水泥混凝土路面设计幻灯片.ppt

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1、水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计第1页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水水泥泥混混凝凝土土路路面面的的破破坏坏类类型型主主要要有有：断断裂裂、唧唧泥泥、错错台台、拱拱起、接缝挤碎等。起、接缝挤碎等。影影响响使使用用性性能能的的因因素素是是多多方方面面的的，混混凝凝土土路路面面结结构构设设计计应应以以防止面层断裂为主要设计标准。防止面层断裂为主要设计标准。二、混凝土路面结构设计内容二、混凝土路面结构设计内容1 1、路路面面结结构构层层组组合合设设计计应应根根据据路路的的交交通通繁繁重

2、重程程度度，结结合合当当地地环环境境条条件件和和材材料料供供应应情情况况来来进进行行。选选择择安安排排混混凝凝土土路路面面的的结结构构层层次次，包包括括土土基基、垫垫层层、基基层层和和面面层层的的结结构构层层位位，各各层层的的结构类型、弹性模量和厚度。结构类型、弹性模量和厚度。2 2、混混凝凝土土面面板板厚厚度度设设计计应应按按照照设设计计标标准准的的要要求求，确确定定满满足足设设计年限内使用要求所需的混凝土面层的厚度。计年限内使用要求所需的混凝土面层的厚度。第2页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混

3、凝土路面设计3 3、混凝土面板的平面尺寸与接缝设计、混凝土面板的平面尺寸与接缝设计4 4、路路肩肩设设计计高高速速公公路路和和一一级级公公路路中中间间带带和和路路肩肩路路缘缘带带的的结结构构应应与与行行车车道道的的混混凝凝土土路路面面相相同同，并并与与行行车车道道部部分分的的混混凝凝土土板浇筑为整体。板浇筑为整体。5 5、混混凝凝土土路路面面的的钢钢筋筋配配筋筋率率设设计计当当混混凝凝土土面面板板较较长长或或交交通通量量较较大大时时，发发基基有有不不均均匀匀沉沉降降或或板板的的形形状状不不规规则则时时，可可沿沿板板的的纵纵向向加加设设钢钢筋筋，在在角角隅隅处处加加设设角角隅隅钢钢筋筋或或钢钢筋

4、筋网网，以以阻阻止止可可能能出出现现的的裂缝。裂缝。三、混凝土路面结构设计原则三、混凝土路面结构设计原则1 1、根根据据使使用用要要求求及及气气候候、水水文文、土土质质等等自自然然因因素素，密密切切结结合合本地区的实践经验，应保证工程的质量与耐久性。本地区的实践经验，应保证工程的质量与耐久性。第3页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计2 2、在在满满足足交交通通与与使使用用要要求求的的前前提提下下，应应遵遵循循因因地地制制宜宜、合合理理选选材材、方方便便施施工工、利利于于养养护护、节节约约

5、投投资资的的原原则则进进行行混混凝凝土土路路面面设设计计方方案案的的比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠的方案。比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠的方案。3 3、积积极极推推广广成成熟熟的的科科研研成成果果、积积极极慎慎重重地地运运用用行行之之有有效效的的新新材材料料、新工艺、新技术，以达到确保工程质量与耐久性的目的。新工艺、新技术，以达到确保工程质量与耐久性的目的。4 4、路路面面设设计计方方案案应应充充分分考考虑虑沿沿线线环环境境的的保保护护，自自然然生生态态平平衡衡，有有利利于施工、养护工作人员的健康安全。于施工、养护工作人员的健康安全。5 5、为为确确保保工工程程质质量量，应应尽

6、尽可可能能选选择择有有利利于于机机械械化化、工工厂厂化化施施工的设计方案。工的设计方案。6 6、对于地处不良地基的路段，应采取有效措施加快稳定、对于地处不良地基的路段，应采取有效措施加快稳定第4页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计路路基基沉沉降降，路路基基沉沉降降速速率率达达不不到到限限定定要要求求时时，决决不不能能仓仓促促施施工工提提前铺筑路面板。前铺筑路面板。四、混凝土路面结构设计理论与方法四、混凝土路面结构设计理论与方法把把水水泥泥混混凝凝土土路路面面板板看看作作是是支支撑撑弹弹性

7、性地地基基上上的的小小挠挠度度弹弹性性板板，用用弹性地基板理论进行分析计算。弹性地基板理论进行分析计算。对地基采用不同的力学模型：对地基采用不同的力学模型：1 1、温温克克勒勒地地基基模模型型地地基基如如同同由由许许多多竖竖向向紧紧密密排排列列而而互互不不关关联联的的线线性性弹弹簧簧所所组组成成，地地基基顶顶面面任任一一点点的的挠挠度度仅仅同同作作用用于于该该点点的的压压力力成正比，而与其他点上的压力无关。成正比，而与其他点上的压力无关。2 2、弹弹性性固固体体地地基基模模型型地地基基看看作作是是均均质质的的半半无无限限连连续续介介质质。地地基基顶顶面面上上任任一一点点的的挠挠度度不不仅仅同同

8、作作用用于于该该点点的的压压力力有有关关，也也同同顶面其他点的压力有关。顶面其他点的压力有关。3 3、巴巴斯斯特特纳纳克克地地基基模模型型假假设设文文克克勒勒地地基基的的弹弹簧簧单单元元之之间间存存在在一定程度的剪切阻尼作用，类似于弹簧顶部与一定程度的剪切阻尼作用，类似于弹簧顶部与第5页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计由由不不可可压压缩缩的的梁梁或或板板单单元元组组成成的的剪剪切切层层相相联联结结，层层内内各各单单元元间间由由于横向剪切而变形。于横向剪切而变形。弹弹性性地地基基板板在在

9、承承受受局局部部荷荷载载作作用用时时的的挠挠度度和和应应力力分分析析，可可以以采采用用数值法或解析法（主要是有限元法）。数值法或解析法（主要是有限元法）。五、混凝土路面交通等级五、混凝土路面交通等级1 1、混凝土路面设计基准期、混凝土路面设计基准期是是计计算算路路面面结结构构可可靠靠度度时时，考考虑虑各各项项基基本本度度量量与与时时间间关关系系所所取取用用的的基基准准时时间间，也也可可理理解解为为保保证证路路面面结结构构达达到到规规定定可可靠靠度度指指标标的有效期间。通常参照表的有效期间。通常参照表16-116-1选定。选定。2 2、标准轴载及轴载当量换算、标准轴载及轴载当量换算不同轴轮型和轴

10、载的作用次数，应根据（不同轴轮型和轴载的作用次数，应根据（16-116-1）换算）换算第6页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计成标准轴载的作用次数。成标准轴载的作用次数。3 3、交通调查与轴载分析、交通调查与轴载分析通通过过分分析析调调查查交交通通量量资资料料，提提出出设设计计车车道道的的年年平平均均日日货货车车交交通通量量ADTTADTT以以及及设设计计基基准准期期内内的的交交通通量量年年平平均均增增长长率率。设设计计车车道道在在设设计计基基准期初期的标准轴载日作用次数按式（准期初期的

11、标准轴载日作用次数按式（16-316-3）计算。）计算。4 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通过式（通过式（16-416-4）确定；）确定；5 5、混凝土路面交通等级划分、混凝土路面交通等级划分按按设设计计基基准准期期内内设设计计车车道道临临界界荷荷位位承承受受的的标标准准轴轴载载当当量量累累计计作作用次数分为用次数分为4 4级，见表级，见表16-416-4。第7页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计第二节第二节 弹性地基板体系理论简介弹性地基板体系理论简介一、小挠度

12、弹性薄板的基本假设一、小挠度弹性薄板的基本假设研研究究弹弹性性小小挠挠度度薄薄板板在在垂垂直直于于中中面面的的荷荷载载作作用用下下的的弯弯曲曲时时,通通常常采采用用下述三项基本假设：下述三项基本假设：A A、垂直于中面方向的应变极其微小，可以忽略不计；、垂直于中面方向的应变极其微小，可以忽略不计；B B、垂垂直直于于中中面面的的法法线线，在在弯弯曲曲变变形形前前后后均均保保持持为为直直线线并并垂垂直直于中面，因而无横向剪切应变；于中面，因而无横向剪切应变；C C、中面上各点无平行于中面的位移。、中面上各点无平行于中面的位移。对于弹性地基薄板，板与地基的联系又采用如下假设：对于弹性地基薄板，板与

13、地基的联系又采用如下假设：1 1、在在变变形形过过程程中中，板板与与地地基基的的接接触触面面始始终终吻吻合合，即即板板面面与与地地基表面的竖向位移是相同的；基表面的竖向位移是相同的；2 2、在板与地基的接触面之间没有摩阻力，即接触面上的、在板与地基的接触面之间没有摩阻力，即接触面上的第8页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计剪应力视为零。剪应力视为零。二、挠曲面微分方程二、挠曲面微分方程按弹性力学知识，见式（按弹性力学知识，见式（16-816-8）（）（16-1016-10）第9页，共31

14、页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计第三节第三节 水泥混凝土路面应力分析水泥混凝土路面应力分析一、温克勒地基板的荷载应力分析一、温克勒地基板的荷载应力分析威威斯斯特特卡卡德德采采用用文文克克勒勒地地基基模模型型，分分析析了了三三种种车车轮轮荷荷载载位位置置下下板板的挠度和弯矩：的挠度和弯矩：1 1、轮轮载载作作用用于于无无限限大大板板中中央央，分分布布于于半半径径为为R R的的圆圆面面积积内内，荷荷载载中心处板底最大弯拉应力中心处板底最大弯拉应力计算公式（计算公式（16-1116-11）2 2、荷

15、荷载载作作用用于于板板边边缘缘中中部部，荷荷位位下下板板底底的的最最大大弯弯拉拉应应力力计计算公式（算公式（16-1216-12）3 3、荷荷载载作作用用于于板板角角隅隅，最最大大拉拉应应力力产产生生在在板板的的表表面面离离荷荷载载圆中心为圆中心为X1X1的分角线上的分角线上计算公式（计算公式（16-1316-13）第10页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计二、弹性半空间地基板的荷载应力分析二、弹性半空间地基板的荷载应力分析是以弹性模量和泊松比表征的弹性地基。是以弹性模量和泊松比表征的弹

16、性地基。它假设地基为一各向同性的弹性半无限体。它假设地基为一各向同性的弹性半无限体。按按上上述述方方法法所所算算得得的的弯弯矩矩，只只是是板板中中部部受受荷荷时时所所产产生生的的弯弯矩矩。弹弹性性半半无无限限地地基基的的荷荷载载应应力力计计算算理理论论对对于于苛苛载载作作用用于于板板边边、板板角角隅隅处处，以以及及有有限限尺尺寸寸的的矩矩形形板板，在在不不同同组组合合的的轮轮载载作作用用于于板板上上任任何何位置时，均无法解决。位置时，均无法解决。三、弹性半空间地基双层板混凝土路面荷载应力分析三、弹性半空间地基双层板混凝土路面荷载应力分析可分为两类：可分为两类：1 1、上下层完全分离，接触面假定

17、为完全光滑；、上下层完全分离，接触面假定为完全光滑；2 2、上下层密切结合，接触面假定为完全连续；、上下层密切结合，接触面假定为完全连续；第11页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计1 1、弹性地基上分离式双层板、弹性地基上分离式双层板计计算算公公式式（16-2716-27），可可见见弹弹性性地地基基分分离离式式双双层层板板的的两两层层板板间间的的弯弯矩矩分分配配与与两两层层板板的的刚刚度分配有关。度分配有关。2 2、弹性地基上结合式双层板、弹性地基上结合式双层板其其求求解解比比分分离离式

18、式的的复复杂杂，由由于于上上下下层层完完全全紧紧密密结结合合，如如同同单单层层板板一一样样工工作作时时，两两层层板板只只有有一一个个中中面面，该该中中面面的的位位置置可可根根据据作作用用于于两两板板横横断断面面上上内内力力之之和和为为零零的的条条件求得。上下层弯拉应力计算公式见（件求得。上下层弯拉应力计算公式见（16-3216-32）四、水泥混凝土路面温度应力分析四、水泥混凝土路面温度应力分析1 1、胀缩应力胀缩应力当当气气温温缓缓慢慢变变化化时时,板板内内温温度度均均匀匀升升降降，则则面面板板沿沿断断面面的的深深度度均均匀匀胀胀缩缩，任任一一点点的应变为式（的应变为式（1 16 6-33-3

19、3），则由边界条件，应力为式（），则由边界条件，应力为式（1 16 6-34-34）；）；板板被被划划分分为为有有限限尺尺寸寸的的板板块块，板板因因变变形形受受阻阻而而产产生生的的板板内内最最大大应应力力出出现现于于板板长的中央，其值按公式（长的中央，其值按公式（1 16 6-36-36）计算；）计算；第12页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计2 2、翘曲应力翘曲应力由由于于板板的的自自重重、地地基基反反力力和和相相邻邻板板的的钳钳制制作作用用，使使部部分分翘翘曲曲变变形受阻，从而使板内

20、产生翘曲应力。形受阻，从而使板内产生翘曲应力。为分析该应力，作如下假设：为分析该应力，作如下假设：温温度度沿沿板板断断面面呈呈直直线线变变化化、板板和和地地基基始始终终保保持持接接触触，不不计计板板重重，从从而而导导出出了了板板仅仅受受地地基基约约束束时时的的翘翘曲曲应应力力计计算算公公式式。计计算算公公式式见见（1 16 6-37-37）、（）、（1 16 6-38-38）为方便计算，工程中采用有限元计算。）为方便计算，工程中采用有限元计算。第13页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计第

21、四节第四节 水泥混凝土路面可靠度设计水泥混凝土路面可靠度设计一、路面可靠度的定义和极限状态函数一、路面可靠度的定义和极限状态函数路路面面可可靠靠度度广广义义定定义义：在在设设计计使使用用年年限限内内，在在将将遇遇到到的的环环境境条条件和荷载作用下，路面能够发挥其预期功能的概率。件和荷载作用下，路面能够发挥其预期功能的概率。我我国国现现行行的的混混凝凝土土路路面面设设计计规规范范采采用用的的结结构构设设计计方方法法是是以以混混凝凝土土路路面面板板在在车车辆辆荷荷载载应应力力和和温温度度应应力力综综合合作作用用下下，在在纵纵缝缝边边缘缘中中部部出出现现纵纵向向疲疲劳劳开开裂裂作作为为临临界界损损坏

22、坏状状态态，设设计计时时以以荷荷载载应应力力和和疲疲劳劳温度应力的叠加小于等于混凝土疲劳强度作为设计标准。温度应力的叠加小于等于混凝土疲劳强度作为设计标准。路路面面可可靠靠度度定定义义：在在设设计计使使用用年年限限内内，在在车车辆辆荷荷载载应应力力和和温温度度应力综合作用下，路面板纵缝中部不出现疲劳开应力综合作用下，路面板纵缝中部不出现疲劳开第14页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计裂的概率。裂的概率。路路面面极极限限状状态态的的函函数数为为式式（16-4016-40）。在在保保持持控控

23、制制失失效效模模式式的的实实质质不不变变的的前前提提下下，也也可可采采用用路路面面结结构构疲疲劳劳寿寿命命大大于于等等于于累累计计当当量量标标准准轴轴载载作作用用次次数数作作为为路路面面结结构构极极限限状状态态函函数数。路路面面结结构构的的可可靠靠度度可可表表示示为（为（16-4316-43）二、路面结构的目标可靠度二、路面结构的目标可靠度是是在在满满足足高高等等级级公公路路行行驶驶安安全全和和舒舒适适性性要要求求的的前前提提下下，考考虑虑道道路路初初期期费费用用，养养护护费费用用与与用用户户费费用用对对目目标标可可靠靠度度的的影影响响后后综综合合确确定定的的，通通常常采采用用校校准准法法来来

24、确确定定目目标标可可靠靠度度。所所谓谓校校准准法法是是对对按按现现行行规规范范设设计计方方法法所所设设计计的的路路面面进进行行路路面面隐隐含含可可靠靠度度的的分分析析，以以这这些些隐隐含含可可靠靠度度作作为为目目标标可可靠靠度度，则则所所设设计计的的路路面面结结构构具具有有与原确定型设计方法相同的可靠度水平。与原确定型设计方法相同的可靠度水平。第15页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计三、设计参数均值的取值和变异系数范围三、设计参数均值的取值和变异系数范围设设计计参参数数有有：设设计计年

25、年限限内内累累计计轴轴载载作作用用次次数数，混混凝凝土土的的抗抗弯弯拉拉强度和弹性模量以及路面板厚度等。强度和弹性模量以及路面板厚度等。1 1、设计年限内累计当量标准轴载作用次数、设计年限内累计当量标准轴载作用次数由由使使用用初初期期当当量量轴轴次次、年年增增长长率率和和横横向向分分布布系系数数三三个个随随机机变变量决定。量决定。2 2、混凝土的抗弯拉强度和弹性模量、混凝土的抗弯拉强度和弹性模量见表见表16-1116-11、16-1216-123 3、路面板厚度、路面板厚度路面板厚度的变异系数见表路面板厚度的变异系数见表16-1316-134 4、基层和土基抗压回弹模量以及基层顶面综合回弹模量

26、、基层和土基抗压回弹模量以及基层顶面综合回弹模量见表见表16-1416-14、16-1216-12第16页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计四、路面结构可靠度的计算四、路面结构可靠度的计算由由公公式式（16-4416-44）可可知知，只只要要知知道道了了轴轴载载作作用用次次数数和和疲疲劳劳寿寿命命的的分分布布函数，就可得到路面结构的可靠值。函数，就可得到路面结构的可靠值。1 1、路面疲劳寿命的分布、路面疲劳寿命的分布根根据据试试验验结结果果，混混凝凝土土弯弯曲曲疲疲劳劳寿寿命命服服从从两

27、两参参数数的的威威布布尔尔分分布布。分分布布函函数数见见（16-4516-45）。按按现现行行混混凝凝土土路路面面设设计计规规范范的的结结构构设设计计方方法法，路路面面疲疲劳劳寿寿命命为为混混凝凝土土抗抗折折强强度度和和荷荷载载应应力力及及疲疲劳劳温温度度应应力力的的函函数数，关系式为（关系式为（16-4616-46）。）。2 2、累计当量标准轴载作用次数的分布、累计当量标准轴载作用次数的分布以采用对数正态分布假定为宜，其分布密度函数为（以采用对数正态分布假定为宜，其分布密度函数为（16-4716-47）第17页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路

28、面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计五、路面结构的可靠性设计五、路面结构的可靠性设计为为能能考考虑虑各各设设计计参参数数变变异异性性影影响响，可可以以通通过过引引入入一一个个可可靠靠度度系系数数，将将可可靠靠度度概概念念应应用用到到考考虑虑荷荷载载应应力力和和温温度度应应力力综综合合疲疲劳劳作作用的路面结构设计方法中，它不改变原设计方法的步骤。用的路面结构设计方法中，它不改变原设计方法的步骤。路路面面结结构构可可靠靠度度系系数数定定义义为为疲疲劳劳方方程程求求得得的的最最大大允允许许应应力力与与实实际际最最大应力之比。大应力之比。第18页，共31页，编辑于2022年，星

29、期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计第五节第五节 水泥混凝土路面结构组合设计水泥混凝土路面结构组合设计一、面层混凝土板一、面层混凝土板面面层层应应具具有有足足够够的的强强度度、耐耐久久性性、表表面面抗抗滑滑、耐耐磨磨、平平整整等等良良好好的的路路用用性性能能，一一般般采采用用设设接接缝缝、不不配配筋筋的的普普通通混混凝凝土土路路面面板板。混混凝凝土土面板层的厚度取决于公路和交通等级，可参照表面板层的厚度取决于公路和交通等级，可参照表16-1716-17。二、混凝土路面基层结构二、混凝土路面基层结构应应具具有有足足够够的的

30、抗抗冲冲刷刷能能力力和和一一定定的的刚刚度度。各各类类基基层层的的适适宜宜交交通通等级与适宜厚度范围见表等级与适宜厚度范围见表16-1916-19。三、混凝土路面垫层结构三、混凝土路面垫层结构一一般般为为应应对对路路基基的的特特殊殊需需求求而而设设置置，分分为为防防冻冻垫垫层层、排排水水垫垫层与加固垫层三类。层与加固垫层三类。第19页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计四、混凝土路面的路基结构四、混凝土路面的路基结构应应满满足足稳稳定定、密密度度、均均质质、耐耐久久的的要要求求。对对路路基

31、基土土质质的的要要求求很很严严，一一般般高高液液限限粘粘土土及及含含有有机机质质细细粒粒土土均均不不能能用用于于高高速速公公路路和和一一级级公公路路的的路路床床填填料料，也也不不能能用用于于二二级级和和二二级级以以下下公公路路的的上上路路床填料。床填料。第20页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计第六节第六节 我国水泥混凝土路面设计方法我国水泥混凝土路面设计方法我我国国水水泥泥混混凝凝土土路路面面设设计计方方法法采采用用单单轴轴双双轮轮组组100KN100KN标标准准轴轴载载作作用用下下的

32、的弹弹性性半半空空间间地地基基有有限限大大矩矩形形薄薄板板理理论论有有限限元元解解为为理理论论基基础础，以以路路面面板板纵纵缝缝边边缘缘荷荷载载与与温温度度综综合合疲疲劳劳弯弯拉拉应应力力为设计指标进行路面板厚度设计。为设计指标进行路面板厚度设计。一、目标可靠度与疲劳极限状态方程式一、目标可靠度与疲劳极限状态方程式见表见表16-2016-20规定。规定。水水泥泥混混凝凝土土路路面面结结构构设设计计以以行行车车荷荷载载和和温温度度梯梯度度综综合合作作用用产产生生的疲劳断裂作为设计的极限状态。极限状态方程为（的疲劳断裂作为设计的极限状态。极限状态方程为（16-4816-48）。）。二、弯拉应力分析

33、及厚度设计二、弯拉应力分析及厚度设计第21页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计1 1、荷载应力分析、荷载应力分析标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按式（标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按式（16-4916-49）计算；）计算；2 2、温度应力分析、温度应力分析在临界荷位处的温度疲劳应力按式（在临界荷位处的温度疲劳应力按式（16-5516-55）计算确定。）计算确定。3 3、混凝土路面板厚度设计、混凝土路面板厚度设计考考虑虑荷荷载载应应力力和和温温度度翘翘曲曲应应力力综综合合疲疲

34、劳劳损损坏坏作作用用的的混混凝凝土土面面层层厚度和板平面尺寸确定方法，可遵循如下设计步骤：厚度和板平面尺寸确定方法，可遵循如下设计步骤：A A、收集并分析交通参数；、收集并分析交通参数；B B、初拟路面结构；、初拟路面结构；C C、确定材料参数；、确定材料参数；DD、计算荷载疲劳应力和温度应力；、计算荷载疲劳应力和温度应力；E E、检验初拟路面结构、检验初拟路面结构；第22页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计三、接缝设计三、接缝设计1 1、纵向接缝、纵向接缝纵纵缝缝一一般般分分为为假假缝

35、缝和和施施工工缝缝。纵纵缝缝间间距距一一般般为为34.5m34.5m设设置置，当当一一次次铺铺筑筑宽宽度度大大于于4.54.5米米时时，应应增增设设纵纵向向缩缩缝缝，纵纵向向缩缩缝缝采采用用假假缝形式，应设置拉杆，拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚中央。缝形式，应设置拉杆，拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚中央。2 2、横向接缝、横向接缝有三种：缩缝、胀缝、施工缝。有三种：缩缝、胀缝、施工缝。缩缩缝缝保保证证板板因因温温度度和和湿湿度度的的降降低低而而产产生生收收缩缩时时沿沿该该薄薄弱弱断断面面缩缩裂裂，从而避免产生不规划裂缝；从而避免产生不规划裂缝；胀胀缝缝保保证证板板在在温温度度升升高高时时能能部部分分伸

36、伸张张，从从而而避避免免产产生生路路面面板板在在热天的拱胀；热天的拱胀；施工缝应尽量做到胀缝处，如不可能，也应做到缩缝处。施工缝应尽量做到胀缝处，如不可能，也应做到缩缝处。第23页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计A A、胀缝、胀缝常常采采用用平平缝缝形形式式，也也叫叫真真缝缝。缝缝隙隙宽宽约约20mm20mm，缝缝隙隙上上部部3040mm3040mm深深度度内内浇浇灌灌填填缝缝料料，下下部部设设置置富富有有弹弹性性的的嵌嵌缝缝板板，由由油油浸浸或或沥沥青青浸浸制制的的软软木木板板制制成

37、成。应应在在胀胀缝缝板板厚厚中中央央设设置置滑滑动动传传力力杆杆，采采用光圆钢筋。用光圆钢筋。胀胀缝缝应应尽尽量量少少设设或或不不设设，但但在在邻邻近近桥桥梁梁或或其其他他固固定定构构筑筑物物处处、与与柔柔性性路路面面相相接接处处、板板厚厚改改变变处处、隧隧道道口口、小小半半径径平平曲曲线线和和凹凹形竖曲线纵坡变换处，均应设置胀缝。形竖曲线纵坡变换处，均应设置胀缝。B B、缩缝、缩缝一一般般采采用用假假缝缝形形式式，即即只只在在上上部部设设缝缝隙隙，宽宽为为38mm38mm，深深度度为为板板厚厚的的1/51/41/51/4，一一般般为为56cm56cm，一一般般不不必必设设传传力力杆杆，但但在

38、在邻邻近近自由端部的自由端部的3 3条缩缝内，宜加设传力杆。缩缝间距一般为条缩缝内，宜加设传力杆。缩缝间距一般为4646米。米。第24页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计C C、横向施工缝、横向施工缝也叫工作缝，采用平缝的构造形式，缝宽也叫工作缝，采用平缝的构造形式，缝宽38mm38mm，在深，在深度度1/51/41/51/4板板厚厚的的范范围围内内浇浇灌灌填填缝缝料料。胀胀缝缝处处的的施施工工缝缝，构构造造同同胀胀缝缝，缩缝处的施工缝采用平缝加传力杆型。缩缝处的施工缝采用平缝加传力杆型

39、。四、混凝土面板配筋设计四、混凝土面板配筋设计1 1、钢筋混凝土面板配筋设计、钢筋混凝土面板配筋设计其钢筋配筋量按式（其钢筋配筋量按式（16-5816-58）计算确定。）计算确定。2 2、连续配筋混凝土路面板配筋设计、连续配筋混凝土路面板配筋设计（1 1）横向裂缝平均间距计算）横向裂缝平均间距计算按式（按式（16-5916-59）计算。）计算。第25页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计（2 2）裂缝间隙宽度计算）裂缝间隙宽度计算按式（按式（16-6016-60）计算。）计算。（3 3）钢

40、筋应力计算）钢筋应力计算按式（按式（16-6116-61）确定；）确定；（4 4）纵向配筋率确定）纵向配筋率确定计算步骤见计算步骤见P488P488五、加铺层结构设计五、加铺层结构设计分三阶段：旧路调查评定、改建方案确定、加铺层设计。分三阶段：旧路调查评定、改建方案确定、加铺层设计。设计过程如下所述：设计过程如下所述：第26页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计1 1、调调查查现现有有混混凝凝土土面面层层的的结结构构损损坏坏状状况况，选选择择加加铺铺层层形形式式，初估加铺层厚度，并确定结构

41、损坏的处理措施；初估加铺层厚度，并确定结构损坏的处理措施；2 2、钻钻取取芯芯样样，测测定定旧旧混混凝凝土土路路面面的的厚厚度度和和混混凝凝土土的的劈劈裂裂强强度，求得混凝土弯拉强度和弯拉弹性模量；度，求得混凝土弯拉强度和弯拉弹性模量；3 3、在在旧旧面面层层上上进进行行弯弯沉沉测测定定，反反算算得得到到旧旧路路面面顶顶面面的的当当量量回弹模量值；回弹模量值；4 4、按按前前述述双双层层式式混混凝凝土土路路面面设设计计方方法法计计算算分分离离式式或或结结合合式式加加铺铺层层在在标标准准轴轴载载作作用用于于板板纵纵向向边边缘缘中中部部时时的的荷荷载载应应力力；在在考考虑虑荷荷载载疲疲劳劳应应力力

42、系系数数、接接缝缝应应力力折折减减系系数数和和综综合合系系数数后后，得得到到各各层层相相应应的的荷荷载载疲疲劳劳应应力力；以以及及最最大大温温度度翘翘曲曲应应力力，在在考考虑虑温温度度疲劳应力系数后，得到相应层的温度疲劳应力；疲劳应力系数后，得到相应层的温度疲劳应力；5 5、分层叠加荷载疲劳应力和温度疲劳应力，得综合、分层叠加荷载疲劳应力和温度疲劳应力，得综合第27页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计疲疲劳劳应应力力，检检验验加加铺铺层层的的设设计计厚厚度度：分分离离式式加加铺铺层层的的

43、加加铺铺层层以以及及旧旧面面层层的的综综合合应应力力，结结合合式式加加铺铺层层的的旧旧面面层层的的综综合合应应力力应满足式（应满足式（1616-4848）的要求。）的要求。（1 1）分离式混凝土加铺层）分离式混凝土加铺层加加铺铺层层铺铺筑筑前前应应更更换换破破碎碎板板、修修补补裂裂缝缝、清清除除接接缝缝中中失失效效的的填填缝缝料料和和杂杂物物；在在旧旧混混凝凝土土面面层层与与加加铺铺层层之之间间应应设设置置隔隔离离层层；加铺层的厚度不宜小于加铺层的厚度不宜小于180mm180mm。（2 2）结合式混凝土加铺层）结合式混凝土加铺层损损坏坏状状况况和和接接缝缝传传荷荷能能力力评评定定为为优优良良时

44、时，可可采采用用结结合合式式混混凝凝土土加加铺铺层层，加加铺铺层层的的最最小小厚厚度度为为25mm25mm，应应把把旧旧混混凝凝土土面面层层表表面面打打毛毛清清理理，并并在在清清理理后后的的表表面面涂涂敷敷粘粘结结剂剂，使使加加铺铺层层与与旧旧混混凝凝土土面面层层结结合合成成整整体。体。第28页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计第七节第七节 外国混凝土路面设计方法简介外国混凝土路面设计方法简介一、美国一、美国AASHTOAASHTO混凝土路面设计方法简介混凝土路面设计方法简介以以现现时时

45、耐耐用用性性指指数数作作为为衡衡量量路路面面使使用用性性能能的的指指标标，制制定定了了路路面结构设计方法。面结构设计方法。1 1、设计标准、设计标准在使用性能期内路面耐用性指数的总变化量为（在使用性能期内路面耐用性指数的总变化量为（16-7316-73）；）；2 2、设计参数、设计参数交交通通分分析析选选用用80KN80KN的的轴轴载载作作为为标标准准轴轴载载；可可靠靠度度水水平平和和总总标标准准差差见见表表16-3816-38、16-3916-39；地地基基设设计计反反应应模模量量（考考虑虑五五个个方方面面）；混混凝凝土土抗抗弯弯强强度度和和弹弹性性模模量量以以2828天天龄龄期期测测定定结

46、结果果的的平平均值作为混凝土的设计均值作为混凝土的设计第29页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计抗抗弯弯拉拉强强度度；混混凝凝土土弹弹性性模模量量按按式式（16-7416-74）确确定定。路路面面排排水水系系数数见表（见表（16-4016-40）；接缝传荷系数见表（）；接缝传荷系数见表（16-4116-41）。）。3 3、设计步骤、设计步骤确定各项设计参数；确定各项设计参数；确定地基的设计反应模量；确定地基的设计反应模量；确定所需面层厚度；确定所需面层厚度；二、美国波特兰水泥协会混凝土路

47、面设计方法二、美国波特兰水泥协会混凝土路面设计方法以以文文克克勒勒地地基基上上弹弹性性薄薄板板理理论论为为基基础础，考考虑虑了了水水泥泥混混凝凝土土路路面面的的使用年限，疲劳强度等多种因素，是一种比较完善的方法。使用年限，疲劳强度等多种因素，是一种比较完善的方法。第30页，共31页，编辑于2022年，星期日第十六章第十六章第十六章第十六章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计1 1、设计使用年限与交通分析、设计使用年限与交通分析设计使用年限为设计使用年限为4040年；年；2 2、荷载安全系数、荷载安全系数见见P504P504规定；规定；3 3、基础强度特征、基础强度特征以地基反应模量表征；以地基反应模量表征；4 4、荷载应力、荷载应力采用横缝边缘作为计算应力的临界荷载位置；采用横缝边缘作为计算应力的临界荷载位置；5 5、疲劳与安全系数、疲劳与安全系数 按式（按式（16-7616-76）与表）与表16-4416-44取用。取用。第31页，共31页，编辑于2022年，星期日