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I9水泥混凝土路面结构设计.ppt

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1,第 九 章,水泥混凝土路面结构设计 Design Of Pavement Structure For Cement Concrete,2,水泥混凝土路面:指以水泥混凝土板作为主要承载结构层,而板下的基垫层及路基统称为地基,起支承作用。,水泥混凝土路面分类:1.普通混凝土(仅在接缝或边角配筋);2.钢筋混凝土;3.连续配筋混凝土;4.碾压混凝土;5.钢纤维混凝土。,设计理论:弹性地基板理论,设计内容:1.结构层次组合;2.路面板尺寸确定;3.接缝构造及配筋设计,9.1 混凝土路面的损坏模式和设计要求,一、损坏模式:,1.断裂:原因为板太薄或轮载过重和作用次数过多,板的平面尺寸太大。,2.挤碎:接缝附近受挤压而碎裂。,3.拱起:接缝两侧的板突然向上拱起,为纵向屈曲失稳引起。,4.唧泥:接缝内喷溅出泥浆现象,使路面板边缘和角隅部分逐渐失去支承, 导致断裂。,5.错台:竖向相对位移。,水泥混凝土路面优缺点:强度高、稳定性好、耐久性好、养护费用少、经济效益高、有利于夜间行车;对水泥需要量大、有接缝、开放交通迟、修复困难。,3,二、设计要求:,1.路基和基层设计:要求密实、均匀、稳定和防冻厚度及E。大于规定值。,2.混凝土材料组成设计:配合比及材料要达到高强、耐磨和抗冻。,3.路面板几何尺寸设计:平面尺寸、板厚设计,以使强度(σp,σt)满足要求。,4.接缝及配筋设计:选接缝类型、布置接缝位置、定接缝构造,以提高接缝传荷能力。,混凝土面板承受的应力很多,有荷载应力σp 、温度应力σt 、收缩应力、体积变化应力等,设计时,主要考虑σp,σt。,9.2 弹性地基板的应力分析,混凝土路面在荷载P作用下变形很小,其E远大于路基和基垫层的E,其间的摩阻力一般也不大,鉴于这个特性,用弹性地基板理论分析。,一、荷载应力分析:,1.弹性地基小挠度薄板理论:厚度不到平面尺寸的1/10的板叫薄板,竖向位移远小于厚度的变形叫小挠度。,4,基(垫)层、路基可看成弹性地基,它对路面只有向上的竖向反力,且地基与板完全接触(不脱离),即挠度相同。,在研究竖向荷载作用下的小挠度板问题时,常采用下列三项基本假设:,1. σz,εz≈0,W为(x,y)的函数。,2. 无横向剪应变,γxz =γyz = 0 。,3. 中面上各点无x、y方向位移,u = v = 0 ,只有 W 。,,,则板挠曲面微分方程为:,5,采用圆柱坐标时:,2.Winkler地基(K地基):,1)板中受荷时:,当δ0.5h时,偏差较大,用,代替δ。,2)板边部中受荷时:,当δ0.5h时,偏差较大,用b代替δ。,3)板角受荷时:,当板角脱开时:,δ下降。,在以上诸式中,l为板的相对刚度,6,例题:黄河JN-150型车后轴一侧双轮组,P=50.8KN,p=0.7MPa,h=0.22m, Ec=30000MPa,µc=0.15,k=50MPa,求不同轮载位置时的最大应力值。,解:双轮组按单圆荷载考虑,查P197图得:Ci=1.29,Ce=1.92,Cc=1.69,Cc′=2.43,∴板中应力:,∴板边中部应力:,∴板角应力:,7,3.弹性半无限地基板(E地基):,半无限地基上无限大板受到集中或圆形分布荷载作用时,属于轴对称问题。,距荷载中心r处挠度:,为半无限地基板的相对刚度半径,,Es、µs为地基参数。,距集中荷载作用中心r处,板在单位宽度的幅向弯矩Mr和切向弯矩Mt:,8,M算出后,得到单位板宽应力,当板受到多个车轮荷载时,可取其中一个为主轮 算出M。按均布荷载考虑,其他各轮按集中荷载考虑,算出Mr、Mt。然后叠加它们的影响,叠加时注意应力的方向。如统一取x,y方向,则Mr、Mt转换为Mx、My时,用材料力学公式:,看到书上199页例题9.1,4.弹性地基板的有限元解:,A、m、n为回归系数。见P201表9-3。,二、温度应力分析:,1、胀缩应力:,1)二维板中部:,Td为温差。升高时为正,降低时为负.,9,看到书上204页例题9.2,例题9.3,3)对于窄长混凝土板:,混凝土Ec的取值,应考虑应力作用的持续时间.由于混凝土的蠕变效应,其持久E仅为标准E的1/3~2/3.,γc为混凝土容重,取0.024KN/m3,f为板与地基间的摩阻系数,采用1~2,2)一维板边中部:,约束板长变化的地基摩阻力随板的重量而变,也即同离板自由端的距离x成正比。此时:σt=γc · f · x,为减小胀缩应力,可将路面板划分为有限尺寸板,若板长为6米时,σt=0.1MPa左右,可不计.,2、翘曲应力:,由于混凝土导热性能差,当气温变化时,板顶和板底产生温差,胀缩应力将不同,会引起翘曲.,当板顶温度高于板底时,板中部力图隆起.受到约束后板底将出现拉应力.反之,板顶出现拉应力.,10,1)文克勒地基(K地基):,三个假设:温
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