水泥混凝土路面设计教学课件

第一节述混凝土路面结构特征水泥混凝土路面力学特点:1混凝土的强度远大于基层和土基模量和强度2水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强度;3基层表面与路面板间摩擦力较小;4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5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。6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。力学特点与力学模型混凝土的强度远大于基层和土基的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)水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强度实际工程中,板块往往因为抗折强度不足,发生断裂(而不是压碎),这与以上力学特点相吻合。这同时确定了水泥混凝土路面板块厚度设计时,应按抗折强度作为主要标准。基层表面与路面板间摩擦力较小在力学模型中,可以将摩擦力忽略,从而得到了板块与基层间完全光滑的联结条件。也就是板块和弹性地基间只传递竖向应力而不传递水平面上的应力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。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。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设计时,要考虑荷载疲劳应力(p)和温度疲劳翘曲应力(t)两种应力的综合作用。、混凝土路面结构设计内容(1)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,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三、混凝土路面结构设计原则应根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素,密切结合本地区实践经验,将混凝土路面板按重要工程结构的要求完成。保证工程的质量与耐久性;基层、底基层、垫层设计在满足设计要求的前提之下,尽可使用当地材料修建。遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则进行路面设计方案的比较,选择技术先进、经济合理、安全可靠的方案。结合当地实践基础,积极推广成熟的科研成果。充分考虑沿线环境的保护,自然生态的平衡,有利于施工、养护工作人员的健康与安全。尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。地处不良地基的路段,应采取有效措施加快稳定路基沉降。四、混凝土路面结构设计理论与方法目前世界各国的混凝土路面设计方法都是以弹性地基板的荷載应力、温度应力分析方法为基本理论,以混凝土路面板的弯拉应力作为极限状态和设计控制指标《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2019)是我国现行混凝土路面设计规范。新规范列出的设计方法以弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础,以100kN单轴双轮标准轴载作用于矩形板纵向边缘中部产生的最大荷载应力控制设计。采用可靠度设计方法,以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态。五、混凝土路面交通等级◆路面结构设计的目标是要求混凝土路面结构在设计基准期内满足预测交通量累计标准轴载通行时,具有快速、安全、稳定的服务功能,路面结构具有相应的承载能力,路面板的弯拉应力满足疲劳极限应力的容许标准。(1)设计基准期◆路面设计基准期是计算路面结构可靠度时,考虑各项基本度量与时间关系所取用的基准时间。也可理解为保证路面结构达到规定可靠度指标的有效期间。◆设计基准期与公路等级有关,可根据公路在路网中的功能定位,当地国民经济发展的需求以及投资条件等因素,经综合论证后确定。公路混凝土路面设计基准期参考值表161公路技术等级设计基准期(年)公路技术等级设计基准期(年二级公路级公路三、四级公路(2)标准轴載及轴载当量换算◆我国公路水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。对于各种不同汽车轴载的作用次数,可按等效疲劳断裂原则换算成标准轴载的作用次数,并根据标准轴载的作用次数判断道路的交通繁重程度。轴载换算公式为N3=.N(o°(16-1)式中:N5100XN的单轴一双轮组标准轴载的通行次数;P-—各类轴一轮型;级轴载的总重(kN);n轴型和轴载级位数;N;各类轴一轮型i级轴载的