水泥混凝土路面设计1

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1、第十六章水泥混凝土路面设计第一节概述第二节弹性地基板体系理论简介第三节水泥混凝土路面应力分析第四节水泥混凝土路面可靠度设计第五节水泥混凝土路面结构组合设计第六节我国水泥混凝土路面设计方法1第一节概述一、混凝土路面结构特征1.水泥混凝土路面结构属于弹性层状体系2.采用弹性地基板理论进行分析计算1)混凝土路面板的弹性模量及力学强度大大高于基层和土基的相应模量和强度；2)其次，混凝土的抗弯拉强度远小于抗压强度，约为其1/6～1/7，因此决定水泥混凝土板尺寸的强度指标是抗弯拉应力；3)同时，由于混凝土板与基层或土基之间的摩阻力一般不大，所以在力学图式上可把水泥混凝土路面结构看作是弹性地基板，用

2、弹性地基板理论进行分析计算。23.混凝土板必须具有足够的抗弯拉强度和厚度1)混凝土的抗弯拉强度远低于抗压强度，在车轮荷载作用下当弯拉应力超过混凝土的极限抗弯拉强度时，混凝土板便产生断裂破坏。2)在车轮荷载的重复作用下，由于疲劳效应混凝土板会在低于其极限抗弯拉强度时出现破坏。3)板顶面和底面的温差会使板产生温度翘曲应力，板的平面尺寸越大，翘曲应力也越大。4)水泥混凝土为脆性材料，在断裂时相对拉伸变形很小，在荷载作用下土基和基层的变形情况对混凝土板的影响很大，不均匀的基础变形会使混凝土板与基层脱空。34.破坏类型和设计标准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：

3、1)断裂；2)唧泥；3)错台；4)拱起；5)接缝挤碎等从保证路面结构承载能力的角度，混凝土路面结构设计应以防止面层板断裂为主要设计标准；从保证汽车行驶性能的角度，应严格控制接缝两侧的错台量。混凝土路面板的疲劳破坏不仅与荷载重复次数有关，而且与温度周期性变化产生的温度翘曲应力重复作用有关。路面板防止两种因素综合作用产生的疲劳开裂，必须使荷载疲劳应力(σp)与温度疲劳翘曲应力(σt)和不超过混凝土的抗弯拉强度(fcm)，即σp+σt≤fcm4为了防止混凝土路面拱起、错台、接缝挤碎和唧泥，除了采用排水基层、耐冲刷基层和增强接缝传荷能力外，还可加强日常养护等。二、水泥混凝土路面结构设计内容1.

4、路面结构层组合设计2.混凝土面板厚度设计3.混凝土面板的平面尺寸与接缝设计4.路肩设计5.混凝土路面(连续配筋、钢筋混凝土路面)的钢筋配筋率设计5三、混凝土路面结构设计理论与方法1.世界各国：以弹性地基板的荷载应力、温度应力分析方法为基本理论，以混凝土路面板的弯拉应力作为极限状态和设计控制指标。采用温克勒地基模型或弹性半空间均质地基模型。2.我国《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2011:以弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础，以100KN单轴双轮标准轴载作用于矩形板纵向边缘中部产生的最大荷载应力控制设计。采用了可靠度设计方法，以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设

5、计的极限状态。6五、混凝土路面交通等级1.设计基准期2.轴载当量换算73.交通调查与轴载分析由于轻型车对混凝土路面的疲劳损伤可以不计，因此将统计的年平均日交通量中的2轴4轮以下的轻型客货车辆所占的交通量剔除不计，从而得到设计基准期初期的年平均日货车交通量（双向）。再乘以方向系数（通常为0.5）和车道分布系数才能得到设计车道在设计基准初期的年平均日货车交通量ADTT。84.标准轴载累计当量作用次数由轴载谱和轴载当量换算系数计算得到设计车道使用初期的标准轴载日作用次数：kp,ij—各种轴型不同轴载级位的标准轴载当量换算系数；ni—每3000辆2轴6轮以上客、货车辆中i种轴型出现的次数；Pi

6、j—i种轴型j级轴载的频率(以分数计)95.交通等级划分公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路0.17-0.22二级、二级以下公路行车道宽＞7m0.34-0.39行车道宽<7m0.54-0.62临界荷位处车辆轮迹横向分布系数η注：车道、行车道较宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。10第三节水泥混凝土路面应力分析一、水泥混凝土路面温度应力分析水泥混凝土路面板内不同深处的温度，随气温的变化而变化。这种变化使混凝土板出现膨胀和收缩变形的趋势。当变形受阻时，板内便产生胀缩应力或翘曲应力。1.胀缩应力混凝土浇筑的初期，混凝土尚未完全硬化，其抗拉强度不足以抵抗收缩应力，板将出现开裂。混凝土板温

7、度升高时，如果未设置胀缝，板的膨胀受阻，板内将出现膨胀应力。11为了减少收缩应力，在混凝土板内设置各种接缝，板被划分为有限尺寸的板块。这时板的自由收缩受到板与基础的摩阻力所约束，此摩阻力随板的自重而变。因变形受阻而产生的板内最大应力出现于板长的中央。板划分为有限尺寸板块后，因收缩而产生的应力很小，可不予考虑。2.翘曲应力1)当气温变化较快时，板顶面与底面产生温度差，胀缩变形大小也就不同。2)当气温升高时，板顶面温度较其底面高，板顶膨胀变形较板底