水泥混凝土路面设计PPT课件

Chongqing Jiaotong University
重庆交通大学
力学特点与力学模型
混凝土的强度远大于基层和土基的模量和 强度 这就决定了基层、土基的模量、强度参 数变化对整个结构的应力 分布情况影响 不大，这时可以将下层结构看作统一材 料（介质） 的弹性体（地基）。
水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折 强度 实际工程中，板块往往因为抗折强度不 足，发生断裂（而不是压 碎），这与以 上力学特点相吻合。这同时确定了水泥 混凝土路面 板块厚度设计时，应按抗折 强度作为主要标准。
荷载多次重复作用，温度梯度也反复变 化，混凝土板有疲劳现象
σ σ 设计时，要考虑荷载疲劳应力（ p）和温度疲 劳翘曲应力（ t）
两种应力的综合作用。
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二、混凝土路面结构设计内容 （1）路面结构组合设计
根据该路的交通情况，结合当地环境气候条件和材 料供应情况综合考虑。包括各层的结构类型、弹性模 量和厚度的确定。 （2）混凝土面板厚度设计
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（2）标准轴载及轴载当量换算
我国公路水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷 载作为标准轴载。对于各种不同汽车轴载的作用次数，可按等 效疲劳断裂原则换算成标准轴载的作用次数，并根据标准轴载 的作用次数判断道路的交通繁重程度。轴载换算公式为：
混凝土面板厚度设计，应按照设计标准的要求，确 定满足设计年限内使用要求所需的混凝土面层的厚度。 （3）混凝土面板的平面尺寸与接缝设计
根据混凝土面层板内产生的荷载应力和温度应力作 出板的平面尺寸设计，布设各类接缝的位置，设计接 缝的构造，并采取有效措施提高接缝的传荷能力。
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混凝土板在自然条件下，存在沿板厚方 向的温度梯度，会产生翘 曲现象，如果 受到约束，会在板中产生翘曲应力。 要考虑温度翘曲应力的影响，某种温度 梯度下的温度翘曲应力最 大值应出现在 板块变形受到地基摩阻力完全限制的时 候。也就是 板与地基始终保持接触时。
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三、混凝土路面结构设计原则
➢应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，将混凝土路面板按重要工程结构的要求 完成。保证工程的质量与耐久性；基层、底基层、垫层设计 在满足设计要求的前提之下，尽可使用当地材料修建。
➢遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投 资的原则进行路面设计方案的比较，选择技术先进、经济合 理、安全可靠的方案。
➢ 目前世界各国的混凝土路面设计方法都是以弹性地基板的 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。
➢ 《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002）是我 国现行混凝土路面设计规范。新规范列出的设计方法以弹 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计的极限状态。
➢结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果。
➢充分考虑沿线环境的保护，自然生态的平衡，有利于施工、 养护工作人员的健康与安全。
➢尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。
➢地处不良地基的路段，应采取有效措施加快稳定路基沉降。
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四、混凝土路面结构设计理论与方法
路面设计基准期是计算路面结构可靠度时，考虑各项基本度 量与时间关系所取用的基准时间。也可理解为保证路面结构 达到规定可靠度指标的有效期间。
设计基准期与公路等级有关，可根据公路在路网中的功能定 位，当地国民经济发展的需求以及投资条件等因素，经综合 论证后确定。
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基层表面与路面板间摩擦力较小 在力学模型中，可以将摩擦力忽略，从 而得到了板块与基层间完 全光滑的联结条件。也就是板块和弹性地基间只传递 竖向应力， 而不传递水平面上的应力。
板块厚度相对与平面尺寸较小，板块在 荷载作用下的挠度（竖向 位移）很小 可以采用小挠度弹性薄板理论。
一、混凝土路面结构特征：
水泥混凝土路面力学特点：
1 混凝土的强度远大于基层和土基模量和强度； 2 水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强度； 3 基层表面与路面板间摩擦力较小； 4 板块厚度相对与平面尺寸较小，板块在荷载作用下的挠度 （竖向位移）很小； 5混凝土板在自然条件下，存在沿板厚方向的温度 梯度，会 产生翘曲现象，如果受到约束，会在板中 产生翘曲应力。 6 荷载多次重复作用，温度梯度也反复变化，混凝土板有疲 劳现象。
第十三章 水泥混凝土路面设计
§16.1 概述 § 16.2 弹性地基板体系理论简介 § 16.3 水泥混凝土路面应力分析 § 16.4 水泥混凝土路面可靠度设计 § 16.5 水泥混凝土路面结构组合设计 § 16.6 我国水泥混凝土路面设计方法 § 16.7 外国混凝土路面设计方法简介
第一节 概 述
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（4）路肩设计
高速公路和一级公路中间带的路缘带和路肩的结构应与 行车道的混凝土路面相同，并与行车道部分的混凝土面板浇 筑成整体。路肩可采用水泥混凝土面层或沥青混合料面层， 其基（垫）层结构应满足行车道路面结构和排面板较长或交通量较大、地基有不均匀沉 降或板的形状不规则时，可沿板的自由边缘加设补强钢筋， 在角隅处加设发针形钢筋或钢筋网，以阻止可能出现的裂缝。
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五、混凝土路面交通等级
路面结构设计的目标是要求混凝土路面结构在设计基准期内 满足预测交通量累计标准轴载通行时，具有快速、安全、稳 定的服务功能，路面结构具有相应的承载能力，路面板的弯 拉应力满足疲劳极限应力的容许标准。
（1）设计基准期