水泥混凝土路面设计PPT课件

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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
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