混凝土路面設計流程.ppt

三、參數(shù)選擇,1.標準軸載及軸載換算,2.累計當量軸次,3.交通分級,4.溫度梯度,5.基層頂面Et與Etc,6.混凝土的fcm和Ec,1.標準軸載及軸載換算,水泥混凝土路面設計以重100kN單軸荷載為標準軸載，重量小于40kN的單軸載可略去不計.,標準軸載,1.標準軸載及軸載換算,軸載換算,軸載換算將不同類型軸載P i 的車輛作用次數(shù)N i 換算為標準軸載P s 的作用次數(shù)N s :,Pi 各級軸載單軸或雙軸總重，kN； i 軸數(shù)系數(shù)。單軸時i 1；雙軸時按公式計算； Ni 各級軸載的作用次數(shù)，次/d。,2.累計當量軸次,設計使用期內(nèi)設計車道上的標準軸載累計當量軸次Ne:,t設計年限，年 ； Ns設計初期，設計車道上日標準軸載的作用次數(shù)，次/d； 設計年限內(nèi)交通量的平均年增長率，應根據(jù)實際情況 調(diào)查，預測交通量增長，經(jīng)分析確定； 軸數(shù)分配系數(shù)。,3.交通分級,水泥混凝土路面承受的交通，按使用初期設計車道日標準軸載作用次數(shù)Ns分為四級,4.溫度梯度,為確定混凝土路面板在板頂?shù)诇夭钣绊懴庐a(chǎn)生的翹曲應力，規(guī)范提出了以22cm板厚為標準條件的各地區(qū)最大溫度梯度（板頂和板底面溫差與板厚之比）參考值。,各公路自然區(qū)劃最大溫度梯度 Tg 推薦值,不同面層厚度的最大溫度梯度修正系數(shù)ah,5.基層頂面Et與Etc,1.基層頂面當量回彈模量Et,2.基層頂面計算回彈模量Etc,新建道路,改建道路,對于新建道路，基層頂面的當量回彈模量Et可利用土基的回彈模量E0和基層的回彈模量E1以及基層厚度h1查圖得到； 若所選的基層結(jié)構(gòu)有2層以上時，則可多次應用當量回彈模量計算圖查得，自下而上分布將多層體系的模量值轉(zhuǎn)換為均質(zhì)體的當量模量值。,新建道路,雙層體系當量回彈模量計算圖,E1/E010,E1/E010,1.基層頂面當量回彈模量Et,1.基層頂面當量回彈模量Et,改建道路,在原路面的頂面，可通過承載板試驗測定其當量回彈模量Et值； 當條件不具備或有困難時，可用汽車實測路段的回彈彎沉值來確定計算回彈彎沉值，再按下式確定基層頂面的當量回彈模量Et:,l0以后軸重100kN的車輛測得的計算回彈彎沉值，0.01mm。,2.基層頂面計算回彈模量Etc,以縱縫邊緣中部作為臨界荷位，通過試驗建立了基頂承載板法實測回彈模量值Et與水泥混凝土路面反算的基頂回彈模量值（也稱水泥混凝土板下基層頂面計算回彈模量Etc）間的經(jīng)驗關系式： :,n 模量修正系數(shù)。計算溫度應力時，n0.35，計算荷載應力時，按下式確定； E t 基層頂面的當量回彈模量，MPa； E c 混凝土彎拉彈性模量，MPa；,h混凝土面板厚度，cm;,6.混凝土的fcm和Ec,混凝土設計彎拉強度和彈性模量,混凝土面板在行車荷載和溫度變化等因素作用下，將產(chǎn)生壓應力和彎拉應力。壓應力與混凝土的抗壓強度相比很小，但所受的彎拉應力與抗彎強度的比值則大得多，可能導致混凝土面板的開裂破壞，故在設計路面板厚度時，應以彎拉強度為設計標準?；炷恋脑O計強度以齡期28d的彎拉強度為標準：,1.荷載應力計算,2.溫度應力計算,四、應力計算,1.荷載應力計算,ps標準軸載在臨界位置處產(chǎn)生的荷載應力，計算時未考慮接縫的傳荷能力（MPa）； kj考慮接縫傳荷能力而對上述計算應力進行修正的應力折減系數(shù)； kc考慮超載和動載等因素的影響而對標準軸載進行修正的荷載安全系數(shù)； kf考慮設計使用期內(nèi)軸載應力累計疲勞損耗作用的荷載應力疲勞系數(shù)；,利用應力計算圖得到標準軸載100kN在縱縫邊緣中部處產(chǎn)生未考慮接縫處的傳荷能力的最大應力,疲勞應力系數(shù)kf混凝土路面在使用中承受行車荷載的重復疲勞破壞作用，故在計算板的荷載疲勞應力時，需考慮疲勞應力系數(shù)的影響。它隨著荷載作用次數(shù)的增加，影響程度也增大，其值按下式確定：,應力折減系數(shù)kj接縫的傳荷能力與板的荷載應力折減系數(shù)kj有關，根據(jù)國內(nèi)外對接縫傳荷能力測定分析及影響的研究成果，采用如下折減系數(shù)：,2.溫度應力計算,四、應力計算,tm當?shù)刈畲鬁囟忍荻茸饔孟屡R界荷位處所產(chǎn)生的溫度翹曲應力（MPa）； fcm混凝土的設計彎拉強度（MPa） ； kt考慮使用年限內(nèi)不同溫度梯度作用下和等效累計疲勞損耗的系數(shù)；,2.溫度應力計算,最大溫度梯度作用下的溫度應力tm ,tm當?shù)刈畲鬁囟忍荻茸饔孟屡R界荷位處所產(chǎn)生的溫度翹曲應力（MPa） ac混凝土的線膨脹系數(shù)，1/，通常取1/100000 ； Ec混凝土抗折強度，MPa; h混凝土面板厚度,cm; Tg當?shù)鼗炷涟宓淖畲鬁囟忍荻龋?cm;,kx考慮溫度沿板厚非線性分布的溫度應力系數(shù)，按板長L與板相對剛度半徑r的比值L/r和板厚查圖確定系數(shù):,2.溫度應力計算,最大溫度梯度作用下的溫度應力tm,tm當?shù)刈畲鬁囟忍荻茸饔孟屡R界荷位處所產(chǎn)生的溫度翹曲應力（MPa） ac混凝土的線膨脹系數(shù)，1/，通常取1/100000（MPa） ； Ec混凝土抗折強度，MPa; h混凝土面板厚度,cm; Tg當?shù)鼗炷涟宓淖畲鬁囟忍荻龋?cm;,2.溫度應力計算,溫度應力疲勞作用系數(shù) kt考慮溫度應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)，按所在地區(qū)公路自然區(qū)劃和最大溫度應力與混凝土設計彎拉強度的比值查表得到。,五、設計步驟,設計步驟 收集交通資料； 計算設計車道的初始年日標準軸載作用次數(shù)Ns,確定公路等級和設計使用年限，計算設計車道使用年限內(nèi)的標準軸載累計作用次數(shù)Ne； 初擬路面厚度； 確定混凝土設計彎拉強度fcm和彈性模量Ec； 確定基層頂面計算回彈模量Etc； 計算荷載疲勞應力p； 計算溫度疲勞應力t； 檢驗（p +t）之和是否滿足要求： 如滿足，則初擬厚度可以作為設計厚度；如不滿足，則重新擬定路面結(jié)構(gòu)，直至滿足上述要求為止。,五、設計步驟,新規(guī)范規(guī)定 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設計以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設計的極限狀態(tài)，其表達式采用式,式中：