路基路面工程 教学课件 ppt 作者 郭兰英 主编 朱红兵 董连成 副主编第十四章.ppt

路基路面工程 ;第十四章 水泥混凝土路面设计 §14-1 概述 § 14-2 弹性地基板体系理论简介 § 14-3 水泥混凝土路面可靠度理论简介 §14-4 水泥混凝土路面的破坏形式及设计标准 §14-5 路面结构组合设计 §14-6 水泥混凝土路面构造 §14-7国内水泥混凝土路面设计方法;§14-1 概述;一、水泥混凝土路面特点 1.水泥混凝土路面优点： 1）强度高，具有较高的抗压、抗弯拉强度及抗磨耗能力。混凝土的抗压强度不应低于30～35Mpa 2）色泽鲜明，能见度好，对夜间行车有利－“白色路面”。 3）抗滑性能好，粗糙度好，能保证车辆有较高的安全行驶速度，提高车辆行驶的稳定性。 4）养护费用少，全寿命经济效益高。 5）耐久性好，一般能使用20～40年，能通行包括履带式车辆等在内的各种运输工具。 6）稳定性好，受到水、温度等自然因素影响时，强度变化小，不存在“老化”现象。;2.水泥混凝土路面缺点： 1）开放交通较迟，铺筑后一般要经过15～20天的养生，才能开放交通。 2）水泥和水的需要量大，给水泥供应不足和缺水地区带来较大困难。 3）有接缝，增加施工和养护的复杂性，而且影响行车的舒适性。同时接缝处板边和板角处容易破坏。 4）修复困难，破坏后开挖很困难，修补工作量也大，且影响交通。 5)噪声大、行驶舒适性差。 ;1）混凝土的强度远大于基层和土基模量和强度 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）。 ;5）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。 6）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。 7）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。 8）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 9）设计时，要考虑荷载疲劳应力和温度疲劳应力两种应力的综合作用。 ;第二节 弹性地基板体系理论简介;3.弹性地基采用的力学模型 由于对弹性地基采用的力学模型不同，得出了不同的弹性地基板理论解， 目前采用的主要有两种弹性地基模型，即地基反应模量表征的文克勒地基模型和以弹性模量与泊松比表征的弹性半无限地基模型。考虑我国的实际情况，采用了弹性半无限地基模型。把混凝土板视为弹性薄板，求解位移和应力时可应用小挠度弹性薄板理论。;(1)假定条件 ①板为具有弹性常数Ec(弹性模量)和μc(泊松比)的等厚弹性体； ②作用于板上的荷载，其施压面的最小边长或直径大于板厚时可近似地忽略竖压缩应变和剪应变的影响，而利用薄板(或称中厚板)弯曲理论进行计算分析；而当施压面尺寸小于板厚时，需采用厚板理论计算或者依据厚板理论对薄板理论的计算结果进修正； ③弹性地基仅在接触面处对板作用有竖向反力，即地基和板之间无牵阻力；同时，在荷载作刚下，板同地基的接触保持完全连续板的挠度即为地基顶面的挠度。;(2)力学模型 在建立接触面处地基顶面挠度同地基压力之间的关系时，通常对地基采用以下三种不同的模型;(2)弹性半空间地基模型。地基看作是均质的半无限连续介质。地基顶面任一点的挠度不仅同作用于该点的压力，也同顶面其它点上的压力有关。这种地基模型有时也称作弹性半无限或弹性固体地基模型，采用弹性模量Es和泊桑比μs来表征其弹胜性质。; 目前，世界上多数国家采用文克勒地基假说，虽然它低估了地基的侧向联系，却使计算结果略偏于安全。弹性半无限地基假说在理论上较为严密，但是由于解题方法过于复杂，致使计算结果有一定的局限性。 我国现在采用弹性半无限地基上的弹性薄板理论和有限元位移法计算荷载应力和温度应力，按荷载应力和温度应力综合作用所产生的疲劳损坏确定板厚。 ２.半无限地基板荷载应力的有限元解 我国JTG D40－2011《公路水泥混凝土路面设计规范》中以“概率极限状态设计法”取代“定值设计法”，即在度量路面可靠性上由经验方法转变为运用统计数学的方法，从而使路面结构更为符合实际情况。在进行设计计算时，采用了以回弹模量和泊松比表征地基刚度的弹性地基假设和有限元位移模型的计算方法。;临界荷位确定 对于弹性半无限地基上的有限尺寸矩形板，有限元法是采用不同组合的轮荷载作用于板上的不同位置并进行计算，在计算双轮胎时简化成双方形荷载图式加荷，; 通过对各种不同荷载位置的疲劳损伤分析与应力计算对比，并考虑纵横向接缝的荷载传递条件。 在以疲劳断裂为设计标准时，选用路面板的纵缝边