路基路面工程课件第13章水泥混凝土路面设计

8
土路面设计
13.2 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
中面
路基路面工程课件第13章水泥混凝
9
土路面设计
※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
土路面设计
（3） 中面上各点无平行于中面的位移，即 uz 0 vz 0 0
由假设（1）得： z
0 ,即 (x,y) x
①
由假设（2）得： zx zy 0 ,
即 u z
,v xz
y
则： u
z x
f1( x, y)
②
v
z y
f2(x, y)
1
x
( E
x
y)
板的应力－应变关系 （物理方程）
1
y
( E
12
土路面设计
将物理方程③式改写成应力分量表达式， xy
Ez 2w
2w
x
1
2 ( x2
y2 )
2(1 )
E
xy
则：
y
Ez ( 2w 1 2 y2
2w ) x2
⑥
Ez 2w
xy
1
xy
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，并可分别合成单位宽 度上的弯矩，扭矩和剪力，即：
5
土路面设计
3、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。
胀缝内滑动传力杆排列不正 产生原因： 滑动传力杆不能滑动
缝内灌入硬物
5、拱起：温度升高，砼面板在热膨胀受到约束时，横缝两侧数块板块 突然出现向上拱起的屈曲失稳现象，并出现板块横向断裂。
tr ——温度梯度疲劳应力MPa;
fr ——水泥混凝土弯拉强度指标MPa.
路基路面工程课件第13章水泥混凝
7
土路面设计
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
路基路面工程课件第13章水泥混凝
路基路面工程课件第13章水泥混凝
4
土路面设计
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
不均匀沉降
产生原因： 平 面 尺 寸 过 大
荷载过大（超载） 湿度应力过大
2、唧泥：车辆行经接缝时，由缝内喷射出稀泥浆的现象，
接缝填封不佳
原因： 基 层 细 料 含 量 多
基层强度低
路基路面工程课件第13章水泥混凝
➢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。
路基路面工程课件第13章水泥混凝
3
土路面设计
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。
产生原因： 胀缝设置不对 缝内落入硬物
路基路面工程课件第13章水泥混凝
6
土路面设计
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。
r ( pr
tr ) fr
——可靠度系数;
r
——行车荷载疲劳应力;
pr
路基路面工程课件第13章水泥混凝
2
土路面设计
13.1 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；
（1）垂直于中面方向形变分量极其微小，可以忽略不计。
z
0, z
(x,y)
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
zx
zy 0
路基路面工程课件第13章水泥混凝
路基路面工程课件第13章水泥混凝
13
土路面设计
Mx My Mxy
h/2
z
h/2
xdz
h/2
z
h/2
ydz
h/2
z
h/2
xydz
E 2w 1 2( x2
E ( 2w 1 2 y2
E
xy
1
2w y2)
h/2
z2dz
h/2
2w)
h/2
z2dz
x2
h/2
2w
h/2
z2dz
x y h/2
2w D( x2 D( 2w
y
x)
③
2 (1 )
路基路面工程课件x 第y 13章水E泥混凝 x y
11
土路面设计
由假设（3），②式得： u|z 0 v|z 0 0
则： f1(x,y) 0 f2(x,y) 0
uz
则：
x
④
vz y
u
x
x
2w z x2
此板的几何方程表示为：
y
v y
z 2w y2
⑤
xy
vu xy
2 2w xy
路基路面工程课件第13章水泥混凝
y2
2w y2)
2w) ⑦
x2
D(1 ) 2w xy
h/ 2
Qx
h/2 xzdx
D 2w x
⑧
h/ 2
Qy
h/2 yzdy
D 2w y
式中：
E h3
D 12(1
2)
— — 板 的 弯 曲 刚 度
路基路面工程课件第13章水泥混凝
14
土路面设计
经过整理得出应力分量与弯矩，扭矩，剪力之间的关系：
x
12M h3
Biblioteka Baidu
土路面设计
z
⑩
6 M xy
xy
yx
h2
路基路面工程课件第13章水泥混凝
16
土路面设计
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
M x 0 ; M y 0
分别写出力矩的平衡方程，简化以后得：
Qx＝
Mx x
M yx y
(11)
Q
＝
y
My y
M yx x
路基路面工程课件第13章水泥混凝
17
第十三章 水泥混凝土路面设计
路基路面工程课件第13章水泥混凝
1
土路面设计
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
x
z
y
12M h3
y
z
z
2 q ( 1 z ) 2 (1 z )
2h
h
xy
yx
1 2 M xy z h3
⑨
xz
6Q x h3
(
h2 4
z2)
yz
6Q y (h2 h3 4
z2)
路基路面工程课件第13章水泥混凝
15
土路面设计
当z=h/2时，可得到板的最大应力关系为：
x
6M x h2
z
y
6M y h2