路基路面工程-第十二章課件_第1頁(yè)
路基路面工程-第十二章課件_第2頁(yè)
路基路面工程-第十二章課件_第3頁(yè)
路基路面工程-第十二章課件_第4頁(yè)
路基路面工程-第十二章課件_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩64頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

第十二章

水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1概況一點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容整體概述概況三點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容概況二點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容點(diǎn)擊此處輸入相關(guān)文本內(nèi)容2第十二章水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第一節(jié)概述第二節(jié)損壞模式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)第三節(jié)路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)第四節(jié)接縫構(gòu)造設(shè)計(jì)第五節(jié)混凝土路面板配筋設(shè)計(jì)第六節(jié)面層板厚度和平面尺寸的設(shè)計(jì)第七節(jié)水泥混凝土路面加鋪層設(shè)計(jì)3第一節(jié)概述從力學(xué)分析來(lái)看,水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)屬于彈性層狀體系

水泥混凝土板的抗彎拉強(qiáng)度指標(biāo)作為設(shè)計(jì)指標(biāo)從力學(xué)模型考慮,可把水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)看作是彈性地基板,用彈性地基板理論進(jìn)行分析計(jì)算為使路面能夠經(jīng)受車輪荷載的多次重復(fù)作用、抵抗溫度翹曲應(yīng)力、并對(duì)地基變形有較強(qiáng)的適應(yīng)能力,混凝土板必須具有足夠的抗彎拉強(qiáng)度和厚度一、水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)特征4二、設(shè)計(jì)內(nèi)容水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容:設(shè)計(jì)內(nèi)容1、路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)2、混凝土面板厚度設(shè)計(jì)3、混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì)4、路肩設(shè)計(jì)5、混凝土路面的鋼筋配筋率設(shè)計(jì)5三、設(shè)計(jì)原則根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質(zhì)等自然因素,結(jié)合本地區(qū)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),按要求完成設(shè)計(jì),首先應(yīng)保證工程的質(zhì)量與耐久性。遵循因地制宜、合理選材等原則進(jìn)行混凝土路面設(shè)計(jì)方案的比較應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)踐基礎(chǔ),積極推廣成熟的科研成果充分考慮沿線環(huán)境的保護(hù),自然生態(tài)的平衡,有利于施工、養(yǎng)護(hù)工作人員的健康與安全。盡可能選擇有利于機(jī)械化、工廠化施工的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于地處不良地基的路段采取有效措施加快穩(wěn)定路基沉降。6第二節(jié)設(shè)計(jì)模式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一、損壞模式水泥混凝土路面,由于混凝土板的剛度高和脆性大,又需設(shè)置接縫,在行車和環(huán)境因素的綜合作用下出現(xiàn)的損壞模式常不同于瀝青路面,可分為斷裂、接縫損壞、變形和表面損壞四類,主要有下列幾種,如下圖12-1所示。7斷裂破壞板的結(jié)構(gòu)整體性,使板喪失應(yīng)有的承載能力。因而,斷裂可視為水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)破壞的臨界狀態(tài)擠碎在接縫附近的板因受擠壓而碎裂拱起混凝土路面板在熱膨脹受阻時(shí),接縫兩側(cè)的板向上拱起唧泥車輛行駛經(jīng)過(guò)接縫或裂縫時(shí),由縫內(nèi)噴濺出泥漿的現(xiàn)象,稱為唧泥錯(cuò)臺(tái)接縫或裂縫兩側(cè)路面板端部出現(xiàn)的豎向相對(duì)位移8二、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)現(xiàn)行的水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法,以水泥混凝土面層板的疲勞斷裂作為路面損壞的主要模式以控制行車荷載反復(fù)作用在板內(nèi)產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力σpr與溫度梯度反復(fù)作用在板內(nèi)產(chǎn)生的溫度疲勞應(yīng)力σtr之和與可靠度系數(shù)γr乘積不大于混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fr,作為確定混凝土板厚的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)路面結(jié)構(gòu)可靠度定義:在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),在規(guī)定的條件下,路面使用性能滿足預(yù)定水平要求的概率。

水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)可靠度定義:在規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi),在規(guī)定的交通和環(huán)境條件下,行車荷載疲勞應(yīng)力和溫度梯度疲勞應(yīng)力的總和不超過(guò)混凝土彎拉強(qiáng)度的概率9第三節(jié)路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)面層類型1.普通混凝土面層2.鋼筋混凝土面層3.連續(xù)配筋混凝土面層4.預(yù)應(yīng)力混凝土5.鋼纖維混凝土6.混凝土預(yù)制塊路面一、面層10面層一般采用設(shè)接縫的普通混凝土;面層板的平面尺寸較大或形狀不規(guī)則;路面結(jié)構(gòu)下埋有地下設(shè)施,高填方、軟土地基、填挖交界段的路基等有可能產(chǎn)生不均勻沉降時(shí),應(yīng)采用設(shè)置接縫的鋼筋混凝土面層。其他面層類型可根據(jù)適用條件按表12-1選用。其他面層類型選擇表12-1

面層類型適用條件連續(xù)配筋混凝土面層高速公路和城市快速路瀝青上面層與連續(xù)配筋混凝土或橫縫設(shè)傳力桿的普通混凝土下面層組成的復(fù)合式路面特重交通的高速公路和城市快速路碾壓混凝土面層二級(jí)及二級(jí)以下公路和城市次干道及以下城市道路、服務(wù)區(qū)停車場(chǎng)鋼纖維混凝土面層標(biāo)高受限制路段、收費(fèi)站、混凝土加鋪層和橋面鋪裝矩形或異形混凝土預(yù)制塊面層服務(wù)區(qū)停車場(chǎng)、二級(jí)及二級(jí)以下公路和城市次干道及以下城市道路橋頭引道沉降未穩(wěn)定段11適用條件

面層一般采用設(shè)接縫的普通混凝土;面層板的平面尺寸較大或形狀不規(guī)則,路面結(jié)構(gòu)下埋有地下設(shè)施,高填方、軟土地基、填挖交界段的路基等有可能產(chǎn)生不均勻沉降時(shí),應(yīng)采用設(shè)置接縫的鋼筋混凝土面層。表面抗滑構(gòu)造

水泥混凝土面層應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐久性,表面抗滑、耐磨、平整。路面表面構(gòu)造應(yīng)采用刻槽、壓槽、拉槽或拉毛等方法制作。12普通混凝土、鋼筋混凝土、碾壓混凝土或連續(xù)配筋混凝土面層所需的厚度,可參照下表12-2所示參考范圍并按規(guī)定計(jì)算確定。交通等級(jí)特重重道路等級(jí)高速公路及快速路一級(jí)公路及主干路二級(jí)公路及次干路高速公路及快速路一級(jí)公路及主干路二級(jí)公路及次干路變異水平等級(jí)低中低中低中低中面層厚度≥260≥250≥240270~240260~230250~230交通等級(jí)中等輕道路等級(jí)二級(jí)公路及次干路三、四級(jí)公路及支路三、四級(jí)公路及支路三、四級(jí)公路及支路變異水平等級(jí)高中高中高中面層厚度240~210230~200220~200≤230≤22013構(gòu)造深度在使用初期應(yīng)滿足下表12-3的要求。各級(jí)公路水泥混凝土面層的表面構(gòu)造深度(mm)要求表12—3道路等級(jí)高速公路、一級(jí)公路和城市快速路、主干道二、三、四級(jí)公路和城市次干道、支路一般路段0.70~1.100.50~0.90特殊路段0.80~1.200.60~1.0014二、路基水泥混凝土路面不要求有強(qiáng)度大或承載力高的路基。但如果路基的穩(wěn)定性較差,在周圍水溫變化的影響下出現(xiàn)較大的變形,特別是不均勻變形,則仍會(huì)因不均勻支承而給面層帶來(lái)?yè)p壞。因此,對(duì)路基的基本要求是穩(wěn)定、密實(shí)、均質(zhì),對(duì)路面結(jié)構(gòu)提供均勻的支承,在環(huán)境和荷載作用下產(chǎn)生的不均勻變形小。對(duì)路基的基本要求路基產(chǎn)生不均勻支承的原因不均勻沉陷不均勻凍脹膨脹土15三、基層和墊層防止或減輕唧泥和錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象的出現(xiàn).有助于控制或減少路基不均勻凍脹或體積變形對(duì)混凝土面層的不利影響.為面層施工提供穩(wěn)定而堅(jiān)實(shí)的工作面.基層和墊層有粒料類(碎石、砂礫等)、穩(wěn)定類(水泥、石灰、瀝青穩(wěn)定粒料或土)和貧混凝土(或碾壓混凝土)三大類。設(shè)置基層和墊層的作用1.基層

基層應(yīng)具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度,并保證具有足夠的厚度。

16基層類型及各類基層厚度的適宜范圍應(yīng)依照交通等級(jí)

按表12—4選擇。

適宜各交通等級(jí)的基層類型及厚度的適宜范圍表表12—4

適宜的交通等級(jí)基層類型厚度適宜的范圍(mm)特重交通貧混凝土或碾壓混凝土基層120~200瀝青混凝土基層40~60重交通水泥穩(wěn)定粒料150~250瀝青穩(wěn)定碎石基層80~100中等或輕交通石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料基層150~250級(jí)配粒料基層150~20017在交通繁重的道路上,選用水泥或?yàn)r青穩(wěn)定粒料、貧混凝土或碾壓混凝土作為混凝土路面的基層,可以為混凝土面層提供更為均勻而堅(jiān)實(shí)的支承。增加路面結(jié)構(gòu)的整體剛度,從而減小面層板的撓度。而撓度量減小可以降低板底的脫空量和增加縮縫傳荷能力的耐久性。

基層的作用18圖12-2所示為水泥穩(wěn)定類基層和礫石基層上混凝土面層接縫的傳荷能力隨荷載作用次數(shù)的增加而降低的試驗(yàn)曲線,從中可看出水泥穩(wěn)定類基層上接縫傳荷能力的耐久性明顯高于礫石基層。與此同時(shí),還可以減少基層和墊層在重復(fù)荷載作用下的固結(jié)變形,從而減少板底脫空量,并改善接縫的傳荷能力。圖12-3所示為水泥穩(wěn)定砂礫基層和不同壓實(shí)度的砂礫基層的塑性變形積累量隨荷載重復(fù)作用次數(shù)而增長(zhǎng)的試驗(yàn)曲線,從中可看出,水泥穩(wěn)定砂礫基層的變形累積量明顯小于砂礫基層。因而其板底脫空量將明顯低于砂礫基層。此外,還可以增加抗沖刷能力,從而減輕唧泥和錯(cuò)臺(tái)等損壞的程度,并為側(cè)模和攤鋪機(jī)械提供堅(jiān)固的支承。19圖12—2基層類型對(duì)接縫傳荷能力的影響(Ew=[2w1/(w1+w2]%,w1和w2相應(yīng)為未受荷和受荷板的撓度;面層厚22.86cm基層厚15cm,縫隙寬1.65mm)圖12—3重復(fù)荷載作用下不同基層的累積變形量(砂礫基層曲線上的數(shù)字為壓實(shí)度)20在交通特別繁重、路基濕軟或季節(jié)性冰凍地區(qū),為防止路基可能產(chǎn)生的不均勻凍脹對(duì)混凝土面層的不利影響,路面結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的總厚度,以便將路基的冰凍深度約束在有限的范圍內(nèi)。超出面層和基層厚度的總厚度部分可用基層下的墊層(防凍層)來(lái)補(bǔ)足;路面結(jié)構(gòu)的最小總厚度,隨冰凍線深度、路基的潮濕狀況和土質(zhì)而異,其數(shù)值可參照下表12-5選定。2.墊層墊層的設(shè)置要求21水文地質(zhì)條件不良的土質(zhì)路塹,路床土濕度較大時(shí),應(yīng)設(shè)置排水墊層;對(duì)路基可能產(chǎn)生不均勻沉降或不均勻變形時(shí),可加設(shè)半剛性墊層。墊層的寬度應(yīng)與路基同寬,其最小厚度為150mm。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)防凍最小厚度(cm)表12-5路基干濕類型路基土質(zhì)設(shè)計(jì)年限內(nèi)當(dāng)?shù)刈畲髢錾睿╟m)50~100101~150151~200>200中濕路段低、中、高液限粘土30~5040~6050~7060~95粉土、粉質(zhì)低、中液限粘土40~6050~7060~8570~110潮濕路段低、中、高液限粘土40~6050~7060~9075~120粉土、粉質(zhì)低、中液限粘土45~7055~8070~10080~13022第四節(jié)接縫構(gòu)造設(shè)計(jì)水泥混凝土面層需設(shè)置各種類型的接縫,把面層劃分為較小尺寸的板,以減少伸縮變形和撓曲變形受到約束而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,并滿足施工的需要。接縫的設(shè)計(jì)要能實(shí)現(xiàn)以下三方面的要求:①控制溫度收縮應(yīng)力和翹曲應(yīng)力所引起的裂縫出現(xiàn)的位置;②通過(guò)接縫能提供一定的荷載傳遞能力;③防止堅(jiān)硬的雜物落入接縫縫隙內(nèi)和路表水的滲入。

水泥混凝土面層的接縫可分為橫向縮縫、橫向施工縫、橫向脹縫和縱縫四種類型。23一、橫縫構(gòu)造設(shè)計(jì)橫向接縫共有三種:縮縫、脹縫和施工縫。作用:縮縫保證板因溫度和濕度的降低而收縮時(shí)沿該薄弱斷面縮裂,從而避免產(chǎn)生不規(guī)則的裂縫。脹縫保證板在溫度升高時(shí)能部分伸張,從而避免產(chǎn)生路面板在熱天的拱脹和折斷破壞,同時(shí)脹縫也能起到縮縫的作用?;炷谅访婷刻焱旯ひ约耙蛴晏旎蚱渌虿荒芾^續(xù)施工時(shí),應(yīng)做成施工縫的構(gòu)造形式。24在鄰近橋梁或其它固定構(gòu)造物處或與其它道路相交處應(yīng)設(shè)置橫向脹縫。1.脹縫脹縫構(gòu)造(尺寸單位:mm)

25為保證混凝土板之間能有效地傳遞荷載,防止形成錯(cuò)臺(tái),應(yīng)在脹縫處板厚中央設(shè)置可滑動(dòng)的傳力桿。傳力桿一般應(yīng)采用光圓鋼筋,其尺寸和間距可按下表12-6選用。面層厚度(mm)傳力桿直徑傳力桿最小長(zhǎng)度傳力桿最大間距220284003002403040030026032450300280354503003003850030026縮縫一般采用假縫形式,即只在板的上部設(shè)縫隙,當(dāng)板收縮時(shí)將沿此最簿弱斷面有規(guī)則地自行斷裂。橫向縮縫可等間距或變間距布置。橫向縮縫頂部應(yīng)鋸切槽口,寬3~8mm,深度約為板厚的1/5~1/4,一般為5~6cm,槽內(nèi)填塞填縫料,以防地面水下滲及石砂雜物進(jìn)入縫內(nèi)。高速公路的橫向縮縫槽口宜加深20mm、寬6~10mm的淺槽口,其構(gòu)造如圖12-5所示。2.縮縫圖12-5淺槽口構(gòu)造(尺寸單位:mm)27由于縮縫縫隙下面板斷裂面凹凸不平,能起一定的傳荷作用,一般不必設(shè)置傳力桿,但對(duì)特重和重交通道路、收費(fèi)廣場(chǎng)、地質(zhì)水文條件不良路段以及鄰近脹縫或自由端部的3條縮縫,應(yīng)在板厚中央設(shè)置傳力桿,

橫向縮縫構(gòu)造(尺寸單位:mm)a)設(shè)傳力桿假縫型;b)不設(shè)傳力桿假縫型28每日施工結(jié)束或因臨時(shí)原因中斷施工時(shí),必須設(shè)置橫向施工縫,其位置應(yīng)盡可能選在縮縫或脹縫處。設(shè)在縮縫處的施工縫,應(yīng)采用加傳力桿的平縫形式,其構(gòu)造如下圖a所示;設(shè)在脹縫處的施工縫,其構(gòu)造與脹縫相同。遇有困難需設(shè)在縮縫之間時(shí),施工縫采用設(shè)拉桿的企口縫形式,其構(gòu)造如下圖b所示。3.施工縫橫向施工縫構(gòu)造(尺寸單位:mm)a)設(shè)傳力桿平縫型;b)設(shè)拉桿企口縫型29拉桿應(yīng)采用螺紋鋼筋,設(shè)在板厚中央,并應(yīng)對(duì)拉桿中部100mm范圍內(nèi)進(jìn)行防銹處理。拉桿的直徑、長(zhǎng)度和間距,可參照教材表12-7選用。

施工布設(shè)時(shí),拉桿間距應(yīng)按橫向接縫的實(shí)際位置予以調(diào)整,最外側(cè)的拉桿距橫向接縫的距離不得小于100mm。連續(xù)配筋混凝土面層的縱縫拉桿可由板內(nèi)橫向鋼筋延伸穿過(guò)接縫代替。30二、縱縫構(gòu)造設(shè)計(jì)縱向接縫的布設(shè)應(yīng)視路面寬度和施工鋪筑寬度而定:①一次鋪筑寬度小于路面寬度時(shí),應(yīng)設(shè)置縱向施工縫。構(gòu)造如下圖a所示。②一次鋪筑寬度大于4.5m時(shí),應(yīng)設(shè)置縱向縮縫。其構(gòu)造如下圖b所示??v縫構(gòu)造(尺寸單位:mm)a)縱向施工縫;b)縱向縮縫31三、接縫的設(shè)置混凝土路面板的縱縫與橫縫一般做成垂直正交,以改善其受力狀況??v向接縫的間距按路面寬度在3.0~4.5m范圍內(nèi)確定。碾壓混凝土、鋼纖維混凝土面層在全幅攤鋪時(shí),可不設(shè)縱向縮縫。橫向接縫的間距按面層類型和厚度選定在橋涵兩端以及小半徑平、豎曲線處應(yīng)設(shè)置脹縫。

32四、交叉口接縫布設(shè)布設(shè)交叉口的接縫時(shí),先分清相交道路的主次。而后考慮次要道路的接縫布設(shè)如何與主要道路相協(xié)調(diào)。兩條道路正交時(shí),各條道路直道部分均保持本身縱縫的連貫。兩條道路斜交時(shí),主要道路的直道部分保持縱縫的連貫,而相交路段內(nèi)的橫縫位置應(yīng)按次要道路的縱縫間距作相應(yīng)變動(dòng),保證與次要道路的縱縫相連接。在次要道路彎道加寬段起終點(diǎn)斷面處的橫向接縫,應(yīng)采用脹縫形式。33五、特殊部位混凝土路面的處理水泥混凝土路面與瀝青路面相接時(shí),其間應(yīng)設(shè)置至少3m長(zhǎng)的過(guò)渡段。過(guò)渡段的路面采用兩種路面呈階梯狀疊合布置,其下面鋪設(shè)的變厚度混凝土過(guò)渡板的厚度不得小于200mm。如下圖12-9所示。

圖12-9混凝土路面與瀝青路面相接段的構(gòu)造布置(尺寸單位:mm)34六、接縫材料及技術(shù)要求接縫材料按使用性能分接縫板和填縫料兩類。接縫板要求能適應(yīng)混凝土面板的膨脹與收縮,且施工時(shí)不變形、耐久性良好。填縫料要求能與混凝土面板縫壁粘結(jié)力強(qiáng),且材料的回彈性好。接縫板可采用杉木板、纖維板、泡沫樹脂板等。填縫料按施工溫度分加熱施工式和常溫施工式兩類。35第五節(jié)混凝土路面板配筋設(shè)計(jì)

當(dāng)混凝土面層板縱、橫向自由邊緣下基礎(chǔ)薄弱,有可能產(chǎn)生較大的塑性變形或接縫為未設(shè)傳力桿的平縫時(shí),可在面層邊緣和角隅(荷載應(yīng)力較大)初配置補(bǔ)強(qiáng)鋼筋。通常選用2根直徑為12~16mm的螺紋鋼筋,置于面層底面之上1/4厚度處并不小于50mm,間距為100mm,鋼筋兩端向上彎起,如圖12-10所示。一、普通混凝土板的補(bǔ)強(qiáng)鋼筋圖12—10邊緣鋼筋布置(尺寸單位:mm)36

承受特重交通的脹縫、施工縫和自由邊的面層角隅及銳角面層角隅,宜配置角隅鋼筋。通常選用2根直徑為12~16mm的螺紋鋼筋并彎成發(fā)針形,置于面層上部,距頂面不小于50mm,距邊緣為100mm,如圖12-11所示。

圖12—11角隅鋼筋布置(尺寸單位:mm)37二、鋼筋混凝土面層配筋設(shè)計(jì)

鋼筋混凝土面層配筋數(shù)量是為平衡混凝土面層收縮受限制時(shí)產(chǎn)生的拉力。當(dāng)混凝土面層收縮時(shí)其中央兩側(cè)向內(nèi)的摩阻力為一半面層混凝土的質(zhì)量乘以其與基層的摩阻系數(shù),這一摩阻力即為作用于混凝土面層中央的拉力,并假定沿面層斷面平均作用而由鋼筋承受。縱向和橫向鋼筋宜采用相同或相近的直徑,其直徑差不應(yīng)大于4mm。鋼筋的最小直徑和最大間距,應(yīng)符合下表12-8的規(guī)定。鋼筋的最小間距為集料最大粒徑的2倍。

38表12—8鋼筋最小直徑和最大間距(mm)鋼筋類型最小直徑縱向最大間距橫向最大間距光面鋼筋8150300螺紋鋼筋1235075039三、連續(xù)配筋混凝土面層配筋設(shè)計(jì)確定縱向鋼筋用量的控制因素是裂縫的間距(1.0~2.5m)、縫隙的寬度(<1m)。通常是根據(jù)試驗(yàn)路上的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定。橫向鋼筋的主要目的是保持縱向鋼筋的間距。其配筋原則和要求與鋼筋混凝土面層的配筋相同?;炷撩鎸觾?nèi)的鋼筋并不是按承受荷載應(yīng)力進(jìn)行設(shè)計(jì)的。因此,連續(xù)配筋混凝土面層的厚度可仍采用普通混凝土面層的計(jì)算方法確定。連續(xù)配筋混凝土路面是沿路面板縱向配置連續(xù)的鋼筋網(wǎng)的混凝土路面,除與其他路面交接處、鄰近構(gòu)造物處設(shè)置脹縫以及因施工需要設(shè)置施工縫外,不再設(shè)置任何橫向接縫。施工縫采用貫通縱向鋼筋的平縫形式。40第六節(jié)面層板厚度和平面尺寸的設(shè)計(jì)

水泥混凝土面層板的厚度和平面尺寸,主要取決于預(yù)定使用年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)作用次數(shù)及其所產(chǎn)生荷載應(yīng)力的疲勞損耗、由于板中溫度梯度引起翹曲應(yīng)力的疲勞損耗和混凝土疲勞強(qiáng)度之間的關(guān)系。目前,我國(guó)的路面設(shè)計(jì)規(guī)范采用彈性半無(wú)限地基板理論和有限元法計(jì)算板內(nèi)彎拉應(yīng)力,以規(guī)定的安全等級(jí)和目標(biāo)可靠度,承受預(yù)期的交通荷載作用,并同所處的自然環(huán)境相適應(yīng),滿足預(yù)定的使用性能要求為依據(jù),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(shè)計(jì)的極限狀態(tài),并按照等效原則換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)次數(shù)來(lái)考慮荷載的重復(fù)作用影響。41一、設(shè)計(jì)依據(jù)與設(shè)計(jì)參數(shù)1.設(shè)計(jì)依據(jù)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)安全等級(jí)及相應(yīng)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、目標(biāo)可靠指標(biāo)和目標(biāo)可靠度,應(yīng)符合下表的規(guī)定。各安全等級(jí)路面的材料性能和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的變異水平等級(jí),宜按下表的建議選用。可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)道路技術(shù)等級(jí)高速公路及城市快速路一級(jí)公路及城市主干路二級(jí)公路及城市次干路三、四級(jí)公路及城市支路安全等級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期(a)30302020目標(biāo)可靠度(%)95908580目標(biāo)可靠指標(biāo)1.461.281.040.84變異水平等級(jí)低低~高中中~高42

材料性能和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的變異水平分為低、中和高三級(jí)。各變異水平等級(jí)主要設(shè)計(jì)參數(shù)的變異系數(shù)變化范圍,應(yīng)符合下表的規(guī)定:變異系數(shù)Cv的變化范圍表變異水平等級(jí)低中高水泥混凝土彎拉強(qiáng)度、彎拉彈性模量Cv≤0.100.10<Cv≤0.150.15<Cv≤0.20基層頂面當(dāng)量回彈模量Cv≤0.250.25<Cv≤0.350.35<Cv≤0.55水泥混凝土面層厚度Cv≤0.040.04<Cv≤0.060.06<Cv≤0.0843

水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的極限狀態(tài),其設(shè)計(jì)表達(dá)式如下。(12-2)式中:fr——水泥混凝土彎拉強(qiáng)度,MPa;γr——可靠度系數(shù),依據(jù)所選目標(biāo)可靠度及變異水平等級(jí)按表12-11確定;σpr——行車荷載疲勞應(yīng)力(MPa),計(jì)算方法見(jiàn)式(12-18);σtr——溫度梯度疲勞應(yīng)力(MPa),計(jì)算方法見(jiàn)式(12-21);

44可靠度系數(shù)表變異水平等級(jí)目標(biāo)可靠度(%)95908580低1.20~1.331.09~1.161.04~1.08-中1.33~1.501.16~1.231.08~1.131.04~1.07高-1.23~1.331.13~1.181.07~1.11

45標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以汽車軸重為100kN的單軸雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。對(duì)于各種不同汽車軸載的作用次數(shù),可按等效疲勞損壞原則換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù),并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軸的作用次數(shù)判斷道路的交通繁重程度。2.設(shè)計(jì)參數(shù)水泥混凝土路面的軸載換算公式是在混凝土疲勞方程的基礎(chǔ)上建立的。公式如下:

(12—3)

(12—4)462.交通分級(jí)及標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)計(jì)算

水泥混凝土路面承受的交通,按設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne劃分為四個(gè)等級(jí),即特重交通、重交通、中等交通、輕交通。具體分級(jí)如下表所示。水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為路面達(dá)到預(yù)定的極限狀態(tài)時(shí)所能使用的年限。

交通分級(jí)交通等級(jí)特重重中等輕設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne(104)>2000100~20003~100≤347

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)作用次數(shù)與第一年的交通量、交通軸載組成和交通量的預(yù)測(cè)增長(zhǎng)情況等因素有關(guān)??砂聪率接?jì)算確定。

(12—7)式中:Ns——使用初期設(shè)計(jì)車道的日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù);

γ——由調(diào)查確定的交通量年平均增長(zhǎng)率,%;

t——設(shè)計(jì)使用年限;η——車輪輪跡橫向分布系數(shù),它為路面橫斷面上某一寬度范圍內(nèi)實(shí)際受到的軸載作用次數(shù)占通過(guò)該車道斷面的總軸數(shù)的比例。48車輪輪跡橫向分布系數(shù)η

公路等級(jí)縱縫邊緣處高速、一級(jí)公路0.17~0.22二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)公路行車道寬>7m0.34~0.39行車道寬≤7m0.54~0.62493.基層頂面的當(dāng)量回彈模量

新建公路的基層頂面模量值:在設(shè)計(jì)新建道路時(shí),基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et,可按式(12—8)計(jì)算確定。(12—8)503.基層頂面的當(dāng)量回彈模量(1)新建公路的基層頂面模量值:在設(shè)計(jì)新建道路時(shí),基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et,可按式(12—8)及其教材中的式(12—9)~(12—13),并參考表(12—14)與表(12—15)計(jì)算確定。

(12—8)51(2)原有瀝青路面的頂面當(dāng)量回彈模量值:

在原有瀝青路面上加鋪水泥混凝土路面時(shí),應(yīng)通過(guò)承載試驗(yàn)或彎沉測(cè)定法確定原有路面頂面的當(dāng)量回彈模量Et;如用汽車實(shí)測(cè)路段的回彈彎沉值,可按統(tǒng)計(jì)計(jì)算的方法確定計(jì)算回彈彎沉值后,按下式轉(zhuǎn)換成基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et:524.水泥混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度與彎拉彈性模量水泥混凝土路面以28d齡期的彎拉強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)控制指標(biāo),當(dāng)混凝土澆筑后90d內(nèi)不開放交通時(shí),可采用90d齡期的彎拉強(qiáng)度。各交通等級(jí)要求的混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不得低于下表的規(guī)定。

混凝土的設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度表交通等級(jí)特重、重中等輕普通水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fr(MPa)5.04.54.0鋼纖維混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fr(MPa)6.05.54.053二、荷載疲勞應(yīng)力軸載在混凝土面層內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力,采用半無(wú)限大地基上彈性小撓度薄板的力學(xué)模型和有限元法進(jìn)行分析計(jì)算。對(duì)軸載作用于四邊自由的矩形板縱向邊緣中部所產(chǎn)生的荷載應(yīng)力,計(jì)算公式為:式中:P——標(biāo)準(zhǔn)軸載,kN;h——混凝土板厚度,m;

γ——混凝土板的相對(duì)剛度半徑,m;A,m,n——與軸型有關(guān)的回歸系數(shù),見(jiàn)教材表12-1854以標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps=100kN和教材表12—18中單軸雙輪組的系數(shù)值代入式(12—15),可得到標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的荷載應(yīng)力公式:

55為了簡(jiǎn)化計(jì)算工作,通常選取使面層內(nèi)產(chǎn)生最大應(yīng)力或最大疲勞損傷的一個(gè)荷載位置作為計(jì)算時(shí)的臨界荷位。在公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范中,是以混凝土板的縱縫邊緣中部作為產(chǎn)生最大荷載和溫度梯度綜合疲勞損壞的臨界荷位。荷載疲勞應(yīng)力為一當(dāng)量應(yīng)力,它使混凝土面層產(chǎn)生的疲勞損耗,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界位置上所產(chǎn)生的應(yīng)力在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)引起的累計(jì)疲勞損耗??梢杂糜?jì)算式(12—18)表示為:56式中:σpr——標(biāo)準(zhǔn)軸Ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載

疲勞應(yīng)力(MPa);

σps——標(biāo)準(zhǔn)軸Ps在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的

荷載應(yīng)力(MPa),按式(12—16)計(jì)算定;

kr——考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù),即應(yīng)力傳

荷系數(shù);縱縫為設(shè)拉桿的平縫時(shí)kr=0.87~0.92

(剛性和半剛性基層取低值,柔性基層取值);

縱縫為不設(shè)拉桿的平縫或自由邊時(shí),kr=1.0;

縱縫為設(shè)拉桿的企口縫時(shí),kr=0.76~0.84;

57kf——考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)作用次數(shù)的疲勞應(yīng)力系數(shù),可按下式計(jì)算

式中:Ne——設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù);

υ

——與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù),普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土υ=0.057;碾壓混凝土和貧混凝土υ=0.065;剛纖維混凝土,按下式計(jì)算確定。

58kc——考慮超載和動(dòng)荷載等因素對(duì)路面疲勞損壞綜合影響的系數(shù),隨公路等級(jí)而異,見(jiàn)下表。道路等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三、四級(jí)公路kc

1.301.251.201.1059三、溫度疲勞應(yīng)力溫度疲勞應(yīng)力σtr是一個(gè)與不同溫度梯度反復(fù)作用引起的累積疲勞損耗等效的應(yīng)力。經(jīng)計(jì)算分析,在臨界荷位處產(chǎn)生的溫度疲勞應(yīng)力σtr可用下式表示:式中:σtr——臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力(MPa)σtm——最大溫度梯度時(shí)的溫度翹曲應(yīng)力(MPa)kt——考慮溫度翹曲應(yīng)力年變化所產(chǎn)生的累計(jì)疲勞損傷的系數(shù)60最大溫度梯度時(shí)的溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算公式如下:(12-22)式中:-最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力(MPa);-混凝土的線膨脹系數(shù)(1/℃),通??扇?×10—5/℃;Tg-最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值,可按照公路所在地的公路自然區(qū)劃按表12-20(見(jiàn)書)選用;Bx-綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論