水泥混凝土设计幻灯片.ppt
水泥混凝土设计第1页，共46页，编辑于2022年，星期一贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲劳断裂作为劳断裂作为设计标准设计标准。其极限状态设计表达式为：。其极限状态设计表达式为：水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准设计标准；并以最重；并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准验算标准，其，其极限状态设计表达式分别为：极限状态设计表达式分别为：水泥混凝土路面设计标准及验算标准水泥混凝土路面设计标准及验算标准第2页，共46页，编辑于2022年，星期一水泥混凝土板厚度计算流程水泥混凝土板厚度计算流程 交通分析，确定交通荷载等级交通分析，确定交通荷载等级路面结构的组合设计，初拟路面结构路面结构的组合设计，初拟路面结构按照初拟路面结构组合形式，选择相应力学分析模型；根据选定的力按照初拟路面结构组合形式，选择相应力学分析模型；根据选定的力学模型计算混凝土面层板的最大荷载应力、荷载疲劳应力、最大温度学模型计算混凝土面层板的最大荷载应力、荷载疲劳应力、最大温度应力及温度疲劳应力。应力及温度疲劳应力。面层板极限状态检验面层板极限状态检验贫混凝土或碾压混凝土为基层、下面层板时，计算其荷载疲劳贫混凝土或碾压混凝土为基层、下面层板时，计算其荷载疲劳应力，检算其极限状态。应力，检算其极限状态。面层或基层的极限状态不满足要求时，改选混凝土面层板厚度面层或基层的极限状态不满足要求时，改选混凝土面层板厚度或或(和和)整调基层类型或整调基层类型或(和和)厚度，重新计算。厚度，重新计算。计算厚度加计算厚度加6mm6mm磨损厚度后，按磨损厚度后，按10mm10mm向上取整，作为混凝土面层的向上取整，作为混凝土面层的设计厚度。设计厚度。第3页，共46页，编辑于2022年，星期一第4页，共46页，编辑于2022年，星期一1 1 交通分析交通分析-确定交通荷载等级确定交通荷载等级交通调查与分析交通调查与分析 初期年平均日货车交通量（双向）初期年平均日货车交通量（双向）方向分配系数，一般方向分配系数，一般0.5-0.6 0.5-0.6 车道分配系数车道分配系数 设计车道的年平均日货车交通量（设计车道的年平均日货车交通量（ADTTADTT）货车交通量的年平均增长率货车交通量的年平均增长率grgr 轴载调查与分析轴载调查与分析各类车辆的轴型调查和轴重测定各类车辆的轴型调查和轴重测定 轴载当量换算系数法轴载当量换算系数法车辆当量轴载系数法车辆当量轴载系数法车道使用初期的设计轴载日作用次数车道使用初期的设计轴载日作用次数NsNs车辆轮迹横向分布系数车辆轮迹横向分布系数 设计轴载累计作用次数设计轴载累计作用次数 NeNe 第5页，共46页，编辑于2022年，星期一不同轴重级位的设计轴载当量换算系数不同轴重级位的设计轴载当量换算系数 车道使用初期的设计轴载日作用次数车道使用初期的设计轴载日作用次数各类车辆的设计轴载当量换算系数各类车辆的设计轴载当量换算系数 车道使用初期的设计轴载日作用次数车道使用初期的设计轴载日作用次数设计轴载累计作用次数设计轴载累计作用次数 第6页，共46页，编辑于2022年，星期一第7页，共46页，编辑于2022年，星期一2 2 初拟路面结构初拟路面结构根据公路等级和交通荷载、路基条件、当地温度和湿度状况及已有公路根据公路等级和交通荷载、路基条件、当地温度和湿度状况及已有公路路面的使用经验，进行路面组合设计，初拟路面结构。路面的使用经验，进行路面组合设计，初拟路面结构。路床顶面的综合回弹模量值，轻交通荷载等级时不得低于路床顶面的综合回弹模量值，轻交通荷载等级时不得低于40MPa，中等或重交，中等或重交通荷载等级时不得低于通荷载等级时不得低于60MPa，特重或极重交通荷载等级时不得低于，特重或极重交通荷载等级时不得低于80MPa。路基路基基层和底基层基层和底基层第8页，共46页，编辑于2022年，星期一第9页，共46页，编辑于2022年，星期一承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基层，承受中承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基层，承受中承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基层，承受中承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基层，承受中等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采用无机结合料稳定类材等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采用无机结合料稳定类材等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采用无机结合料稳定类材等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采用无机结合料稳定类材料，且上路床由细粒土组成时，应在基层下设置粒料类底基层。料，且上路床由细粒土组成时，应在基层下设置粒料类底基层。料，且上路床由细粒土组成时，应在基层下设置粒料类底基层。料，且上路床由细粒土组成时，应在基层下设置粒料类底基层。贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，厚度不宜小于贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，厚度不宜小于贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，厚度不宜小于贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，厚度不宜小于40mm40mm40mm40mm。无机结合料稳定碎石基层上应设封层。无机结合料稳定碎石基层上应设封层。无机结合料稳定碎石基层上应设封层。无机结合料稳定碎石基层上应设封层。面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。注意：注意：注意：注意：第10页，共46页，编辑于2022年，星期一平面尺寸及接缝设计平面尺寸及接缝设计平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。的横缝不得相互错位。的横缝不得相互错位。的横缝不得相互错位。纵向接缝的间距（板宽）宜在纵向接缝的间距（板宽）宜在纵向接缝的间距（板宽）宜在纵向接缝的间距（板宽）宜在3.04.5m3.04.5m范围内选用。范围内选用。范围内选用。范围内选用。横向接缝的间距（板长）应按面层类型和厚度选定（普通水泥混凝土面横向接缝的间距（板长）应按面层类型和厚度选定（普通水泥混凝土面横向接缝的间距（板长）应按面层类型和厚度选定（普通水泥混凝土面横向接缝的间距（板长）应按面层类型和厚度选定（普通水泥混凝土面层宜为层宜为层宜为层宜为4646mm，面层板的长宽比不宜超过，面层板的长宽比不宜超过，面层板的长宽比不宜超过，面层板的长宽比不宜超过1.351.35，平面面积不宜大于，平面面积不宜大于，平面面积不宜大于，平面面积不宜大于2525mm2 2）纵向接缝设置：一次摊铺宽度小于路面宽度时，应设纵向施工缝（设拉杆的纵向接缝设置：一次摊铺宽度小于路面宽度时，应设纵向施工缝（设拉杆的纵向接缝设置：一次摊铺宽度小于路面宽度时，应设纵向施工缝（设拉杆的纵向接缝设置：一次摊铺宽度小于路面宽度时，应设纵向施工缝（设拉杆的平缝）；一次摊铺宽度大于平缝）；一次摊铺宽度大于平缝）；一次摊铺宽度大于平缝）；一次摊铺宽度大于4.5m4.5m，应设纵向缩缝（设拉杆的假缝）；碾压混，应设纵向缩缝（设拉杆的假缝）；碾压混，应设纵向缩缝（设拉杆的假缝）；碾压混，应设纵向缩缝（设拉杆的假缝）；碾压混凝土面层一次摊铺宽度大于凝土面层一次摊铺宽度大于凝土面层一次摊铺宽度大于凝土面层一次摊铺宽度大于7.5m7.5m时，应设纵向缩缝；行车道路面与混凝土硬时，应设纵向缩缝；行车道路面与混凝土硬时，应设纵向缩缝；行车道路面与混凝土硬时，应设纵向缩缝；行车道路面与混凝土硬路肩之间的纵向接缝必须设拉杆。路肩之间的纵向接缝必须设拉杆。路肩之间的纵向接缝必须设拉杆。路肩之间的纵向接缝必须设拉杆。第11页，共46页，编辑于2022年，星期一横向接缝设置（缩缝、胀缝和施工缝）：横向接缝设置（缩缝、胀缝和施工缝）：横向接缝设置（缩缝、胀缝和施工缝）：横向接缝设置（缩缝、胀缝和施工缝）：横向施工缝：每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设横向横向施工缝：每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设横向横向施工缝：每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设横向横向施工缝：每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设横向施工缝，其位置宜选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处的施工缝，应采施工缝，其位置宜选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处的施工缝，应采施工缝，其位置宜选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处的施工缝，应采施工缝，其位置宜选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处的施工缝，应采用加传力杆的平缝，设在胀缝处的施工缝，其构造同胀缝；用加传力杆的平缝，设在胀缝处的施工缝，其构造同胀缝；用加传力杆的平缝，设在胀缝处的施工缝，其构造同胀缝；用加传力杆的平缝，设在胀缝处的施工缝，其构造同胀缝；横向缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，横向缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，横向缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，横向缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则裂缝。应采用假缝形式，极重、特重和重交通荷从而避免产生不规则裂缝。应采用假缝形式，极重、特重和重交通荷从而避免产生不规则裂缝。应采用假缝形式，极重、特重和重交通荷从而避免产生不规则裂缝。应采用假缝形式，极重、特重和重交通荷载公路的横向缩缝，中等和轻交通荷载公路邻近胀缝或自由端部的载公路的横向缩缝，中等和轻交通荷载公路邻近胀缝或自由端部的载公路的横向缩缝，中等和轻交通荷载公路邻近胀缝或自由端部的载公路的横向缩缝，中等和轻交通荷载公路邻近胀缝或自由端部的3 3条横向缩缝，收费广场的横向缩缝，应采用设传力杆假缝；条横向缩缝，收费广场的横向缩缝，应采用设传力杆假缝；条横向缩缝，收费广场的横向缩缝，应采用设传力杆假缝；条横向缩缝，收费广场的横向缩缝，应采用设传力杆假缝；横向胀缝：保证板在温度升高是能部分伸长，从而避免路面板在热横向胀缝：保证板在温度升高是能部分伸长，从而避免路面板在热横向胀缝：保证板在温度升高是能部分伸长，从而避免路面板在热横向胀缝：保证板在温度升高是能部分伸长，从而避免路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。在邻近桥梁天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。在邻近桥梁天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。在邻近桥梁天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。在邻近桥梁或其他固定构筑物处，或者与其他道路相交处，应设横向胀缝。或其他固定构筑物处，或者与其他道路相交处，应设横向胀缝。或其他固定构筑物处，或者与其他道路相交处，应设横向胀缝。或其他固定构筑物处，或者与其他道路相交处，应设横向胀缝。第12页，共46页，编辑于2022年，星期一3 3 路面材料参数确定路面材料参数确定第13页，共46页，编辑于2022年，星期一3 3 路面材料参数确定路面材料参数确定第14页，共46页，编辑于2022年，星期一第15页，共46页，编辑于2022年，星期一第16页，共46页，编辑于2022年，星期一4 4 力学模型的选择力学模型的选择弹性地基单层板模型弹性地基单层板模型适用于粒料基层上混凝土面层旧沥青路面加铺混凝土面层，面层板以下适用于粒料基层上混凝土面层旧沥青路面加铺混凝土面层，面层板以下部分按弹性地基处理部分按弹性地基处理弹性地基双层板模型弹性地基双层板模型适用于无机结合料类基层或沥青类基层上混凝土面层，旧混凝土路面适用于无机结合料类基层或沥青类基层上混凝土面层，旧混凝土路面上加铺分离式混凝土面层；面层和基层或者新旧面层作为双层板，基上加铺分离式混凝土面层；面层和基层或者新旧面层作为双层板，基层底面以下或旧面层底面以下部分按弹性地基处理层底面以下或旧面层底面以下部分按弹性地基处理复合板模型复合板模型适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板。旧混凝土路面适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板。旧混凝土路面上加铺结合式混凝土面层，两层不同性质材料组成的层间黏结的面上加铺结合式混凝土面层，两层不同性质材料组成的层间黏结的面层，作为弹性地基上的单层板或弹性地基上双层板的上层板；无机层，作为弹性地基上的单层板或弹性地基上双层板的上层板；无机结合料类基层或沥青类基层与无机结合料类底基层组成的基层，作结合料类基层或沥青类基层与无机结合料类底基层组成的基层，作为弹性地基上双层板的下层板。为弹性地基上双层板的下层板。第17页，共46页，编辑于2022年，星期一水泥混凝土路面结构分析应采用弹性地基板理论。除粒料基层外，其水泥混凝土路面结构分析应采用弹性地基板理论。除粒料基层外，其他基层与混凝土面层应按分离式双层板模型进行结构分析。他基层与混凝土面层应按分离式双层板模型进行结构分析。粒料基层粒料基层及各级底基层和垫层，应与路基一起视作多层弹性地基，以地基顶面及各级底基层和垫层，应与路基一起视作多层弹性地基，以地基顶面当量回弹模量表征。当量回弹模量表征。水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准；并以最重轴载和最度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准；并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准。大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准。贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲劳断裂作为设计标准。劳断裂作为设计标准。第18页，共46页，编辑于2022年，星期一5 5 荷载应力计算荷载应力计算-弹性地基单层板模型弹性地基单层板模型设计轴载在面层板临界荷位处产生的的荷载疲劳应力设计轴载在面层板临界荷位处产生的的荷载疲劳应力 kr接缝传荷的应力折减系数，接缝传荷的应力折减系数，混凝土路肩，混凝土路肩，kr=0.870.92，柔性路肩或土路肩，柔性路肩或土路肩，kr=1。kf 疲劳应力系数疲劳应力系数kc综合系数，查表综合系数，查表第19页，共46页，编辑于2022年，星期一荷载疲劳应力系数荷载疲劳应力系数kf 式中式中 Ne设计基准期内设计轴载累计作用次数；设计基准期内设计轴载累计作用次数；材料疲劳指数，普通、钢筋、连续配筋混凝土：材料疲劳指数，普通、钢筋、连续配筋混凝土：=0.057；碾压、贫混凝土：碾压、贫混凝土：=0.065；f 钢纤维的体积率（钢纤维的体积率（%）；）；lf钢纤维的长度（钢纤维的长度（mm）；）；df钢纤维的直径（钢纤维的直径（mm）。）。第20页，共46页，编辑于2022年，星期一设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力ps式中式中 Ps设计轴载的单轴重设计轴载的单轴重(kN)；hc、Ec、vc混凝土面层板的厚度混凝土面层板的厚度(m)、弯拉弹性模量（、弯拉弹性模量（MPa）和泊松比）和泊松比 r 混凝土面层板的相对刚度半径混凝土面层板的相对刚度半径(m)；Dc混凝土面层板的截面弯曲刚度混凝土面层板的截面弯曲刚度(MNm)；Et板底地基当量回弹模量（板底地基当量回弹模量（MPa)第21页，共46页，编辑于2022年，星期一新建公路的板底地基当量回弹模量新建公路的板底地基当量回弹模量Et 式中式中 E0路床顶综合回弹模量（路床顶综合回弹模量（MPa）；）；Ex粒料层的当量回弹模量（粒料层的当量回弹模量（MPa；hx 粒料层的总厚度（粒料层的总厚度（m）；）；n 粒料层的层数；粒料层的层数；Ei、hi 第第i 结构层的回弹模量（结构层的回弹模量（MPa）与厚度）与厚度(m)。公式根据单圆荷载直径公式根据单圆荷载直径0.3m，层间连，层间连续，粒料层总厚度续，粒料层总厚度0.10.5m，粒料，粒料层回弹模量与路床回弹模量之比小层回弹模量与路床回弹模量之比小于于10的条件，按照荷载中心点挠的条件，按照荷载中心点挠度等效原则回归得到的。其中，路度等效原则回归得到的。其中，路床、粒料层的泊松比取床、粒料层的泊松比取0.35。第22页，共46页，编辑于2022年，星期一5 5 荷载应力计算荷载应力计算-弹性地基双层板模型弹性地基双层板模型上层板（面层）的荷载疲劳应力上层板（面层）的荷载疲劳应力 pr第23页，共46页，编辑于2022年，星期一贫砼或碾压砼基层板或者下面层板的荷载疲劳应力贫砼或碾压砼基层板或者下面层板的荷载疲劳应力 kf,kc荷载疲劳应力系数、综合系数，按单层板取值；荷载疲劳应力系数、综合系数，按单层板取值；bpr下层板的荷载疲劳应力（下层板的荷载疲劳应力（MPa）；）；bps设计轴载设计轴载Ps在下层板临界荷位处产生的荷载应力在下层板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)；第24页，共46页，编辑于2022年，星期一最重轴载在上层板临界荷位处产生的最大荷载应力最重轴载在上层板临界荷位处产生的最大荷载应力 最重轴载最重轴载Pm 在四边自由板临界荷位处产生的最大荷载应力（在四边自由板临界荷位处产生的最大荷载应力（MPa），设计轴载），设计轴载Ps改为最重轴载改为最重轴载Pm（以单轴计，（以单轴计，kN）；）；kr、kc应力折减系数、综合系数。应力折减系数、综合系数。第25页，共46页，编辑于2022年，星期一6 6 温度应力计算温度应力计算-弹性地基单层板模型弹性地基单层板模型在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力tr最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力t,manx综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL混凝土面层板的温度翘曲应力系数混凝土面层板的温度翘曲应力系数CL第26页，共46页，编辑于2022年，星期一温度疲劳应力系数温度疲劳应力系数kt第27页，共46页，编辑于2022年，星期一6 6 温度应力计算温度应力计算-弹性地基双层板模型弹性地基双层板模型在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力tr最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力t,manx综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL混凝土面层板的温度翘曲应力系数混凝土面层板的温度翘曲应力系数CL与单层板公式不同。与单层板公式不同。第28页，共46页，编辑于2022年，星期一下层板的温度疲劳应力不需计算下层板的温度疲劳应力不需计算温度翘曲应力系数温度翘曲应力系数CL式中 与双层板结构有关的参数；r 层间接触状况参数(m)；kn 面层与基层之间竖向接触刚度，上下层之间不设沥青混凝土夹层或隔离层时按公式计算；设沥青混凝土夹层或隔离层时，kn 取3000 MPa/m。第29页，共46页，编辑于2022年，星期一7 7 结构极限状态校核结构极限状态校核第30页，共46页，编辑于2022年，星期一算例算例1第31页，共46页，编辑于2022年，星期一第32页，共46页，编辑于2022年，星期一第33页，共46页，编辑于2022年，星期一第34页，共46页，编辑于2022年，星期一第35页，共46页，编辑于2022年，星期一算例算例2第36页，共46页，编辑于2022年，星期一第37页，共46页，编辑于2022年，星期一第38页，共46页，编辑于2022年，星期一第39页，共46页，编辑于2022年，星期一第40页，共46页，编辑于2022年，星期一算例算例3第41页，共46页，编辑于2022年，星期一第42页，共46页，编辑于2022年，星期一第43页，共46页，编辑于2022年，星期一第44页，共46页，编辑于2022年，星期一第45页，共46页，编辑于2022年，星期一第46页，共46页，编辑于2022年，星期一
