路基路面工程第13章水泥混凝土路面设计ppt课件.ppt

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1、第十三章水泥混凝土路面设计1本章主要内容：第一节概述第二节弹性地基板体系理论概述第三节水泥混凝土路面荷载应力分析第四节水泥混凝土路面温度应力分析第五节水泥混凝土路面板厚设计方法第六节水泥混凝土路面加铺层设计213.1概述一、水泥混凝土路面的力学特性水泥混凝土路面的特点：（从力学角度）面层弹性模量及强度高，基层和土基的相应模量和强度低；荷载扩散能力强，挠度小，因而外荷作用时处于弹性状态；抗弯拉强度和抗压强度高，车轮荷载导致疲劳破坏；砼板与基层/土基之间摩阻力一般不大，因而弹性地基板理论；存在温度翘曲应力→尺寸越大，翘曲应力越大→限制板尺寸；不均匀的基础

2、变形→混凝土板脱空→弯拉应力过大→土基与基层的变形对面板受力影响大。3二、水泥混凝土路面的损坏模式水泥混凝土路面在行车荷载和环境因素的作用下可能出现的破坏类型主要有：断裂类、变形类、接缝损坏类、表层损坏等。4三、破坏状态1、断裂：板内应力超过砼强度，砼路面结构破坏的临界状态产生原因：2、唧泥：车辆行经接缝时，由缝内喷射出稀泥浆的现象，原因：53、错台：两侧（接缝或裂缝）面层板端部出现的高程差产生原因：唧泥4、接缝碎裂：临近横向和纵向接缝输十厘米范围内，板边缘砼的开裂，断裂或成碎块，碎屑。产生原因：5、拱起：温度升高，砼面板在热膨胀受到约束时，横缝两侧

3、数块板块突然出现向上拱起的屈曲失稳现象，并出现板块横向断裂。产生原因：6四、设计标准弹性地基板，纵缝边缘中部在重复荷载（车辆荷载及温度翘曲应力）的反复作用下，路面板的破坏应力要比极限弯拉强度小，即产生疲劳破坏。7五.水泥砼路面设计结构内容1．路面结构层组合设计2．砼面板厚度设计3．砼面板的平面尺寸与接缝设计4．路肩设计和排水设计5．普通砼路面的钢筋配筋设计813.2弹性地基板体系理论概述一．小挠度薄板的基本假设：(1)砼板厚度远小于平面尺寸(2)挠度远小于厚度(3)工作在弹性阶段“小挠度弹性薄板”理论9（1）垂直于中面方向形变分量极其微小，可以忽略不

4、计。故位移仅为平面函数，也就是说，在中面的任意一根法线上，薄板全厚度范围内的各点都具有相同的位移。（2）垂直于中面的法线，在弯曲变形前后均保持为直线并垂直于中面，因而无横向剪切应变，即※研究弹性小挠度薄板在垂直于中面的荷载的作用下的弯曲时，通常采用下述三项基本假设：10（3）中面上各点无平行于中面的位移，即由假设（1）得：①由假设（2）得：则：②板的应力－应变关系③（物理方程）11由假设（3），②式得：则：则：④此板的几何方程表示为：⑤12将物理方程③式改写成应力分量表达式，则：⑥由⑥可知，各项应力分量均为z的函数，因此在厚度方向上截面上的力的和为零

5、，并可分别合成单位宽度上的弯矩，扭矩和剪力，即：13⑦⑧式中：14经过整理得出应力分量与弯矩，扭矩，剪力之间的关系：⑨15当z=h/2时，可得到板的最大应力关系为：⑩16二．弹性曲面微分方程：根据薄板的基本假设及内力与荷载的平衡条件可得分别写出力矩的平衡方程，简化以后得：17写出z方向的受力平衡方程，简化以后，略去微量，得：（11）代入（12）式：将式（10）中的Mx，My，Mxy的表达式代入（13）得薄板弹性曲面微分方程18w——板的挠度；D——弯曲刚度；h——板厚；——板的弹性模量和泊松比；当板上作用荷载为p，反力为q时，（14）式改写为（15）

6、求解出板的挠度w后，即可由（6）式求各应力分量；由（7）式求弯矩与扭矩。19（15）式中两个未知数：挠度w与反力q必须建立附加方程，将w，q联系起来，才能与（15）式联立求解w。两种地基模型：1.温克尔地基模型；2.弹性半空间体地基模型。2013.3水泥砼路面荷载应力分析一．Winkler地基板的荷载应力分析：地基反力q（x,y）与该点挠度w(x,y)的关系式：q(x,y)=k·q(x,y)k——地基反应模量MPa/m3.211）文克勒地基模型：Winkler地基模型/稠密液体地基假定：土基顶面任一点的弯沉w仅同作用于该点的垂直压力p成正比，而与其他

7、相邻点处的压力无关。压力p与弯沉w之比即称为地基反应模量k。由：k=p/w→q(x,y)=kW(x,y)222）弹性半空间地基模型：该地基被看作是均质的半无限连续介质。地基顶面任一点的挠度不仅同作用于该点的压力，也同顶面其它点上的压力有关，即：q(x,y)=f［Ｗ(x,y)］。这种地基模型有时也称作弹性半无限或弹性固体地基模型，采用弹性模量和泊桑比来表征其弹性性质。任一点的挠度W为：23※为了求解弹性地基板的应力，除了弹性小挠度薄板的基本假设外，补充板与地基之间的假设：（1）变形过程中，板与地基始终紧密接触，与地基顶面垂直；（2）板与地基接触面上无摩

8、擦阻力，即层间水平剪力为零。将温克尔地基模型中反力与位移关系q=kx，或者弹性地基板模型中反力与位移关系q=