第十六章-水泥混凝土路面.pptx
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1、路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 一、结构特征一、结构特征面板具有弹性板的变形特性面板具有弹性板的变形特性面板有板体弯析破坏的破坏特征面板有板体弯析破坏的破坏特征 下部结构基本上工作在弹性范围下部结构基本上工作在弹性范围 面板与基层之间的摩擦力小面板与基层之间的摩擦力小 上级 上页 下页路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 二、结构设计内容二、结构设计内容路面结构层组合设计路面结构层组合设计混凝土面板厚度设计混凝土面板厚度设计混凝土面板的平面尺寸与
2、接缝设计混凝土面板的平面尺寸与接缝设计路肩设计路肩设计混凝土路面的钢筋配筋设计混凝土路面的钢筋配筋设计上级 上页 下页路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 三、结构设计原则三、结构设计原则三、结构设计原则三、结构设计原则根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素,根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素,根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素,根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素,密切结合本地区实践经验;密切结合本地区实践经验;密切结合本地区实践经验;密切结合本地区实践经验;遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养遵循
3、因地制宜、合理选材、方便施工、利于养遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资;护、节约投资;护、节约投资;护、节约投资;积极推广成熟的科研成果;积极推广成熟的科研成果;积极推广成熟的科研成果;积极推广成熟的科研成果;注意环境保护;注意环境保护;注意环境保护;注意环境保护;尽可能机械化、工程化;尽可能机械化、工程化;尽可能机械化、工程化;尽可能机械化、工程化;处理好地基不良地段。处理好地基不良地段。处理好地基不良地段。处理好地基不良地段。上级 上页 下页路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458
4、P453-458 四、设计理论与方法四、设计理论与方法世界各国:世界各国:以以弹性地基板弹性地基板的的荷载应力荷载应力、温度应力温度应力分析分析方法为基本理论,以混凝土路面板的方法为基本理论,以混凝土路面板的弯拉弯拉应力应力作为极限状态和设计控制指标。作为极限状态和设计控制指标。上级 上页 下页路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 公路水泥混凝土路面设计规范公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002:以以弹性半空间地基有限大矩形板弹性半空间地基有限大矩形板模型为基模型为基础,以础,以100KN单轴双轮单轴双轮标准轴
5、载作用于矩标准轴载作用于矩形板形板纵向边缘中部纵向边缘中部产生的产生的最大荷载应力最大荷载应力控控制设计。制设计。上级 上页 下页路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 五、混凝土路面交通等级五、混凝土路面交通等级五、混凝土路面交通等级五、混凝土路面交通等级1.1.设计基准期设计基准期设计基准期设计基准期上级 上页 下页公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路设计基准期(a)303020202.2.轴载当量换算轴载当量换算轴载当量换算轴载当量换算路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458
6、 P453-458 P453-458 上级 上页 下页3.3.轴载分析轴载分析轴载分析轴载分析交通量车道分布系数交通量车道分布系数交通量车道分布系数交通量车道分布系数单向车道数1234及4车道分布系数1.00.8-1.00.6-0.80.5-0.754.4.标准轴载累计当量作用次数标准轴载累计当量作用次数标准轴载累计当量作用次数标准轴载累计当量作用次数路基路面工程16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 上级 上页 下页交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne(104)2000100200031003交通分级交通分级交通分级交通分级5.5.交通等级划分交通等级划
7、分交通等级划分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Mr MtMr 轮外弯矩:轮外弯矩:轮外弯矩:轮外弯矩:路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 上级 上页 下页对称多轮载对称多轮载对称多轮载对称多轮载:求解方法:求解方法:求解方法:求解方法:以一组轮子为主轮,按圆以一组轮子为主轮,按圆以一组轮子为主轮,按圆以一组轮子为主轮,按圆形均布荷载计算板中最大形均布荷载计算板中最大形均布荷载计算板中最大形均布荷载计算板中
8、最大弯矩;其它轮子按集中荷弯矩;其它轮子按集中荷弯矩;其它轮子按集中荷弯矩;其它轮子按集中荷载计算其在主轮轮迹中心载计算其在主轮轮迹中心载计算其在主轮轮迹中心载计算其在主轮轮迹中心下成熟的附加弯矩和切向下成熟的附加弯矩和切向下成熟的附加弯矩和切向下成熟的附加弯矩和切向弯矩,然后转换为弯矩,然后转换为弯矩,然后转换为弯矩,然后转换为x x和和和和y y向向向向弯矩后叠加。弯矩后叠加。弯矩后叠加。弯矩后叠加。路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 上级 上页 下页叠加多轮载叠加多轮载叠加多轮载叠加多轮
9、载:路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 三、弹性地基板的有限元解三、弹性地基板的有限元解三、弹性地基板的有限元解三、弹性地基板的有限元解上级 上页 下页u对对于于弹弹性性半半空空间间体体地地基基上上有有限限尺尺寸寸矩矩形形板板的的板板中中、板板边边和和板板角角作作用用车车轮轮荷荷载载时时,求求解解相相应应位位置置的的挠挠度度和和弯弯矩矩在在数数学学上上遇遇到到很很大大困困难难。而而有有限限元元方方法法是是结结构构和和连连续续介介质质应应力力分分析中的一种较有效的计算方法。析中的一种较有效的计算
10、方法。u现现行行公公路路水水泥泥混混凝凝土土路路面面设设计计规规范范(JTJ01294)用用有有限限元元法法分分析析了了荷荷载载作作用用下下板板的的极极限限应应力力值值,由由此此给给出出了应力计算诺漠图。了应力计算诺漠图。以弹性半空间地基上度剪板理论为力学模型,用有限元方法以弹性半空间地基上度剪板理论为力学模型,用有限元方法计算载荷应力和疲劳强度设计法计算载荷应力和疲劳强度设计法 路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 1.1.特点:特点:特点:特点:可分析不规则板可分析不规则板可分析不规则板可分
11、析不规则板(发交叉口的梯形板、三角板、发交叉口的梯形板、三角板、发交叉口的梯形板、三角板、发交叉口的梯形板、三角板、缺口板缺口板缺口板缺口板)可计算有限尺寸的板(使得板边、板角的分析可计算有限尺寸的板(使得板边、板角的分析可计算有限尺寸的板(使得板边、板角的分析可计算有限尺寸的板(使得板边、板角的分析成为可能)成为可能)成为可能)成为可能)可考虑各种实际的边界约束和支承状况(如传可考虑各种实际的边界约束和支承状况(如传可考虑各种实际的边界约束和支承状况(如传可考虑各种实际的边界约束和支承状况(如传力捍、脱空等,非均匀支承)力捍、脱空等,非均匀支承)力捍、脱空等,非均匀支承)力捍、脱空等,非均匀
12、支承)可分析各种荷位和载荷组合(找到最荷位及荷可分析各种荷位和载荷组合(找到最荷位及荷可分析各种荷位和载荷组合(找到最荷位及荷可分析各种荷位和载荷组合(找到最荷位及荷载组合)载组合)载组合)载组合)上级 上页 下页路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 2.2.临界荷位的确定临界荷位的确定临界荷位的确定临界荷位的确定双轮组作用于纵缝边缘中间(且假定横缝无传双轮组作用于纵缝边缘中间(且假定横缝无传双轮组作用于纵缝边缘中间(且假定横缝无传双轮组作用于纵缝边缘中间(且假定横缝无传载能力)载能力)载能力)
13、载能力)轴载作用于板中(比双轮组作用于板中要大)轴载作用于板中(比双轮组作用于板中要大)轴载作用于板中(比双轮组作用于板中要大)轴载作用于板中(比双轮组作用于板中要大)上级 上页 下页规范规定:规范规定:规范规定:规范规定:以双轮以双轮以双轮以双轮组作用于纵缝边缘组作用于纵缝边缘组作用于纵缝边缘组作用于纵缝边缘中部为设计荷位。中部为设计荷位。中部为设计荷位。中部为设计荷位。路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 3.3.求解法求解法求解法求解法查诺莫图查诺莫图查诺莫图查诺莫图计算机有限元程序计算计
14、算机有限元程序计算计算机有限元程序计算计算机有限元程序计算上级 上页 下页路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 四、温度应力四、温度应力四、温度应力四、温度应力1.1.1.1.胀缩应力胀缩应力胀缩应力胀缩应力1)1)1)1)膨胀:膨胀:膨胀:膨胀:当气温缓慢变化时,板内温度均匀升降,当气温缓慢变化时,板内温度均匀升降,当气温缓慢变化时,板内温度均匀升降,当气温缓慢变化时,板内温度均匀升降,则面板沿断面的深度均匀胀缩。由于板与基层之则面板沿断面的深度均匀胀缩。由于板与基层之则面板沿断面的深度均匀胀
15、缩。由于板与基层之则面板沿断面的深度均匀胀缩。由于板与基层之间的摩阻约束,在温度升降时板中部不能移动,间的摩阻约束,在温度升降时板中部不能移动,间的摩阻约束,在温度升降时板中部不能移动,间的摩阻约束,在温度升降时板中部不能移动,得面板胀缩完全受阻时所产生的应力为:得面板胀缩完全受阻时所产生的应力为:得面板胀缩完全受阻时所产生的应力为:得面板胀缩完全受阻时所产生的应力为:上级 上页 下页对于板边缘中部或窄长板对于板边缘中部或窄长板对于板边缘中部或窄长板对于板边缘中部或窄长板 :路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471
16、P460-471 2)2)2)2)收缩:收缩:收缩:收缩:板划分为有限尺寸块后,因收缩而产生的板划分为有限尺寸块后,因收缩而产生的板划分为有限尺寸块后,因收缩而产生的板划分为有限尺寸块后,因收缩而产生的应力很小,可不予考虑。应力很小,可不予考虑。应力很小,可不予考虑。应力很小,可不予考虑。2.2.2.2.翘曲应力翘曲应力翘曲应力翘曲应力产生原因:产生原因:产生原因:产生原因:由由由由于于于于板板板板的的的的自自自自重重重重、地地地地基基基基反反反反力力力力和和和和相相相相邻邻邻邻板板板板的的的的钳钳钳钳制制制制作作作作用用用用,使使使使部部部部分分分分翘翘翘翘曲曲曲曲变变变变形形形形受受受受阻
17、阻阻阻,从从从从而而而而使使使使板板板板内内内内产产产产生生生生翘翘翘翘曲曲曲曲应应应应力。力。力。力。由由由由气气气气温温温温升升升升高高高高引引引引起起起起的的的的板板板板中中中中部部部部隆隆隆隆起起起起受受受受到到到到限限限限制制制制时时时时,板板板板底底底底面面面面出出出出现现现现拉拉拉拉应应应应力力力力;而而而而当当当当气气气气温温温温降降降降低低低低引引引引起起起起的的的的板板板板四四四四周周周周翘起受阻时,板顶面出现拉应力。翘起受阻时,板顶面出现拉应力。翘起受阻时,板顶面出现拉应力。翘起受阻时,板顶面出现拉应力。上级 上页 下页路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥
18、砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 上级 上页 下页路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 上级 上页 下页1.文克勒地基有限尺寸板文克勒地基有限尺寸板 假设假设:温度沿板断面呈直线变化;板和地基始终保持接触;不计板自重。:温度沿板断面呈直线变化;板和地基始终保持接触;不计板自重。沿板长(沿板长(L)和板宽()和板宽(B)方向的翘曲应力分别为:)方向的翘曲应力分别为:在板边缘中点:在板边缘中点:式式中中t为为板板顶顶面面与与板板底底面面的的温温度度
19、差差(),通通常常表表示示为为板板的的温温度度梯梯度度乘乘以板厚,即:以板厚,即:路基路面工程16-316-3 水泥砼路面应力分析水泥砼路面应力分析P460-471 P460-471 P460-471 P460-471 上级 上页 下页2.弹性半空间体地基有限尺寸板弹性半空间体地基有限尺寸板 弹弹性性半半空空间间体体地地基基上上板板的的翘翘曲曲应应力力,目目前前尚尚无无解解析析解解,可可采采用用有有限限元元法法计算板内翘曲应力。根据计算结果,绘出图计算板内翘曲应力。根据计算结果,绘出图16-l0中的曲线中的曲线1和和2。三、考虑内应力的温度翘曲应力三、考虑内应力的温度翘曲应力对对于于较较厚厚的
20、的板板,采采用用温温度度沿沿板板断断面面呈呈直直线线分分布布的的假假设设,即即按按板板顶顶和和板板底底的的温温度度差差确确定定的的温温度度梯梯度度计计算算的的温温度度翘翘曲曲应应力力,会会得得到到偏偏大大的的温温度度翘翘曲曲应应力力值值。为为此此,应应考考虑虑由由于于温温度度的的非非线线性性分分布布而而引引起起的的内内应应力力。将将内内应应力力同同翘翘曲应力相叠加后曲应力相叠加后,使得到考虑内应力的翘曲应力,使得到考虑内应力的翘曲应力计算式计算式为:为:板中部:板中部:板边缘中点:板边缘中点:式中式中Dx为温度应力系数:为温度应力系数:若为若为板中部板中部则则Cx取取 路基路面工程16-416
21、-4 水泥砼路面可靠度设计水泥砼路面可靠度设计P471-475 P471-475 P471-475 P471-475 基本概念:基本概念:基本概念:基本概念:可靠度:可靠度:可靠度:可靠度:路面结构在规定的时间内和规定的条件下路面结构在规定的时间内和规定的条件下路面结构在规定的时间内和规定的条件下路面结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。完成预定功能的概率。目标可靠度:目标可靠度:目标可靠度:目标可靠度:作为设计依据的可靠度。作为设计依据的可靠度。作为设计依据的可靠度。作为设计依据的可靠度。可靠指标:可靠指标:可靠指标:可靠指标:度量路面结
22、构可靠性的一种数量指标。度量路面结构可靠性的一种数量指标。度量路面结构可靠性的一种数量指标。度量路面结构可靠性的一种数量指标。目标可靠指标:目标可靠指标:目标可靠指标:目标可靠指标:作为设计依据的可靠指标。作为设计依据的可靠指标。作为设计依据的可靠指标。作为设计依据的可靠指标。可靠度系数:可靠度系数:可靠度系数:可靠度系数:为保证所设计的结构具有规定的可靠为保证所设计的结构具有规定的可靠为保证所设计的结构具有规定的可靠为保证所设计的结构具有规定的可靠度,而在极限状态设计表达式中采用的单一综合度,而在极限状态设计表达式中采用的单一综合度,而在极限状态设计表达式中采用的单一综合度,而在极限状态设计
23、表达式中采用的单一综合系数。系数。系数。系数。上级 上页 下页路基路面工程16-416-4 水泥砼路面可靠度设计水泥砼路面可靠度设计P471-475 P471-475 P471-475 P471-475 上级 上页 下页水泥混凝土路面设计可靠度指标水泥混凝土路面设计可靠度指标公路技术等级公路技术等级高速公路高速公路一级公路一级公路二级公路二级公路三、四级公三、四级公路路 安全等级安全等级一级一级二级二级三级三级四级四级设计基准期设计基准期(a)30302020目标可靠度目标可靠度()()95908580目标可靠指标目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级变异水平等级低低低中低中
24、中中中高中高路基路面工程16-416-4 水泥砼路面可靠度设计水泥砼路面可靠度设计P471-475 P471-475 P471-475 P471-475 上级 上页 下页变异水平等级变异水平等级低低中中高高水泥混凝土弯拉强度、水泥混凝土弯拉强度、弯拉弹性模量弯拉弹性模量cv 0.100.10 cv 0.150.15 cv0.20基层顶面当量回弹模量基层顶面当量回弹模量cv 0.250.25 cv 0.350.35cv0.55水泥混凝土面层厚度水泥混凝土面层厚度cv 0.040.04 cv 0.060.06cv0.08变异系数变换范围变异系数变换范围路基路面工程16-416-4 水泥砼路面可靠度
25、设计水泥砼路面可靠度设计P471-475 P471-475 P471-475 P471-475 上级 上页 下页可靠度系数范围可靠度系数范围变异水平等级变异水平等级目标可靠度()目标可靠度()95908580低低1.201.331.091.161.041.08中中1.331.501.161.231.081.131.041.07高高1.231.331.131.181.071.11路基路面工程16-516-5 水泥砼路面结构组合设计水泥砼路面结构组合设计P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 组合设计内容:组合设计内容:面层面层基层基层垫层垫层路基路基上级 上页 下
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