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1、第九章水泥混凝土路面结构设计DesignOfPavementStructureForCementConcrete1水泥混凝土路面：指以水泥混凝土板作为主要承载结构层，而板下的基垫层及路基统称为地基，起支承作用。水泥混凝土路面分类：1.普通混凝土（仅在接缝或边角配筋）；2.钢筋混凝土；3.连续配筋混凝土；4.碾压混凝土；5.钢纤维混凝土。设计理论：弹性地基板理论设计内容：1.结构层次组合；2.路面板尺寸确定；3.接缝构造及配筋设计9.1混凝土路面的损坏模式和设计要求一、损坏模式：1.断裂：原因为板太薄或轮载过重和作用次数过多，板的平面尺寸太大。2.
2、挤碎：接缝附近受挤压而碎裂。3.拱起：接缝两侧的板突然向上拱起，为纵向屈曲失稳引起。4.唧泥：接缝内喷溅出泥浆现象，使路面板边缘和角隅部分逐渐失去支承，导致断裂。5.错台：竖向相对位移。水泥混凝土路面优缺点：强度高、稳定性好、耐久性好、养护费用少、经济效益高、有利于夜间行车；对水泥需要量大、有接缝、开放交通迟、修复困难。2二、设计要求：1.路基和基层设计：要求密实、均匀、稳定和防冻厚度及E。大于规定值。2.混凝土材料组成设计：配合比及材料要达到高强、耐磨和抗冻。3.路面板几何尺寸设计：平面尺寸、板厚设计，以使强度（σp,σt）满足要求。4.接缝及
3、配筋设计：选接缝类型、布置接缝位置、定接缝构造，以提高接缝传荷能力。混凝土面板承受的应力很多，有荷载应力σp、温度应力σt、收缩应力、体积变化应力等，设计时，主要考虑σp，σt。9.2弹性地基板的应力分析混凝土路面在荷载P作用下变形很小，其Ｅ远大于路基和基垫层的Ｅ，其间的摩阻力一般也不大，鉴于这个特性，用弹性地基板理论分析。一、荷载应力分析：1.弹性地基小挠度薄板理论：厚度不到平面尺寸的1/10的板叫薄板，竖向位移远小于厚度的变形叫小挠度。3基（垫）层、路基可看成弹性地基，它对路面只有向上的竖向反力，且地基与板完全接触（不脱离），即挠度相同。在研
4、究竖向荷载作用下的小挠度板问题时，常采用下列三项基本假设：1.σz,εz≈0,W为（x,y)的函数。2.无横向剪应变，γxz=γyz=0。3.中面上各点无x、y方向位移，u=v=0,只有W。则板挠曲面微分方程为：4采用圆柱坐标时：2.Winkler地基（K地基）：1）板中受荷时：当δ<0.5h时，偏差较大，用代替δ。2）板边部中受荷时：当δ<0.5h时，偏差较大，用b代替δ。3）板角受荷时：当板角脱开时：δ下降。在以上诸式中，l为板的相对刚度5例题：黄河JN-150型车后轴一侧双轮组，P=50.8KN，p=0.7MPa,h=0.22m,Ec=30
5、000MPa,µc=0.15,k=50MPa,求不同轮载位置时的最大应力值。解：双轮组按单圆荷载考虑查P197图得：Ci=1.29，Ce=1.92，Cc=1.69，Cc′=2.43∴板中应力：∴板边中部应力：∴板角应力：63.弹性半无限地基板（E地基）：半无限地基上无限大板受到集中或圆形分布荷载作用时，属于轴对称问题。距荷载中心r处挠度：为半无限地基板的相对刚度半径，Es、µs为地基参数。距集中荷载作用中心r处，板在单位宽度的幅向弯矩Mr和切向弯矩Mt:7M算出后，得到单位板宽应力当板受到多个车轮荷载时，可取其中一个为主轮算出M。按均布荷载考虑，
6、其他各轮按集中荷载考虑,算出Mr、Mt。然后叠加它们的影响，叠加时注意应力的方向。如统一取x,y方向，则Mr、Mt转换为Mx、My时，用材料力学公式：看到书上199页例题9.14.弹性地基板的有限元解：A、m、n为回归系数。见P201表9-3。二、温度应力分析：1、胀缩应力：1）二维板中部：Td为温差。升高时为正,降低时为负．8看到书上204页例题9.2,例题9.33)对于窄长混凝土板：混凝土Ｅc的取值，应考虑应力作用的持续时间．由于混凝土的蠕变效应，其持久Ｅ仅为标准Ｅ的1/3~2/3．γc为混凝土容重,取0.024KN/m3,f为板与地基间的摩
7、阻系数,采用1~22）一维板边中部：约束板长变化的地基摩阻力随板的重量而变,也即同离板自由端的距离x成正比。此时:σt=γc·f·x为减小胀缩应力,可将路面板划分为有限尺寸板,若板长为6米时,σt=0.1MPa左右,可不计.2、翘曲应力：由于混凝土导热性能差，当气温变化时,板顶和板底产生温差,胀缩应力将不同,会引起翘曲.当板顶温度高于板底时,板中部力图隆起.受到约束后板底将出现拉应力.反之,板顶出现拉应力.91)文克勒地基(K地基)：三个假设：温度沿板厚呈直线变化;板的自重不计;板与地基始终保持接触.当板较厚时,温度变化(沿板厚)为非线性.则:2
8、)E地基：无解析解,只有数值解(有限元解),查P206图9-14.109.3结构层组合设计主要考虑交通等级、气候、路基及材料情况，与柔性
