系数(1/)，通常可取，通常可取110-5/；h 混凝土面板厚度混凝土面板厚度(cm)；Tg 所在地混凝土面板的最大温度梯度所在地混凝土面板的最大温度梯度(/cm)；Bx 综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，按板长综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，按板长L与板与板相对刚度半径相对刚度半径r的比值的比值L/r和板厚和板厚h由诺谟图确定。由诺谟图确定。kt 考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。水泥混凝土板厚确定水泥混凝土板厚确定 收集并分析交通参数收集并分析交通参数收集日交通量和轴载组成数
68、据，收集日交通量和轴载组成数据，计算设计基准期内设计车道标准轴载累积作用次数，由此确定计算设计基准期内设计车道标准轴载累积作用次数，由此确定道路的交通等级，并确定安全等级；道路的交通等级，并确定安全等级； 初拟路面结构初拟路面结构初选路面结构层次、类型和材料组成；初选路面结构层次、类型和材料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造； 确定材料参数确定材料参数确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，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；基层、垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量；水泥混凝土板厚确
69、定水泥混凝土板厚确定 计算荷载疲劳应力和温度应力；计算荷载疲劳应力和温度应力； 检检验验初初拟拟路路面面结结构构水水泥泥混混凝凝土土路路面面结结构构设设计计以以行行车车荷荷载载和和温温度度梯梯度度综综合合作作用用产产生生的的疲疲劳劳断断裂裂作作为为设设计计的的极极限限状状态态，根据可靠度系数，按下述条件检验根据可靠度系数，按下述条件检验 可靠度系数可靠度系数 上上述述检检验验条条件件如如不不符符合合，则则重重新新拟拟定定路路面面结结构构或或板板的的尺尺寸寸，重重新新计计算算，直直到到满满足足为为止止。设设计计厚厚度度依依计计算算厚厚度度按按10mm向向上上取整。取整。一、接缝的设计一、接缝的设
70、计1. 设缝目的：设缝目的：防止温度变化引起的胀缩应力、翘曲防止温度变化引起的胀缩应力、翘曲应力和施工要求。应力和施工要求。温度升高时温度升高时温度降低时温度降低时9.5 接缝及配筋设计接缝及配筋设计2. 接缝种类：接缝种类： 从接缝的方向分从接缝的方向分：横缝、纵缝横缝、纵缝 横缝：横缝：垂直于行车方向的接缝垂直于行车方向的接缝 纵缝：纵缝：平行于行车方向的接缝平行于行车方向的接缝 从接缝的功能分：从接缝的功能分：缩缝、胀缝、施工缝缩缝、胀缝、施工缝 缩缝：缩缝：保证板因保证板因温度和湿度的降低而收缩时温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。断面缩裂，从而
71、避免产生不规则的裂缝。 胀缝：胀缝：保证板在保证板在温度升高时能部分伸张温度升高时能部分伸张，从而避免产，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时也能起到缩生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时也能起到缩缝的作用。缝的作用。 施工缝：施工缝：每天完工每天完工或因雨天及其它原因不能继续施工或因雨天及其它原因不能继续施工时，时，应做到胀缝处或缩缝处应做到胀缝处或缩缝处，并做成施工缝的构造形，并做成施工缝的构造形式。式。9.5 接缝及配筋设计接缝及配筋设计1）纵缝：）纵缝： 有有缩缝和施工缝缩缝和施工缝；当一次铺筑小于路面宽度时，应设施工缝。；当一次铺筑小于路面宽度时，应设施工缝。h/2h/23
72、4cm510cm填缝料10cm拉杆平缝加拉杆型平缝加拉杆型h/2h/20.1h防锈涂料1：4（1/31/5）h企口缝加拉杆型企口缝加拉杆型 当一次铺筑宽度大于路面容许的板宽（当一次铺筑宽度大于路面容许的板宽（4.04.5m)时，应设时，应设纵向缩缝纵向缩缝。 缩缩缝缝做做成成假假缝缝形形式式，即即铺铺筑筑时时仅仅在在板板的的上上部部设设缝缝槽槽，而而板板的的收收缩缩和和翘翘曲曲会会使使缝缝槽槽下下的的混混凝凝土土自自行行断断裂裂。由由于于断断裂裂表表面面凹凹凸凸不不平平、互互相相嵌嵌锁锁，使使这这类类接接缝缝具具有有一一定定的的传传荷荷能能力力。缝缝槽槽深深度度要要适适中中，过过浅浅，混混凝凝
73、土土截截面面的的强强度度削削弱弱得得不不够够，从从而而不不能能保保证证以以后后的的断断裂裂发发生生在在接接缝缝的的位位置置上上；过过深深，不不规规则则断断裂裂面面积积过过少少，接接缝缝的的传传荷荷能能力力就就降降低低。一一般般缝缝槽槽深深为为1/41/5h。槽槽宽宽尽尽可可能能窄窄些些，一一般般为为38mm。纵纵向向缩缩缝缝也也应应设设拉杆，以避免板块横向位移并保证接缝的传荷能力。拉杆，以避免板块横向位移并保证接缝的传荷能力。h1/41/5h38mm填缝料假缝型假缝型h/2h/2假缝加拉杆型假缝加拉杆型纵缝设置的纵缝设置的横向拉杆横向拉杆，一般采用，一般采用螺螺纹钢筋，中部纹钢筋，中部10cm
74、范围内应刷防锈范围内应刷防锈涂料涂料。每延米纵缝所需的拉杆钢筋。每延米纵缝所需的拉杆钢筋面积面积As(c) ： B、h混凝土板的宽度（混凝土板的宽度（m）和）和 厚度（厚度（cm）；）；s钢筋的容许拉应力，螺纹钢筋取钢筋的容许拉应力，螺纹钢筋取160MPa，光园钢筋取，光园钢筋取135MPa。h/2h/2假缝加拉杆型假缝加拉杆型 拉拉杆杆应应具具有有足足够够的的长长度度，使使锚锚固固在在混混凝凝土土内内的的拉拉杆杆能能发发挥挥其其抗抗拉拉能能力力。此此外外，还还要要考考虑虑施施工工误误差差，应应留留有有一一定定的的余余地地（例如（例如5cm），故拉杆的长度），故拉杆的长度Ls(cm)，按下式确
75、定：，按下式确定：ds拉杆钢筋直径（拉杆钢筋直径（cm）;s钢筋同混凝土的容许粘结应力，螺纹钢筋取钢筋同混凝土的容许粘结应力，螺纹钢筋取1.8MPa,光园钢筋取光园钢筋取1.25MPa。拉杆的尺寸和间距可参见拉杆的尺寸和间距可参见P217表表9-12。2）横缝：）横缝：有缩缝、施工缝和胀缝。有缩缝、施工缝和胀缝。 为为减减小小混混凝凝土土的的收收缩缩应应力力和和温温度度翘翘曲曲应应力力而而设设置置缩缩缝缝，横横向向缩缩缝缝一一般般采采用用假假缝缝形形式式，重重交交通通时时设设传传力力杆杆。传传力力杆杆采采用用光光圆圆钢钢筋筋，一一半半以以上上长长度度涂涂以以沥沥青青或或套套上上塑塑料料膜膜套套
76、等，使之在混凝土收缩时能够滑动。等，使之在混凝土收缩时能够滑动。h/2h/234cm510cm填缝料传力杆横向施工缝构造横向施工缝构造涂沥青 每每天天施施工工结结束束或或混混凝凝土土浇浇筑筑中中断断半半小小时时以以上上时时，需需设设置置横横向向施施工工缝缝。其其位位置置宜宜设设在在胀胀、缩缩缝缝处处。设设在在缩缩缝缝处处的的横横向向施施工工缝缝采采用用平平口口加加传力杆型，若施工缝设在两条缩缝中间，则做成企口加拉杆型。传力杆型，若施工缝设在两条缩缝中间，则做成企口加拉杆型。 设设置置胀胀缝缝的的目目的的：使使混混凝凝土土板板有有膨膨胀胀的的余余地地，从从而而避避免免产产生生过过大大的的热热压压
77、应应力力。胀胀缝缝采采用用平平缝缝形形式式，下下部部设设接接缝缝板板，上上部部为为填填缝缝料料，并并设设置置传传力力杆杆。常常用用的的胀胀缝缝缝缝隙隙宽宽度度为为2.02.5cm。详详见见P218图图9-22。2、接缝布置：、接缝布置：纵缝纵缝：车道线划分处（：车道线划分处（33.75m宽），避免纵缝设在轮迹上。宽），避免纵缝设在轮迹上。 横缝横缝：一般等间距垂直纵缝布设。两侧的横缝应对齐。：一般等间距垂直纵缝布设。两侧的横缝应对齐。 4、4.5、5、5.5、6m等，也可与纵缝斜交，减少行车跳动。等，也可与纵缝斜交，减少行车跳动。 胀缝胀缝： 尽量不设，但与其他结构物（桥梁、隧道、柔性路面等）
78、尽量不设，但与其他结构物（桥梁、隧道、柔性路面等）相接处、板厚变化处、小半径弯道、纵坡变换处均应设置胀缝。相接处、板厚变化处、小半径弯道、纵坡变换处均应设置胀缝。二、配筋设计：二、配筋设计：1、普通砼板的补强钢筋：、普通砼板的补强钢筋：边缘钢筋：边缘钢筋：纵、横向自由边设置纵、横向自由边设置1216mm螺纹筋或光圆钢筋，布螺纹筋或光圆钢筋，布设在板的下部，端部弯起，保护层设在板的下部，端部弯起，保护层5cm。角隅钢筋：角隅钢筋：胀缝两侧板的角隅及板的锐角处，可选用两根胀缝两侧板的角隅及板的锐角处，可选用两根1216mm的螺纹钢筋弯成发针型，布置在板的上部；板呈锐角形时，上下部的螺纹钢筋弯成发针
79、型，布置在板的上部；板呈锐角形时，上下部都补强，都补强，双层钢筋网补强。双层钢筋网补强。2、钢筋砼板：、钢筋砼板：当混凝土板的屏幕尺寸较大或形状不规则、板下埋当混凝土板的屏幕尺寸较大或形状不规则、板下埋置地下设施或地基有不均匀沉陷时，为防止裂缝缝隙张开需配置钢置地下设施或地基有不均匀沉陷时，为防止裂缝缝隙张开需配置钢筋网。筋网。钢筋面积：钢筋面积：L为计算纵（横）向筋时横（纵）缝间距。为计算纵（横）向筋时横（纵）缝间距。 为使板内应力尽可能分散，宜用为使板内应力尽可能分散，宜用小直径钢筋小直径钢筋。纵横向钢筋的直。纵横向钢筋的直径宜相同。钢筋的最小直径为：径宜相同。钢筋的最小直径为：6mm(光
80、圆筋）和光圆筋）和10mm（螺纹筋）；（螺纹筋）；钢筋的最小间距为集料的两倍。最大间距为：钢筋的最小间距为集料的两倍。最大间距为：15cm（纵向，光（纵向，光圆圆筋）筋）、35cm（纵向，螺纹筋）、（纵向，螺纹筋）、30cm（横向，光（横向，光圆圆筋）、筋）、75cm（横向，（横向，螺纹筋）。螺纹筋）。表表9-14 钢筋设在距顶面钢筋设在距顶面1/31/4板厚处，搭接长度大于板厚处，搭接长度大于25d，不小于，不小于25cm。 钢筋混凝土板横缝间距一般为钢筋混凝土板横缝间距一般为1020m，最大不宜超过，最大不宜超过30m ，且需设置传力杆且需设置传力杆3.连续配筋砼路面：连续配筋砼路面： 不
81、设横缝，一般用于高速公路和一级公路。不设横缝，一般用于高速公路和一级公路。9.6 混凝土加铺层设计混凝土加铺层设计 混凝土路面加铺层指为提高原有混凝土路面的承载能力和改善表混凝土路面加铺层指为提高原有混凝土路面的承载能力和改善表面功能而加，形成一种双层混凝土路面。面功能而加，形成一种双层混凝土路面。一、加铺层的结构型式：一、加铺层的结构型式： 混凝土加铺层可采用普通砼或钢纤维混凝土等。而钢纤维混混凝土加铺层可采用普通砼或钢纤维混凝土等。而钢纤维混凝土一般用于路面标高受限制的地段。凝土一般用于路面标高受限制的地段。1.结合式：结合式：新旧混凝土层牢固结合成整体。要求接缝必须与原板一致，新旧混凝土
82、层牢固结合成整体。要求接缝必须与原板一致，但可不设拉杆（传力杆），适用于原板完整无裂缝，或有一些裂缝但不再但可不设拉杆（传力杆），适用于原板完整无裂缝，或有一些裂缝但不再发展并已修复的情况。发展并已修复的情况。2.直接式：直接式：原路面直接浇筑混凝土加铺层。同样要求接缝对齐，但接缝原路面直接浇筑混凝土加铺层。同样要求接缝对齐，但接缝形式或缝隙宽度可不一定完全相同。适用于旧路面的结构损坏不太严重并形式或缝隙宽度可不一定完全相同。适用于旧路面的结构损坏不太严重并已修复时，可采用这种结构形式。已修复时，可采用这种结构形式。3.分离式：分离式：在原路面与加铺层间设沥青类材料等在原路面与加铺层间设沥青类
83、材料等隔离层隔离层，以防下层板的，以防下层板的接缝、裂缝反射到上层来，并使上、下板分别发挥其强度作用，加铺层与接缝、裂缝反射到上层来，并使上、下板分别发挥其强度作用，加铺层与新建路面一样设计。新建路面一样设计。适用于：当旧路面板严重破坏或道路标高和路拱坡度需作调整时。适用于：当旧路面板严重破坏或道路标高和路拱坡度需作调整时。二、双层板的应力分析：二、双层板的应力分析： 旧混凝土路面加铺层结构的力学图式为弹性地基上的双层板。其应旧混凝土路面加铺层结构的力学图式为弹性地基上的双层板。其应力可用等刚度理论。按层间接触条件将双层砼板转换为等效的单层砼板力可用等刚度理论。按层间接触条件将双层砼板转换为等
84、效的单层砼板设计。设计。1.中面位置：中面位置：1)结合式双层板：结合式双层板：完全粘结。完全粘结。2)分离式双层板：分离式双层板：完全光滑。看作为各自具有中面的双层薄板。完全光滑。看作为各自具有中面的双层薄板。K=03)直接式：直接式： 加铺层与旧砼路面间既有一定的粘结和摩阻力作用，但又不完全结加铺层与旧砼路面间既有一定的粘结和摩阻力作用，但又不完全结合。合。K在在01之间之间。层间结合系数层间结合系数K=12.等效换算：等效换算：只要以双层板的弯曲刚度只要以双层板的弯曲刚度Dd代替单层板的弯曲刚度代替单层板的弯曲刚度D即可按单层板计算方法和公式确定双层板的应力。即可按单层板计算方法和公式确
85、定双层板的应力。d 1下层板底面至中面的距离：下层板底面至中面的距离：d 2上层板底面至中面的距离：上层板底面至中面的距离：Ku层间结合系数。结合式：层间结合系数。结合式：ku取取1.0；直接式：；直接式：ku=0.40.7； 分离式：分离式：ku=0。 混凝土弯拉弹性模量与上层板（加铺层）混凝土弯拉弹性模量与上层板（加铺层）相同的等效单层混凝土板的厚度相同的等效单层混凝土板的厚度hd为：为：3.3.应力计算：应力计算： 单层混凝土板的荷载疲劳应力和温度疲劳应力分别按下式计算：单层混凝土板的荷载疲劳应力和温度疲劳应力分别按下式计算：9-439-45三、加铺层设计：三、加铺层设计：1、原路面状况
86、调查与评定：、原路面状况调查与评定：1）原路概况调查：）原路概况调查：调查记录裂缝条数、位置、原因，算出调查记录裂缝条数、位置、原因，算出路段内断裂板和其它路段内断裂板和其它损坏板的百分率损坏板的百分率，以此作为路面评定的，以此作为路面评定的依据。依据。2）结构强度评定：）结构强度评定：确定原有路面的承载能力，为加铺层厚确定原有路面的承载能力，为加铺层厚度计算提供必要参数。度计算提供必要参数。旧混凝土板的计算参数：旧混凝土板的计算参数：旧混凝土板的旧混凝土板的弯拉强度（弯拉强度（f1m)可采用钻孔取出的圆柱试件进行可采用钻孔取出的圆柱试件进行劈裂试验劈裂试验(得得fsp)，按下式确定：，按下式
87、确定：旧混凝土旧混凝土弯拉弹性模量弯拉弹性模量：地基（基层）顶面的回弹模量：地基（基层）顶面的回弹模量：旧混凝土板厚旧混凝土板厚h1（ cm ）：）： 旧路面板下基层顶面旧路面板下基层顶面计算回弹模量计算回弹模量 承载板实验测定承载板实验测定旧混凝土路面板下基层顶面的当量旧混凝土路面板下基层顶面的当量回弹模量回弹模量Et为：为：计算行车荷载应力时，结合式加铺层：计算行车荷载应力时，结合式加铺层： Es=n Et直接式加铺层，还应乘以直接式加铺层，还应乘以0.8的折减系数；分离式加铺层则根的折减系数；分离式加铺层则根据厚度乘以相应的折减系数。据厚度乘以相应的折减系数。加铺层厚度（加铺层厚度（cm
88、)182022折减系数折减系数0.450.550.550.650.650.75计算温度翘曲应力时，计算温度翘曲应力时，n=0.35。2、加铺方式及厚度的确定：、加铺方式及厚度的确定： 根据原有路面的结构损坏状况、接缝布置和路拱坡度以根据原有路面的结构损坏状况、接缝布置和路拱坡度以及加铺层设计标高等条件，选用加铺层的种类和结构形式。及加铺层设计标高等条件，选用加铺层的种类和结构形式。普普通通混混凝凝土土加加铺铺层层的的厚厚度度要要通通过过试试算算来来确确定定。先先预预估估加加铺铺层层的的厚厚度度h2，按按双双层层板板应应力力分分析析方方法法和和公公式式计计算算1、2，当当0.951/fcm11.
89、03,且且210cm；直直接接式式h214cm；分离式；分离式h218cm。 钢纤维混凝土钢纤维混凝土加铺层计算先按普通混凝土加铺层进行，加铺层计算先按普通混凝土加铺层进行，然后按体积率取普通混凝土加铺层厚度的然后按体积率取普通混凝土加铺层厚度的55%65%，但结，但结合式不宜小于合式不宜小于5cm；直接式不宜小于；直接式不宜小于8cm；分离式不宜小于；分离式不宜小于10cm。 分离式钢纤维混凝土加铺层的接缝设置与钢纤维混凝土分离式钢纤维混凝土加铺层的接缝设置与钢纤维混凝土路面一样。全幅摊铺时，可不设纵向缩缝，横向缩缝间距一路面一样。全幅摊铺时，可不设纵向缩缝，横向缩缝间距一般为般为1520cm.
