水泥混凝土路面设计 (2)幻灯片.ppt
《水泥混凝土路面设计 (2)幻灯片.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《水泥混凝土路面设计 (2)幻灯片.ppt(43页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、水泥混凝土路面设计第1页,共43页,编辑于2022年,星期一第第14章章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计 14.1 弹性地基板理论弹性地基板理论14.2 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析14.3 水泥混凝土路面温度应力分析水泥混凝土路面温度应力分析14.4 水泥混凝土路面板厚计算水泥混凝土路面板厚计算14.5 复合式混凝土路面板厚计算复合式混凝土路面板厚计算14.6 水泥混凝土路面加铺层设计水泥混凝土路面加铺层设计第14章 水泥混凝土路面设计第2页,共43页,编辑于2022年,星期一14.1 弹性地基板理论弹性地基板理论第14章 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面结构支
2、撑于弹性地基上的小挠度弹性薄板地基模型地基模型:1.温克勒(Winkler)地基模型(稠密液体地基、弹簧地基)地基反应模量k。2.弹性固体地基模型(弹性半空间体地基)弹性模量E0和泊松比03.巴斯特纳克(Pasternak)地基模型地基反应模量k和剪切模量G 介于Winkler地基和半空间地基之间的过渡模型。第3页,共43页,编辑于2022年,星期一14.2 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析第14章 水泥混凝土路面设计小挠度弹性薄板基本假定:小挠度弹性薄板基本假定:(1)垂直于中面方向的应变z极其微小,可以忽略不计。(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
3、中面,因而无横向剪切应变。(3)中面上各点无平行于中面的位移。板挠曲面微分方程板挠曲面微分方程 板与地基的联系基本假定:板与地基的联系基本假定:1)在变形过程中,板与地基的接触面始终吻合,即板面与地基表面的竖向位移是相同的。2)在板与地基的接触面之间没有摩阻力(可以自由滑动),即接触面上的剪应力视为零。第4页,共43页,编辑于2022年,星期一14.2 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析第14章 水泥混凝土路面设计 从板上割取长和宽各为dx和dy,高为h的单元,根据单元的平衡条件(Z=0,y=0,x=0)可导出当板表面作用竖向荷载p,地基对板底面作用竖向反力q时,板中心挠曲面
4、的微分方程为:第5页,共43页,编辑于2022年,星期一14.2 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析第14章 水泥混凝土路面设计在求得板的挠度W解后,即可由下式计算板的应力:第6页,共43页,编辑于2022年,星期一14.2 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析第14章 水泥混凝土路面设计温克勒地基板的荷载应力分析温克勒地基板的荷载应力分析温克勒地基:1.荷载作用于板中(荷位),荷载中心处板底最大弯拉应力:2.荷载作用于板边缘中部(荷位),荷位下板底的最大弯拉应力:3.荷载作用于板角隅(荷位),最大拉应力产生在板的表面离荷载圆中心为X1的分角线上:为板的相对刚
5、度半径:第7页,共43页,编辑于2022年,星期一14.2 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析第14章 水泥混凝土路面设计弹性半空间地基板的荷载应力分析弹性半空间地基板的荷载应力分析弹性半空间地基:弹性半空间体地基上作用任意竖向轴对称荷载q(r)时,其表面的挠度为:对于外荷载与弹性地基板本身均属于轴对称的情况下:第8页,共43页,编辑于2022年,星期一14.2 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析第14章 水泥混凝土路面设计弹性半空间地基板的荷载应力分析弹性半空间地基板的荷载应力分析 弹性半无限地基的荷载应力计算理论对于荷载作用于板边、板角隅处,以及有限尺寸
6、的矩形板,在不同组合的轮载作用于板上任何位置时,均无法解决。第9页,共43页,编辑于2022年,星期一14.2 水泥混凝土路面荷载应力分析水泥混凝土路面荷载应力分析第14章 水泥混凝土路面设计荷载应力的有限元分析方法荷载应力的有限元分析方法 有限元方法是将一个连续结构,离散成有限个单元体,这些单元体在结点处互相铰结,把荷载简化到节点上,计算在外荷载作用下各结点的位移,进而计算各单元体的应力和应变。用离散体的解答近似代替原连续体解答。步骤:结构的离散化选择位移模式分析单元的力学特性建立结构总体平衡方程求解未知节点位移计算应力并整理结果第10页,共43页,编辑于2022年,星期一14.3 水泥混凝
7、土路面水泥混凝土路面温度温度应力分析应力分析第14章 水泥混凝土路面设计胀缩应力胀缩应力当气温缓慢变化时,板内温度均匀升降,则面板沿断面的深度均匀胀缩。设x为板的纵轴,y为板的横轴。如有一平面尺寸很大的板,在温差影响下板内任一点的应变为:面板胀缩完全受阻时所产生的应力为:第11页,共43页,编辑于2022年,星期一14.3 水泥混凝土路面水泥混凝土路面温度温度应力分析应力分析第14章 水泥混凝土路面设计胀缩应力胀缩应力在混凝土板内设置接缝后,板被化分为有限尺寸的板块。这时因变形受阻而产生的板内最大应力出现于板长的中央,其值可近似按下式计算:板划分为有限尺寸板块后,因收缩而产生的应力很小,可不予
8、考虑。第12页,共43页,编辑于2022年,星期一14.3 水泥混凝土路面水泥混凝土路面温度温度应力分析应力分析第14章 水泥混凝土路面设计翘曲应力翘曲应力 由于混凝土板、基层和土基的导热性能较差,当气温变化较快时,板顶面与底面产生温度差,从而使板顶面与底面的胀缩变形大小也就不同。当气温升高时,板顶面温度较其底面高,板顶膨胀变形较板底的大,则板中部隆起;相反,当气温下降时,板顶面温度较其底面低,板顶收缩变形较板底的大,因而板的边缘和角隅翘起。由于板的自重、地基反力和相邻板的钳制作用,使部分翘曲变形受阻,从而使板内产生翘曲应力。由气温升高引起的板中部隆起受到限制时,板底面出现拉应力;而当气温降低
9、引起的板四周翘起受阻时,板顶面出现拉应力。板顶面与板底面的温度差通常表示为板的温度梯度乘以板厚,即t=Tgh。第13页,共43页,编辑于2022年,星期一14.3 水泥混凝土路面水泥混凝土路面温度温度应力分析应力分析第14章 水泥混凝土路面设计翘曲应力翘曲应力 威斯特卡德对温克勒地基板作了如下假设:温度沿板断面呈直线变化、板和地基始终保持接触,不计板自重。对有限尺寸板,沿板长(L)和板宽(B)方向的翘曲应力分别为:第14页,共43页,编辑于2022年,星期一14.3 水泥混凝土路面水泥混凝土路面温度温度应力分析应力分析第14章 水泥混凝土路面设计翘曲应力翘曲应力 按照文克勒地基板计算翘曲应力的
10、假设,采用有限元法来计算弹性半空间体地基上板的翘曲应力。板中部:板边缘中部:Bx(或By)温度应力系数。第15页,共43页,编辑于2022年,星期一14.4 水泥混凝土路面水泥混凝土路面板厚计算板厚计算第14章 水泥混凝土路面设计p设计内容与标准设计内容与标准p设计参数设计参数p荷载疲劳应力计算荷载疲劳应力计算p温度疲劳应力计算温度疲劳应力计算p板厚确定步骤板厚确定步骤第16页,共43页,编辑于2022年,星期一设计内容与标准设计内容与标准第14章 水泥混凝土路面设计(1)路面结构组合设计)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
11、性模量和厚度的确定。(2)混凝土面板厚度设计)混凝土面板厚度设计 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)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。(4)路肩设计)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水的要求。(5)普通
12、混凝土路面配筋设计)普通混凝土路面配筋设计 普通混凝土路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。第17页,共43页,编辑于2022年,星期一设计参数设计参数第14章 水泥混凝土路面设计p标准轴载与轴载换算标准轴载与轴载换算p交通分级和累计作用次数交通分级和累计作用次数p结构设计参数的变异性和路面结构的可靠度结构设计参数的变异性和路面结构的可靠度p基层顶面的当量回弹模量基层顶面的当量回弹模量p水泥混凝土的设计强度水泥混凝土的设计强度 第18页,共43页,编辑于2022年,星期一标准轴载与轴载换算
13、标准轴载与轴载换算第14章 水泥混凝土路面设计以轴重100kN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数,可按等效疲劳损坏原则换算成标准轴载的作用次数。第19页,共43页,编辑于2022年,星期一交通分级和累计作用次数交通分级和累计作用次数第14章 水泥混凝土路面设计设计使用年限内设计车道的标准轴载累计作用次数Ne:第20页,共43页,编辑于2022年,星期一结构设计参数的变异性和路面结构的可靠度结构设计参数的变异性和路面结构的可靠度第14章 水泥混凝土路面设计路面结构的可靠度路面结构的可靠度是指在规定的设计基准期(设计使用期)内,在规定的交通和环境条件下,路面使用性能满足预
14、定水平要求的概率。目标可靠度目标可靠度是所设计路面结构应具有的可靠度水平。选定较高的目标可靠度,在各设计参数的变异水平不变时,所设计的路面厚度较大,初期建设费用较高,但使用期间的养护费用和车辆运行费用较低;若选定较低的目标可靠度,则所设计的路面结构较薄,初期修建费用可以降低,但使用期间的养护费用和车辆运行费用将会提高。第21页,共43页,编辑于2022年,星期一基层顶面的当量回弹模量基层顶面的当量回弹模量第14章 水泥混凝土路面设计 混凝土面板下的地基包括路基和根据需要设置的垫层与基层,其整体路面结构为弹性多层体系。分析板内荷载应力时,应将多层体系换算为半无限体,以其顶面的当量回弹模量作为半无
15、限地基的模量值。1)新建公路基层顶面的当量回弹模量值第22页,共43页,编辑于2022年,星期一基层顶面的当量回弹模量基层顶面的当量回弹模量第14章 水泥混凝土路面设计2)原有柔性路面顶面的当量回弹模量值 在原有柔性路面上铺筑水泥混凝土路面时,应通过承载板试验确定原有柔性路面顶面的当量回弹模量Et;如用汽车实测路段的回弹弯沉值,可按柔性路面旧路补强法中的计算方法确定计算回弹弯沉值l0后,确定其基层顶面的当量回弹模量Et:l0以后轴重100kN的车辆测得的计算回弹弯沉值(1/100mm)。第23页,共43页,编辑于2022年,星期一水泥混凝土的设计强度水泥混凝土的设计强度第14章 水泥混凝土路面
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 水泥混凝土路面设计 2幻灯片 水泥 混凝土 路面 设计 幻灯片
限制150内