水泥混凝土路面【設(shè)計(jì)】.ppt

1、1,第十六章 水泥混凝土路面設(shè)計(jì),第一節(jié) 概述 第二節(jié) 彈性地基板體系理論簡(jiǎn)介 第三節(jié) 水泥混凝土路面應(yīng)力分析 第四節(jié) 水泥混凝土路面可靠度設(shè)計(jì) 第五節(jié) 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) 第六節(jié) 我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法,第一節(jié) 概述,一、混凝土路面結(jié)構(gòu)特征 1. 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)屬于彈性層狀體系 2. 采用彈性地基板理論進(jìn)行分析計(jì)算 1) 混凝土路面板的彈性模量及力學(xué)強(qiáng)度大大高于基層和土基的相應(yīng)模量和強(qiáng)度； 2) 其次，混凝土的抗彎拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，約為其1/61/7，因此決定水泥混凝土板尺寸的強(qiáng)度指標(biāo)是抗彎拉應(yīng)力； 3) 同時(shí)，由于混凝土板與基層或土基之間的摩阻力一般不大，所以在力學(xué)圖式

2、上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。,3. 混凝土板必須具有足夠的抗彎拉強(qiáng)度和厚度 1) 混凝土的抗彎拉強(qiáng)度遠(yuǎn)低于抗壓強(qiáng)度，在車輪荷載作用下當(dāng)彎拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗彎拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土板便產(chǎn)生斷裂破壞。 2) 在車輪荷載的重復(fù)作用下，由于疲勞效應(yīng)混凝土板會(huì)在低于其極限抗彎拉強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)破壞。 3) 板頂面和底面的溫差會(huì)使板產(chǎn)生溫度翹曲應(yīng)力，板的平面尺寸越大，翹曲應(yīng)力也越大。 4) 水泥混凝土為脆性材料，在斷裂時(shí)相對(duì)拉伸變形很小，在荷載作用下土基和基層的變形情況對(duì)混凝土板的影響很大，不均勻的基礎(chǔ)變形會(huì)使混凝土板與基層脫空。,4. 破壞類型和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 水泥混凝土

3、路面在行車荷載和環(huán)境因素的作用下可能出現(xiàn)的破壞類型主要有： 1) 斷裂；2) 唧泥；3) 錯(cuò)臺(tái)；4) 拱起；5) 接縫擠碎等 從保證路面結(jié)構(gòu)承載能力的角度，混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以防止面層板斷裂為主要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；從保證汽車行駛性能的角度，應(yīng)嚴(yán)格控制接縫兩側(cè)的錯(cuò)臺(tái)量。 混凝土路面板的疲勞破壞不僅與荷載重復(fù)次數(shù)有關(guān)，而且與溫度周期性變化產(chǎn)生的溫度翹曲應(yīng)力重復(fù)作用有關(guān)。 路面板防止兩種因素綜合作用產(chǎn)生的疲勞開裂，必須使荷載疲勞應(yīng)力(p)與溫度疲勞翹曲應(yīng)力(t)和不超過混凝土的抗彎拉強(qiáng)度(fcm)，即 p+tfcm,為了防止混凝土路面拱起、錯(cuò)臺(tái)、接縫擠碎和唧泥，除了采用排水基層、耐沖刷基層和增強(qiáng)接縫傳荷能

4、力外，還可加強(qiáng)日常養(yǎng)護(hù)等。,二、水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)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(連續(xù)配筋、鋼筋混凝土路面)的鋼筋配筋率設(shè)計(jì),三、混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法 1. 世界各國(guó)： 以彈性地基板的荷載應(yīng)力、溫度應(yīng)力分析方法為基本理論，以混凝土路面板的彎拉應(yīng)力作為極限狀態(tài)和設(shè)計(jì)控制指標(biāo)。 采用溫克勒地基模型或彈性半空間均質(zhì)地基模型。 2. 我國(guó) 公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D40-2011: 以彈性半空間地基有限大矩形板模型為基礎(chǔ)，以100KN單軸雙輪標(biāo)準(zhǔn)軸載作用于矩形板縱向邊緣中部產(chǎn)生的最大

5、荷載應(yīng)力控制設(shè)計(jì)。 采用了可靠度設(shè)計(jì)方法，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)。,五、混凝土路面交通等級(jí) 1. 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期,2. 軸載當(dāng)量換算,3. 交通調(diào)查與軸載分析,由于輕型車對(duì)混凝土路面的疲勞損傷可以不計(jì)，因此將統(tǒng)計(jì)的年平均日交通量中的2軸4輪以下的輕型客貨車輛所占的交通量剔除不計(jì)，從而得到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期初期的年平均日貨車交通量（雙向）。 再乘以方向系數(shù)（通常為0.5）和車道分布系數(shù)才能得到設(shè)計(jì)車道在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)初期的年平均日貨車交通量ADTT。,4.標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量作用次數(shù),由軸載譜和軸載當(dāng)量換算系數(shù)計(jì)算得到設(shè)計(jì)車道使用初期的標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)：,kp,ij各種軸型不同

6、軸載級(jí)位的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量換算系數(shù)； ni每3000輛2軸6輪以上客、貨車輛中i種軸型出現(xiàn)的次數(shù)； Piji種軸型j級(jí)軸載的頻率(以分?jǐn)?shù)計(jì)),5.交通等級(jí)劃分,臨界荷位處車輛輪跡橫向分布系數(shù),注：車道、行車道較寬或者交通量較大時(shí)，取高值；反之，取低值。,第三節(jié) 水泥混凝土路面應(yīng)力分析,一、水泥混凝土路面溫度應(yīng)力分析,水泥混凝土路面板內(nèi)不同深處的溫度，隨氣溫的變化而變化。這種變化使混凝土板出現(xiàn)膨脹和收縮變形的趨勢(shì)。當(dāng)變形受阻時(shí)，板內(nèi)便產(chǎn)生脹縮應(yīng)力或翹曲應(yīng)力。,1. 脹縮應(yīng)力 混凝土澆筑的初期，混凝土尚未完全硬化，其抗拉強(qiáng)度不足以抵抗收縮應(yīng)力，板將出現(xiàn)開裂。 混凝土板溫度升高時(shí)，如果未設(shè)置脹縫，板的膨

7、脹受阻，板內(nèi)將出現(xiàn)膨脹應(yīng)力。,為了減少收縮應(yīng)力，在混凝土板內(nèi)設(shè)置各種接縫，板被劃分為有限尺寸的板塊。這時(shí)板的自由收縮受到板與基礎(chǔ)的摩阻力所約束，此摩阻力隨板的自重而變。因變形受阻而產(chǎn)生的板內(nèi)最大應(yīng)力出現(xiàn)于板長(zhǎng)的中央。 板劃分為有限尺寸板塊后，因收縮而產(chǎn)生的應(yīng)力很小，可不予考慮。,2. 翹曲應(yīng)力 1) 當(dāng)氣溫變化較快時(shí)，板頂面與底面產(chǎn)生溫度差，脹縮變形大小也就不同。 2) 當(dāng)氣溫升高時(shí)，板頂面溫度較其底面高，板頂膨脹變形較板底的大，則板中部隆起；當(dāng)氣溫下降時(shí)，板頂面溫度較其底面板低，板頂收縮變形較板底大。,3) 因而板的邊緣和角隅翹起。由于板的自重、地基反力和相鄰板的鉗制作用，使部分翹曲變形受阻

8、，從而使板內(nèi)產(chǎn)生翹曲應(yīng)力。,圖16-11 混凝土路面板的翹曲變形 a)氣溫升高時(shí)； b)氣溫降低時(shí),假設(shè)：溫度沿板斷面呈直線變化、板和地基始終保持接觸，不計(jì)板自重。,第五節(jié) 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì),一、面層混凝土板 應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。 一般采用設(shè)接縫、不配筋的普通混凝土； 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。 對(duì)于承受特種交通高速公路，可以選用連續(xù)配筋混凝土面層或選用連續(xù)配筋混凝土路面加瀝青混凝土面層的復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)。,1. 普通混凝土、鋼筋混凝土、碾壓

9、混凝土或鋼纖維混凝土面層板一般采用矩形。其縱向和橫向接縫應(yīng)垂直相交，縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互錯(cuò)位。 2. 縱向接縫的間距按路面寬度在3.04.5m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。 3. 橫向接縫的間距按面層類型和厚度選定： 普通混凝土面層一般為46m，面層板的長(zhǎng)寬比不宜超過1.30，平面尺寸不宜大于25m2； 碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層一般為610m； 鋼筋混凝土面層一般為615m。,水泥混凝土面層厚度的參考范圍,4. 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。,各級(jí)公路水泥混凝土面層的表面構(gòu)造深度(mm)要求,特殊路段對(duì)于高速公路和一級(jí)公路系指

10、立交、平較或變速車道等處；對(duì)于其他等級(jí)公路系指急彎、陡坡、交叉口或集鎮(zhèn)附近。 年降雨量600mm以下的地區(qū)，表列數(shù)值可適當(dāng)降低。,二、基層 基層應(yīng)具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度。 基層類型宜依照交通等級(jí)按表選用。,基層的寬度應(yīng)比混凝土面板每側(cè)寬出300650mm。 采用碾壓混凝土或貧混凝土作為基層時(shí)，應(yīng)設(shè)置與混凝土面層板相對(duì)應(yīng)的縱、橫接縫。 提高基層的強(qiáng)度或剛度，對(duì)于降低面層的應(yīng)力或者減薄面層的厚度，影響很小。因而，混凝土面層下的基層不必很厚。 規(guī)范建議的各類基層的厚度范圍，是依據(jù)形成結(jié)構(gòu)層、方便施工（單層攤鋪碾壓）或排水要求等因素制定的。,三、墊層 遇有下述情況時(shí)，需在層基下設(shè)置墊層： 季

11、節(jié)性冰凍地區(qū)，路面總厚度小于最小防凍厚度要求時(shí)，其差值應(yīng)以墊層厚度補(bǔ)足； 水文地質(zhì)條件不良的土質(zhì)路塹，路床土濕度較大時(shí)，宜設(shè)置排水墊層； 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。 注意事項(xiàng)： 墊層的寬應(yīng)與路基同寬，其最小厚度為150mm。 防凍墊層和排水墊層宜采用砂、砂礫等顆粒材料。 半剛性墊層可采用低劑量無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料或土。,四、路基 路基應(yīng)穩(wěn)定、密實(shí)、均質(zhì)，對(duì)路面結(jié)構(gòu)提供均勻的支承。 注意事項(xiàng)： 高液限粘土及含有機(jī)質(zhì)細(xì)粒土，不能用做高速公路和一級(jí)公路的路床填料或二級(jí)和二級(jí)以下公路和上路床填料； 高液限粉土及塑性指數(shù)大于16或膨脹率大于3的低液限粘土，不能用做高速公路和一

12、級(jí)公路的上路床填料。 因條件限制而必須采用上述土做填料時(shí)，應(yīng)摻加石灰或水泥等結(jié)合料改善。 地下水位高時(shí)，宜提高路堤設(shè)計(jì)標(biāo)高。 路基壓實(shí)度應(yīng)符合公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。 巖石或填石路床頂面應(yīng)鋪設(shè)整平層。,五、路肩 1、路肩鋪面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一定的承載能力，其結(jié)構(gòu)層組合和材料選用應(yīng)與行車道路面相協(xié)調(diào)，并保證進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)中的水的排除。 2、路肩鋪面可選用水泥混凝土面層或?yàn)r青面層。 3、路肩水泥混凝土面層的厚度通常采用與行車道面層等厚，其基層宜與行車道基層相同。選用薄面層時(shí)，其厚度不宜小于150mm，基層應(yīng)采用開級(jí)配粒料。 4、路肩瀝青面層宜選用密實(shí)型瀝青混合料。其基層可選用無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定粒料或級(jí)配粒料。

13、行車道路面結(jié)構(gòu)不設(shè)內(nèi)部排水設(shè)施時(shí)，瀝青面層和不透水基層的總厚度不宜超過行車道面層的厚度，基層下應(yīng)選用透水性粒料填筑。,第六節(jié) 我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法,我國(guó)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法采用單軸雙輪組100KN標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的彈性半空間地基有限大矩形薄板理論有限元解為理論基礎(chǔ)，以路面板縱縫邊緣荷載與溫度綜合疲勞彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行路面板厚度設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)完成后，路面板的綜合疲勞彎拉應(yīng)力應(yīng)滿足以目標(biāo)可靠度為依據(jù)的極限狀態(tài)平衡方程式。,可靠度系數(shù)是與偏差與保證率相關(guān)的一個(gè)參數(shù)，它是在綜合考慮材料強(qiáng)度、面板厚度、基層頂面當(dāng)量回彈模量等參數(shù)會(huì)發(fā)生實(shí)際變異的基礎(chǔ)上，按一定保證率給出的強(qiáng)度富余系數(shù)。,一、目標(biāo)可靠

14、度與疲勞極限狀態(tài)方程式,水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)行車荷載和溫度梯度綜合作用所產(chǎn)生的面層板疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并以設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)最重軸載和最大溫度梯度綜合作用所產(chǎn)生的面層板極限斷裂作為驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)。,式中： r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)確定； p r面層板在臨界荷位處產(chǎn)生的行車荷載疲勞應(yīng)力（MPa）； t r面層板在臨界荷位處產(chǎn)生的溫度梯度疲勞應(yīng)力（MPa）； p,max最重的軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力（MPa）； t,max所在地區(qū)最大溫度梯度在臨界荷位處產(chǎn)生的最大溫度翹曲應(yīng)力（MPa）； fr水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）。,疲勞斷裂：,極限斷裂：,目標(biāo)

15、可靠度是所設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有的可靠度水平。它的選取是一個(gè)工程經(jīng)濟(jì)問題： 目標(biāo)可靠度定得較高，則所設(shè)計(jì)的路面結(jié)構(gòu)較厚，初期修建費(fèi)用較高，但使用期間的養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和車輛運(yùn)行費(fèi)用較低； 目標(biāo)可靠度定得較低，初期修建費(fèi)用可降低，但養(yǎng)護(hù)費(fèi)用和車輛運(yùn)行費(fèi)用需提高。,材料性能和結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的變異水平等級(jí)，按施工技術(shù)、施工質(zhì)量控制和管理水平分為低、中、高三級(jí)。 由滑?；蜍壍朗绞┕C(jī)械施工，并進(jìn)行認(rèn)真、嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制和管理的工程，可選用低變異水平等級(jí)。,由滑?；蜍壍朗绞┕C(jī)械施工，但施工質(zhì)量控制和管理水平較弱的工程，或者采用小型機(jī)具施工，而施工質(zhì)量控制和管理得到認(rèn)真、嚴(yán)格的執(zhí)行的工程，可選用中低變異水平等級(jí)。

16、采用小型機(jī)具施工，施工質(zhì)量控制和管理水平較弱的工程，可選用高變異水平等級(jí)。,可靠度設(shè)計(jì)方法中，各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)通常都應(yīng)選用均值作為標(biāo)準(zhǔn)值。強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按隨機(jī)變量分布函數(shù)的85%分位值取值。,力學(xué)模型,按基層和面層類型和組合的不同，路面結(jié)構(gòu)分析分別采用下述力學(xué)模型： 1) 彈性地基單層板模型適用于粒料基層上混凝土面層，舊瀝青路面加鋪混凝土面層；面層板底面以下部分按彈性地基處理。 2) 彈性地基雙層板模型適用于無機(jī)結(jié)合料類基層或?yàn)r青類基層上混凝土面層，舊混凝土路面上加鋪分離式混凝土面層；面層和基層或者新舊面層作為雙層板，基層底面以下或者舊面層底面以下部分按彈性地基處理。,3) 復(fù)合板模型適用于兩層不同性

17、能材料組成的面層或基層復(fù)合板。舊混凝土路面上加鋪結(jié)合式混凝土面層，兩層不同性能材料組成的層間粘結(jié)的面層，作為彈性地基上的單層板或者彈性地基上雙層板的上層板； 無機(jī)結(jié)合料類基層或?yàn)r青類基層與無機(jī)結(jié)合料類底基層組成的基層，作為彈性地基上雙層板的下層板。,三、彎拉應(yīng)力分析及厚度設(shè)計(jì),1. 彈性地基單層板荷載應(yīng)力分析 1) 臨界荷位 選取混凝土板的縱向邊緣中部作為產(chǎn)生最大荷載和溫度梯度綜合疲勞損壞的臨界荷位。,臨界荷位：是指使路面產(chǎn)生最大綜合疲勞損傷的荷載作用位置。,2) 設(shè)計(jì)軸載在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力,式中：pr設(shè)計(jì)軸載在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞 應(yīng)力（MPa）； ps設(shè)計(jì)軸載在

18、四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng) 力(MPa)； kr考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，混凝土路肩， kr =0.870.92（路肩面層與路面面層等厚時(shí)取低 值，減薄時(shí)取高值），柔性路肩或土路肩，kr=1。 kf考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng) 力系數(shù)。 kc考慮計(jì)算理論與實(shí)際差異以及動(dòng)載等因素影響的綜 合系數(shù)。,綜合系數(shù)kc,式中 Ne設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)； 材料疲勞指數(shù)，普通、鋼筋、連續(xù)配筋混凝土：=0.057； 碾壓、貧混凝土：=0.065； f 鋼纖維的體積率（%）； lf鋼纖維的長(zhǎng)度（mm）； df鋼纖維的直徑（mm）。,kf 考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作

19、用的疲勞應(yīng)力系數(shù)；,式中: Ps設(shè)計(jì)軸載的單軸重 (kN)； hc、Ec、vc混凝土面層板的厚度 (m)、彎拉彈性模量（MPa）和泊松比 r 混凝土面層板的相對(duì)剛度半徑 (m) ； Dc混凝土面層板的截面彎曲剛度 (MNm) ； Et板底地基當(dāng)量回彈模量（MPa),ps 標(biāo)準(zhǔn)軸載PS在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力,3) 新建公路的基層頂面當(dāng)量回彈模量 Et,式中 E0路床頂綜合回彈模量（MPa）； 與粒料層總厚度hx有關(guān)的回歸系數(shù)； Ex粒料層的當(dāng)量回彈模量（MPa）； hx 粒料層的總厚度（m）； n 粒料層的層數(shù)； Ei、hi 第i 結(jié)構(gòu)層的回彈模量（MPa）與厚度 (m)。,在舊瀝

20、青混凝土路面上鋪筑水泥混凝土面層時(shí)，原瀝青混凝土路面頂面的地基綜合當(dāng)量回彈模量Et可根據(jù)落錘式彎沉儀（荷載50kN、承載板半徑150mm）的中心點(diǎn)彎沉的測(cè)定結(jié)果計(jì)算：,或根據(jù)貝克曼梁（后軸重100kN的車輛）的彎沉測(cè)定結(jié)果計(jì)算確定：,式中：0路段代表彎沉值（0.01mm） ； 路段彎沉平均值（0.01mm） ； sw路段彎沉的標(biāo)準(zhǔn)差（0.01mm） 。,4) 最重軸載在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力：,式中 : p,max 最重軸載Pm在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的最大 荷載應(yīng)力（MPa） ； pm最重軸載Pm在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的最大 荷載應(yīng)力（MPa），計(jì)算時(shí)式中的設(shè)計(jì)軸載Ps改 為最

21、重軸載Pm（以單軸計(jì)，kN） ；,2. 彈性地基單層板溫度應(yīng)力分析 1) 在臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力按下式確定。,式中：tr面層板臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力(MPa)； t,max最大溫度梯度時(shí)面層板產(chǎn)生的最大溫度應(yīng)力(MPa)； kt 考慮溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)。,最大溫度梯度時(shí)混凝土面層板最大溫度應(yīng)力:,式中：c混凝土的線膨脹系數(shù)，根據(jù)粗集料的巖性取用； Tg公路所在地50年一遇的最大溫度梯度； BL 綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)。,綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)：,式中 CL混凝土面層板的溫度翹曲應(yīng)力系數(shù)； L面層板的橫縫間距，即板長(zhǎng)(m)； r 面層板的

22、相對(duì)剛度半徑 (m)。,溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)：,式中 at、bt 和ct回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查表確定。,面層板或上面層板的荷載疲勞應(yīng)力 pr計(jì)算過程中除設(shè)計(jì)軸載 Ps在上層板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力 ps，其他參數(shù)與計(jì)算公式與單層板一致。,式中 Db下層板的截面彎曲剛度（MN-m） ； hb、Eb、b下層板的厚度（m） 、彎拉彈性模量（MPa）和泊松比； rg雙層板的總相對(duì)剛度半徑（m） ； hc、Dc上層板的厚度（m）和截面抗彎剛度（MN-m）。,3. 彈性地基雙層板荷載應(yīng)力：,上層板的溫度疲勞應(yīng)力tr、最大溫度翹曲應(yīng)力t.max、綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力作用的溫度應(yīng)力系數(shù)BL的計(jì)

23、算式與單層板的相同，溫度翹曲應(yīng)力系數(shù) CL按 下式確定。下層板的溫度疲勞應(yīng)力不需計(jì)算分析。,4. 彈性地基雙層板溫度應(yīng)力：,上層板的溫度翹曲應(yīng)力系數(shù)：,式中 與雙層板結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)； r 層間接觸狀況參數(shù) (m) ； kn 面層與基層之間豎向接觸剛度，上下層之間不設(shè)瀝青混凝土夾層或隔離層時(shí)按上式計(jì)算，設(shè)瀝青混凝土夾層或隔離層時(shí)，kn 取3000 MPa/m。,5. 混凝土板厚度計(jì)算流程 1) 交通分析，計(jì)算設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道設(shè)計(jì)軸載累計(jì)作用次數(shù)。 2) 初擬路面結(jié)構(gòu)，包括行車道路面結(jié)構(gòu)的組合設(shè)計(jì)(包括基層、面層的材料類型和厚度)，面板尺寸劃分，接縫類型設(shè)計(jì)。 3) 分別計(jì)算混凝土面層板（單層

24、板或雙層板的面層板）的最重軸載產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力、設(shè)計(jì)軸載產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力、最大溫度梯度產(chǎn)生的最大溫度應(yīng)力及溫度疲勞應(yīng)力。 4)當(dāng)荷載疲勞應(yīng)力與溫度疲勞應(yīng)力之和與可靠度系數(shù)的乘積，小于且接近于混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)，最大荷載應(yīng)力與最大溫度應(yīng)力之和與可靠度系數(shù)的乘積，小于混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，則初選厚度可作為混凝土板的計(jì)算厚度。,5) 如不滿足，應(yīng)改選混凝土板厚度，重新計(jì)算，直到滿足要求為止。 6) 計(jì)算厚度加 6mm磨損厚度后，按 10mm向上取整，作為混凝土面層的設(shè)計(jì)厚度。,混凝土板厚度計(jì)算流程圖,43,50,普通混凝土路面設(shè)計(jì),示例1 粒料基層上混凝土面板厚度計(jì)算 示例2 水泥穩(wěn)定粒

25、料基層上混凝土面板厚度計(jì)算 示例3 碾壓混凝土基層上混凝土面板厚度計(jì)算 示例4 面層復(fù)合板的厚度計(jì)算,51,1. 粒料基層上混凝土面板厚度計(jì)算,示例1 某地?cái)M新建一條二級(jí)公路，水泥混凝土路面，粒料基層 公路自然區(qū)劃II區(qū) 二級(jí)公路，路面寬7m 路基為低液限粘土，路床頂距地下水位平均1.2m 當(dāng)?shù)氐拇旨弦曰◢弾r為主 設(shè)計(jì)軸載Ps=100kN，最重軸載Pm=150kN 設(shè)計(jì)車道使用初期設(shè)計(jì)軸載的日作用次數(shù)為100次 交通量年平均增長(zhǎng)率為5,52,1.1 交通分析,由表3.0.1，二級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為20年，安全等級(jí)為二級(jí)。 由附錄A表A.2.4，臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.62。,由

26、表3.0.7可知，屬中等交通荷載等級(jí)。,次,53,1.2 初擬路面結(jié)構(gòu),施工質(zhì)量變異水平選擇中級(jí) 初擬普通混凝土面層厚度為0.23m，查表4-3 (二級(jí)公路、中等交通荷載等級(jí)和中級(jí)變異水平) 基層選用級(jí)配碎石，厚0.20m 普通混凝土板的平面尺寸4.53.5m 縱縫為設(shè)拉桿平縫 橫縫為不設(shè)傳力桿的假縫 路肩面層與行車道面層等厚并設(shè)拉桿相連,54,1.3-1 路面材料參數(shù)確定,混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為4.5MPa (表3.0.8 ) 混凝土彎拉彈性模量與泊松比為29GPa、0.15。 粗集料為花崗巖的混凝土熱膨脹系數(shù)c=1010-6 / (表E.0.3-2) 低液限粘土路基回彈模量80MPa (表

27、E.0.1-1) 地下水位1.2m時(shí)的濕度調(diào)整系數(shù)為0.75 (表E.0.1-2 ) 路床頂綜合回彈模量為800.75=60MPa 級(jí)配碎石基層回彈模量為300MPa (表E.0.2-1),55,1.3-2 路面材料參數(shù)確定,板底地基當(dāng)量回彈模量Et取為120 MPa。,普通混凝土面層的彎曲剛度Dc，相對(duì)剛度半徑r：,板底地基當(dāng)量回彈模量計(jì)算：,56,1.4 荷載應(yīng)力,設(shè)計(jì)軸載和最重荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力：,荷載疲勞應(yīng)力、最大荷載應(yīng)力：,其中，考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)kr = 0.87； 綜合系數(shù)kc =1.05； 疲勞應(yīng)力系數(shù),57,1.5-1 溫度應(yīng)力,最大溫度梯度取88 /

28、m (表3.0.10) 綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)BL ：,最大溫度應(yīng)力：,58,1.5-2 溫度應(yīng)力,溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt,溫度疲勞應(yīng)力:,59,1.6-1 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核,二級(jí)公路、中等變異水平條件下的可靠度系數(shù)r=1.13 (查表3.0.1及表3-1) 校核路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)是否滿足要求：,初擬的路面結(jié)構(gòu)不能滿足要求。將混凝土面層厚度增至0.24m。 重復(fù)以上計(jì)算 荷載疲勞應(yīng)力pr= 3.26MPa，最大荷載應(yīng)力 p.max= 2.21MPa 最大溫度應(yīng)力t.max= 1.47MPa，溫度疲勞應(yīng)力tr= 0.67MPa,60,滿足結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)要求，所選的普通混凝土面層計(jì)算厚度

29、0.24m可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)軸載荷載和溫度梯度的綜合疲勞作用，以及最重軸載在最大溫度梯度時(shí)的一次極限作用。 +6mm刻槽磨耗厚度，混凝土面層設(shè)計(jì)厚度為0.25m！,1.6-2 結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核,再進(jìn)行結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)驗(yàn)算：,61,2 水泥穩(wěn)定粒料基層上混凝土面板厚度計(jì)算,示例2 某地?cái)M新建一條一級(jí)公路，水泥混凝土路面，水泥穩(wěn)定砂礫基層 公路自然區(qū)劃IV區(qū) 一級(jí)公路 路基土為低液限粉土，路床頂距地下水位1.0m 當(dāng)?shù)卮旨弦缘[石為主 設(shè)計(jì)軸載為Ps=100kN，最重軸載Pm=180kN 設(shè)計(jì)車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為3200 交通量年平均增長(zhǎng)率為5,62,2.1 交通分析,一級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，安全等級(jí)為一級(jí) (表3.0.1) 臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.22 (附錄表A.2.4) 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)：,屬重交通荷載等級(jí) (表3.0.7 ),次,63,2.2 初擬路面結(jié)構(gòu),