路基路面工程 第八版 课件09水泥混凝土路面设计-演讲版-16：9

《路基路面工程》

PavementEngineering国家精品课程东南大学

道路与铁道工程

国家重点学科HighwayandRailwayEngineering,NationalKeyDiscipline21:39爱课程网址/sCourse/course_2658.html中国大学MOOC网址/course/SEU-1001753401第九章水泥混凝土路面设计CementConcretePavementDesign21:39主要内容第一节概述第二节水泥混凝土路面的分类与构造第三节弹性地基板经典理论第四节水泥混凝土路面温度应力分析第五节混凝土路面的破坏及设计指标与标准第六节路面结构设计的可靠度理论21:39主要内容第七节水泥混凝土路面结构组合设计第八节水泥混凝土路面厚度设计第九节特种水泥混凝土路面设计第十节国外水泥混凝土路面设计方法概述21:391）水泥混凝土路面的定义

由水泥混凝土面板和基层或底基层所组成的路面，也称刚性路面，包括普通混凝土路面(JPCP)、钢筋混凝土路面（JRCP)、连续配筋混凝土路面(CRCP)、钢纤维混凝土路面（SFCP）、预应力混凝土路面(PSCP)、装配式混凝土路面(PCCP)等。2）普通水泥混凝土路面（JPCP示意图）由普通混凝土面层板和基层或底基层所组成的路面，是除接缝区和局部范围（边缘及角隅）外，不配置钢筋的混凝土路面。具体称为有接缝的素混凝土路面-JPCP。第一节概述（JRCP示意图）（CRCP示意图）21:39第一节概述TheAutobahn1930sFromDHChenFromDHChen21:39第一节概述

Concrete水泥混凝土路面/

Flexible沥青混凝土路面/

2%JPCP4%CRCP94%FlexibleFromDHChen21:39水泥混凝土路面分布3）水泥混凝土路面的特点（1）强度高（抗压强度、抗弯拉强度）（2）稳定性好（水稳定性高、低温稳定性）（3）耐久性好（疲劳性能使用20-40年或更长？）（4）夜间行车效果好

（5）使用初期养护费用少（但是后期比较高）第一节概述21:394）水泥混凝土路面的缺点（1）初期造价高（目前与进口沥青比造价已不高，且沥青路面使用寿命也长，因此单位年费用更低）；（2）对水泥和水需求量大（缺水地区），总体污染（水泥生产）；（3）噪声大、行驶舒适性差（尤其是错台后）；（4）有接缝（受力薄弱、行车舒适性差、易进水）；（5）修筑周期长，开放交通迟（维修交通影响大）；（6）养护维修困难;

（7）对路基沉降均匀性要求高。第一节概述节尾21:39第二节水泥混凝土路面的分类与构造核心内容水泥混凝土路面分类水泥混凝土路面构造水泥混凝土路面设计内容21:39第二节【1、水泥混凝土路面分类】种类普通混凝土（JPCP）JointPlainConcretePavement钢筋混凝土（JRCP）JointReinforcedCP连续配筋混凝土（CRCP）ContinuouslyReinforcedCP钢纤维混凝土SteelFiberConcretePavement预应力混凝土Pre-StressedConcretePavement装配式混凝土Pre-CastedConcretePavement21:391）路基性能要求：路基的支承要求主要是保证基层的稳定性（尤其是水稳定性和变形稳定性），因此特别要保证路基均匀（强度均匀变形均匀），使得路基支承均匀和顶面强度均匀，从而保证水泥混凝土板处于均匀面支承的受力状态。路基要求密实；路基要求稳定，沉降稳定（尽可能少的不均匀沉降）、整体稳定不变形；路基要求均匀，平面的强度不均匀要求很高；路基要求抗冻。（1）路基Subgrade第二节【2、水泥混凝土路面构造】21:392）引起路基不均匀支承的可能原因

①不均匀沉陷：压实不均匀、填挖结合处理不佳、路基未充分固结（施工期沉降不稳定）；

②不均匀冻胀：含水量在等温面分布不均匀、土质不均匀；

③特殊土质：膨胀土、湿陷性黄土等，加上含水量变化。3）处治方法

土质处治并掺配均匀、控制压实含水率保证压实度、排水畅通、铺设垫层第二节【2、水泥混凝土路面构造】21:39（1）路基Subgrade1）基层的作用①支承路面板提供合适综合模量，提高路面结构的承载能力，延长路面使用寿命。减小路基顶面的压应力，减小路基的不均匀变形，缓和路基不均匀变形对面层的影响。②防唧泥混凝土板如直接放在路基上，会造成路基土塑性变形过大，铺设基层可减轻以至消除唧泥，但未经处治的砂砾基层细料含量和塑性指数不能太高，否则仍会产生唧泥（Pumping）。（2）基层第二节【2、水泥混凝土路面构造】21:391）基层的作用③防冰冻在季节性冰冻地区，用对冰冻不敏感的粒状多孔材料铺筑基层，可减少路基的冰冻深度，减轻冰冻的危害作用。④防毛细水对基层的影响在湿软土基上，铺筑开级配粒料基层可排除路表渗入水及隔断地下毛细水。⑤提供施工平台面层施工(如立侧模，运送混凝土混合料等)提供方便。第二节【2、水泥混凝土路面构造】21:39（2）基层Base粒料类（碎石、砂砾等）稳定类（水泥、石灰粉煤灰或沥青稳定粒料）贫混凝土和碾压混凝土等

2）水泥混凝土路面的基层类型第二节【2、水泥混凝土路面构造】21:39（2）基层2）水泥混凝土路面的基层类型第二节【2、水泥混凝土路面构造】21:39GeotextileDrainagepipePCCpavementACshoulderPermeablebaseSeparatorlayer（2）基层第二节【2、水泥混凝土路面构造】3）多雨地区基层的设计要求4）基层的厚度要求21:39第二节【2、水泥混凝土路面构造】A、有接缝的素混凝土路面B、有接缝的钢筋混凝土路面C、连续配筋混凝土路面D、预应力混凝土路面

1）面层的几种类型（3）水泥混凝土面层21:39第二节【2、水泥混凝土路面构造】FromDHChen21:39传力杆（3）水泥混凝土面层第二节【2、水泥混凝土路面构造】2）水泥混凝土路面的形状要求普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或钢纤维混凝土面层板一般采用矩形。其纵向和横向接缝应垂直相交

,纵缝两侧的横缝不得相互错位。3）水泥混凝土路面的材料要求新拌混凝土的施工和易性-易于施工操作的性能→质量均匀、密实成型硬化后混凝土的强度-抗压强度和抗弯拉强度、模量混凝土的变形特性-弹性变形、徐变变形、温度变形、干燥收缩变形耐久性-混凝土抵抗环境介质作用而保持其形状、质量和适用性的能力

21:39（3）水泥混凝土面层第二节【2、水泥混凝土路面构造】（4）水泥混凝土路面排水系统路面排水系统的组成①路面表面排水方式：主要通过设置横坡，迅速排除降雨。行车道路面应设单向或双向横破，坡度1%-2%，路肩宜稍大。②中央分隔带和路肩排水方式：主要采用设置排水盲沟的方式。③路面结构内部排水方式：通过设置排水垫层/基层。21:39第二节【2、水泥混凝土路面构造】21:39（4）水泥混凝土路面排水系统设置目的①水泥混凝土硬化过程中的收缩；②施工过程应设置横向工作缝和纵向工作缝；③混凝土面板的热胀冷缩温度均匀变化时：水平拉伸或水平压缩温度不均匀变化时：白天，板表面温度高于板底温度，水泥砼板中部有向上隆起的趋势，受阻后，顶面受压、板底受拉；夜晚相反，板边有翘起趋势，顶面受拉、板底受压第二节【2、水泥混凝土路面构造】（5）水泥混凝土路面的接缝传荷示意图21:39垂直于行车方向的接缝：

包括缩缝、胀缝和工作缝①缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。②胀缝：保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。③施工缝：因施工不连续，暂时停止施工时要设置施工缝。常设置在缩缝、胀缝位置处，必须添加传力钢筋，保证纵向整体性。第二节【2、水泥混凝土路面构造】1）横向接缝（横缝）21:39（5）水泥混凝土路面的接缝

胀缝是贯通接缝、缝宽达到20mm左右、虽然设置传力杆，但是由于不断的伸长与收缩，再加上荷载的作用，是水泥混凝土最薄弱的环节。目前只在结构物位置设置胀逢，设置胀逢的数量与水泥混凝土路面长度没有关系。第二节【2、水泥混凝土路面构造】

①胀缝的构造2）横缝的构造与设置

胀缝是为了控制温度升高引起板的长度增加对其他结构的影响而设置的接缝。21:39（5）水泥混凝土路面的接缝间距一般4～6m，同板长，根据气温状况、地质水文情况选择。如：5m×4m的板块，按5m固定间距设置缩缝。第二节【2、水泥混凝土路面构造】

②缩缝的构造假缝型假缝+传力杆企口缝+传力杆21:392）横缝的构造与设置（5）水泥混凝土路面的接缝缩缝是为了控制干缩和温缩开裂而设置的接缝。

施工缝一般尽量选择在胀缝、缩缝处设置，构造与重交通的缩缝构造（b）相似，或者选用企口缝。第二节【2、水泥混凝土路面构造】

③施工缝的构造浅槽构造图-施工缝与缩缝21:39（5）水泥混凝土路面的接缝2）横缝的构造与设置施工缝是每次施工结束后在横断面设置的接缝。3）横向接缝的间距按面层类型和厚度选定普通混凝土面层一般4-6m，面板的长宽比不宜超过1.30，平面尺寸不宜大于25m2；碾压混凝土或钢纤维混凝土面层一般6-10m；钢筋混凝土面层一般6-15m第二节【2、水泥混凝土路面构造】21:39（5）水泥混凝土路面的接缝①纵缝的构造与设置第二节【2、水泥混凝土路面构造】4）水泥混凝土路面的纵向接缝纵缝：平行于行车方向的接缝，用来控制路面板因翘曲应力与荷载应力共同作用下产生不规则的纵向裂缝。原因：①混凝土摊铺机仅能摊铺一个车道宽度，纵缝做成真缝形式（平头缝）②混凝土摊铺机全路幅摊铺，摊铺宽度两侧做成真缝；摊铺宽度范围内按照车道宽度设置纵缝，做成假缝或者企口缝；21:39（5）水泥混凝土路面的接缝A、根据路面设计宽度，按3～4.5m设置，一般等间距。B、一般选择在车道标线处；靠近中央分隔带的内侧车道，路缘带与车道间不另设纵缝；外侧车道，纵缝外移路缘带宽度；拉杆是指用于纵缝，以保证板块间沿道路横向的联系为主要目的设置的钢筋。一般采用长度50-70cm、直径18-20mm、间距1.0-1.5m螺纹筋。拉杆设置要求：一般纵缝应设拉杆。第二节【2、水泥混凝土路面构造】②纵缝的位置③拉杆的设置21:394）水泥混凝土路面的纵向接缝（5）水泥混凝土路面的接缝分别是什么缝？？？第二节【2、水泥混凝土路面构造】bac21:39第二节【2、水泥混凝土路面构造】①交角：纵缝与横缝一般垂直正交，纵缝两旁的横缝一般成一条直线。在交叉口、匝道位置处，尽量使得纵横缝的夹角为钝角；②横缝间距：4-6m（缩缝），我国缩缝间距一般5m；③纵缝间距：3-4.5m，我国车道宽3.25~3.75m，纵缝设置间距?④趋势：胀缝少；缩缝间距不等，按4、4.5、5、5.5和6m的顺序设置；横缝与纵缝交成80度左右的斜角。

5）纵横缝的布置斜缝示意图21:39（5）水泥混凝土路面的接缝（6）边缘钢筋一般设置在纵向，横向只在胀缝两侧或起终点处设置。采用两根直径12-16mm的钢筋，用直径6mm的钢筋固定，端部应弯起，放置在板厚下1/4-1/3处，并保证离板边缘5cm的净距。第二节【2、水泥混凝土路面构造】21:39（7）角隅钢筋

设置在胀缝两侧板的角隅处，采用两根直径12-14mm，长度2.4m的螺纹钢筋，设在板的上部，并离板顶留有5cm以上净距，距板纵、横边缘各10cm。当交叉口或斜桥处，出现板块锐角时，应增加双层补强钢筋网，以直径6mm钢筋，10cm间距斜交平行排列，设在距板顶、底5-7cm处。第二节【2、水泥混凝土路面构造】为什么设在上部？21:39①一般桥梁

设置桥头搭板，一端放置于桥台上，设置防滑锚固钢筋。②斜交桥梁

设置渐变板，斜角大于70o设置一块，45o-70o设置两块，小于45o设置至少三块，并要求渐变板短边不小于5m。长边不大于10m。角隅处要设置钢筋网补强。③渐变板和搭板均应按计算配筋量设置钢筋。第二节【2、水泥混凝土路面构造】（8）砼路面与桥梁相接的处理21:39第二节【2、水泥混凝土路面构造】③渐变板和搭板21:39（8）砼路面与桥梁相接的处理第二节【2、水泥混凝土路面构造】（9）水泥砼路面与其它路面相接时的处理一般规定混凝土路面与固定构造物相衔接的胀缝无法设置传力杆时，可在毗邻构造物的板端部配置双层钢筋网；或端部增加板厚；混凝土路面与桥梁连接，设置6－10m的过渡板，或设置2－3道传力杆胀缝；桥头未设置搭板，应设计钢筋混凝土路面。21:39（9）水泥砼路面与其它路面相接时的处理设置胀缝并以混凝土预制块过渡，以混凝土平道牙隔断第二节【2、水泥混凝土路面构造】21:39（9）水泥砼路面与其它路面相接时的处理设置水泥混凝土下埋板，其上设置渐变厚度的联结层。第二节【2、水泥混凝土路面构造】尖角不利于施工21:39第二节【2、水泥混凝土路面构造】（9）水泥砼路面与其它路面相接时的处理21:39水泥混凝土路面与沥青混凝土路面相接时的处理①接缝板和填缝料 接缝板：耐久性、伸缩弹性（高、低温均佳）； 填缝料：要具有良好粘性。②接缝板种类木材板、纤维板、泡沫树脂板等。③填缝料 加热施工类：沥青橡胶类、沥青玛碲脂类； 常温施工类：聚氯乙稀胶泥类、自流平硅胶等；第二节【2、水泥混凝土路面构造】（10）水泥砼路面的接缝材料21:391）水泥混凝土路面结构层组合设计；

2）水泥混凝土路面板厚度设计；

3）水泥混凝土面板平面尺寸与接缝设计

4）路肩设计；

5）水泥混凝土路面的钢筋配筋率设计第二节【3、水泥混凝土路面设计内容】节尾21:39（11）水泥砼路面的设计主要包括以下内容第三节弹性地基板经典理论核心内容弹性地基板体系理论简介水泥混凝土路面荷载应力分析21:391）弹性地基上的小挠度薄板模型

弹性地基：因为混凝土板下的基层与土基的作用的应力应变很小，不超过材料的弹性区域，因此将地基看成弹性地基。小挠度弹性薄板：板模量大，抗压强度高（30-40Mpa），一般受荷载应力（0.4-1.0Mpa）相比较小，不超过弹性比例极限，属于弹性板；同时与板厚相比，板的挠度较小。水泥混凝土路面设计理论：弹性地基上的小挠度薄板理论第三节【1、弹性地基板体系理论简介】21:39第三节【1、弹性地基板体系理论简介】2）板的基本假设21:39完全接触假设：始终接触吻合，且可自由滑动（是在刚度差异大、板平面变形微小情况下的近似），即接触面不脱空且剪应力视为零。没有摩擦假设：板和地基之间没有摩擦，可以自由活动。◆3）板与地基接触的假设

第三节【2、水泥混凝土路面荷载应力分析】地基模型假定弹性半空间地基假定；文克勒地基假定。

21:39一个方程，两个未知数，要求解方程，必须建立地基反力与薄板挠度间的关系，因此，必须对地基变形进行假设（两个地基模型，假设不同）。砼路面薄板的弹性曲面微分方程第三节【2、水泥混凝土路面荷载应力分析】◆4）弹性曲面的微分方程

写出z方向的力的平衡方程，简化以后，略去微量，得到：

21:39①文克勒地基WinklerFoundation

定义：地基上任一点的反力仅同该点的挠度成正比，而与其他点无关，即地基相当于由互不相联系的弹簧组成，它因首先由捷克工程师文克勒提出而得名，也称为K地基、弹簧地基。因此，以反应模量（ReactionModulus）K表征的弹性地基。第三节【2、水泥混凝土路面荷载应力分析】◆5）文克勒地基板荷载应力分析（威氏公式）＊＊了解21:39地基变形假设②三个车轮荷位③最大弯拉应力位置

第三节【2、水泥混凝土路面荷载应力分析】

荷载中心处板底；荷位下板底；板表面距板角点x1的分角线上21:39◆5）文克勒地基板荷载应力分析（威氏公式）＊＊了解①板中荷位：②板边荷位③板角荷位当荷载圆半径较小，与板厚相差不大时，板受力接近厚板，需修正，即：R<0.5h时，用当量计算半径b代替R，

第三节【2、水泥混凝土路面荷载应力分析】④威斯特卡德早期应力计算公式21:39◆5）文克勒地基板荷载应力分析（威氏公式）＊＊了解①角隅修正

威氏公式是理论推导得来的，与实际情况有出入。美国1930年在阿灵顿进行了试验路，对公式进行了修正。板体与地基紧密接触时，不修正，理论值近似于实测值；板底脱空时，实测比计算大30%~50%，需修正，Kelly提出板角修正式:②板边修正板与地基保持接触时，不修正；而与地基脱空时，Kelly修正式：第三节【2、水泥混凝土路面荷载应力分析】⑤威斯特卡德公式的Kelly修正公式21:39◆5）文克勒地基板荷载应力分析（威氏公式）＊＊了解③板中修正实测板中应力小于理论值，说明地基不完全符合文克勒地基的假定；文克勒地基计算结果与地基的承载能力的取值有关④应力表达通式第三节【2、水泥混凝土路面荷载应力分析】21:39⑤威斯特卡德公式的Kelly修正公式◆5）文克勒地基板荷载应力分析（威氏公式）＊＊了解弹性半空间地基（ElasticFoundation）

定义：假设地基为一各向同性的弹性半无限体，在荷载作用下其顶面上任一点的挠度不仅同该点的压力有关，也同其它各点的压力有关。以弹性模量E和泊松比μ表征的弹性地基根据Hogg理论：无限大圆板上作用轴对称竖向荷载q(r)时，竖向位移表达式：

第三节【2、水泥混凝土路面荷载应力分析】◆6）弹性半空间体地基板的荷载应力分析21:39地基变形假设地基变形关系水泥混凝土路面荷载应力的有限元分析特点第三节【2、水泥混凝土路面荷载应力分析】◆7）水泥路面板的荷载应力有限元分析①可以按板块的实际大小求解有限尺寸板，从而消除无限大半的假设所带来的误差；②可以考虑各种荷载状况（包括荷载组合和荷载位置）；③可以考虑板的实际边界条件，如接缝的传荷能力、板和地基的脱空。④可以得到整个板体的应力和位移场，从而了解板的受力。21:39第三节【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的有限元分析结果21:39◆7）水泥路面板的荷载应力有限元分析①上下层完全分离②上下层完全结合第三节【2、水泥混凝土路面荷载应力分析】◆8）弹性地基双层板的荷载应力分析节尾21:39第四节水泥混凝土路面温度应力分析核心内容胀缩应力翘曲应力21:39（1）胀缩应力：温度均匀变化时产生-胀缝，缩缝来解决（2）无限大板的翘曲应力板内任一点在温差影响下的应变：板中部受到地基摩阻力作用，板中心点不产生平面位移，εx=εy=0，因此：

板纵向边缘中部或窄长板，εx=0，σy=0，因此

：第四节水泥混凝土路面温度应力分析21:39当气温变化较快时，由于混凝土板导热性能差，在板内产生温度差，当气温升高时板中部有隆起趋势，当气温降低时板边缘和角隅有翘起趋势。由板内温度差产生的翘曲趋势在自重、地基反力和相邻板的约束作用下，使部分或全部翘曲变形受阻，使板内产生应力，这种应力即称为水泥混凝土板的翘曲应力。威斯特卡德对文克勒地基的作进一步假定来计算温度应力：1)温度沿板断面呈线性变化；2）板与地基始终保持接触；3）不计板自重。有限尺寸板，沿板长和板宽方向上的翘曲应力解答（板长L，板宽B）。第四节水泥混凝土路面温度应力分析（3）有限尺寸板的翘曲应力21:39板边中点：弹性半空间体地基时：第四节水泥混凝土路面温度应力分析（4）温度线性分布时的翘曲应力温度沿板断面呈线性变化21:39sinh(x)是双曲正弦cosh(x)是双曲余弦tanh(x)是双曲正切coth(x)是双曲余切tg(x)=tanh(x)是正切

对于较厚的板，采用温度沿板断面呈直线分布的假设，即按板顶和板底的温度差确定的温度梯度计算的温度翘曲应力，会得到偏大的温度翘曲应力值。为此，应考虑由于温度的非线性分布而引起的内应力。我国规范的温度应力计算：第四节水泥混凝土路面温度应力分析（5）温度非线性分布时翘曲应力计算21:39第四节水泥混凝土路面温度应力分析节尾21:39（5）温度非线性分布时翘曲应力计算Cx和Bx关系曲线第五节混凝土路面的破坏及设计指标与标准核心内容混凝土路面主要病害及其主要原因路面破坏的极限状态与设计准则交通分级与设计参数路面厚度设计流程21:39（1）面板破坏（疲劳断裂）

表现为面板的断裂和裂缝，主要是面板由于所受内应力超过了混凝土的强度而出现的横向或纵向以及板角的断裂和裂缝。断裂裂缝可视为混凝土面层结构破坏的临界状态。（2）面板断裂（收缩开裂）第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】包括起皮、磨损、露骨、磨光等21:39（3）表面损坏施工是锯缝时间不合理导致面板早期断裂等，需要及时处理1）挤碎：出现于横向接缝（主要是胀缝）两侧数十厘米宽度内，表现为板的伸长受阻，板发生剪切挤碎。2）拱起：混凝土面板在受膨胀而受阻时，某一接缝两侧的板向上拱起，表现为纵向压曲失稳。3）错台：横向接缝两侧路面板出现的竖向相对位移。4）唧泥：汽车行经接缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。5）脱空：由唧泥逐步发展导致板底出现空洞的现象。第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】（4）接缝破坏错台示意图21:39第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】板块断裂、破碎21:39第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】唧泥21:39第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】拱起FromDHChen21:39第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】裂缝挤碎21:39第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】表面剥落21:39第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】横向裂缝局部沉陷局部修补21:39第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】FromDHChen21:39第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】错台FaultingFromDHChen21:39第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】错台FaultingFromDHChen21:39第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】FromDHChen路面错台Faulting21:39第五节【1、混凝土路面病害及其主要原因】4-in.CoreLane2Lane3Broken#4TieBarBasepumped,formingvoid3inchesdeepby5incheswideYellowrepresentslayerofcleancoarseaggregateleftbehindafterpumpingFaultedasmuchas2inchesDetailatFaultedJoint5in.3in.FromDHChen接缝传力杆破坏示意图21:39第五节【2、路面破坏的极限状态与设计准则】（1）路面可靠度定义：在规定的设计使用年限内，在环境条件和荷载作用下，路面能够发挥其预期功能的概率。（2）我国水泥混凝土路面设计方法：路面板的车辆荷载疲劳应力及温度疲劳应力之和小于混凝土的极限抗折强度。（3）公式左边三项分别代表：可靠度系数、荷载疲劳应力和温度疲劳应力、极重荷载应力最大温度应力；

右边：水泥混凝土面板材料的极限抗折强度。21:39第五节【3、交通分级与设计参数】交通荷载分级可靠度设计标准取值21:39水泥混凝土路面交通荷载分级

第五节【3、交通分级与设计参数】变异系数取值可靠度系数取值21:39第五节【3、交通分级与设计参数】水泥混凝土强度与模量气候相关指标21:39第五节【4、路面厚度设计流程】节尾21:39第六节路面结构设计的可靠度理论核心内容路面结构进行状态函数可靠度系数与可靠度指标路面结构的目标可靠度路面结构的可靠性设计指标21:39第六节路面结构设计的可靠度理论1、结构的极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。2、结构的极限状态分类（1）承载力极限状态：结构或结构构件达到最大承载力，出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形。（2）正常使用极限状态：结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。21:39第六节路面结构设计的可靠度理论3、结构可靠性的含义结构可靠性是结构在规定时间(设计基准期)内、规定条件(正常设计、正常施工、正常使用和维护)完成预定功能的能力。其功能要求为:(1)安全性；(2)适用性；(3)耐久性。当结构或构件超过承载能力极限状态，就可能产生以下后果（1）由于材料强度不够而破坏，或因疲劳而破坏；（2）产生过大的塑性变形而不能继续承载，结构或构件丧失稳定；（3）结构转变为机动体系。超过这一极限状态，结构或其构件就不能满足其预定的安全性要求。21:39第六节路面结构设计的可靠度理论3、结构可靠性的一些概念设计基准期：为了确定可变作用（荷载）、与时间有关的材料性能取值（模量、强度）而选用的时间参数，它不等同于建筑结构的设计适用年限，也不等同于建筑物的使用寿命。设计基准期是一个基准参数，它的确定不仅涉及到可变作用（荷载），还涉及到材料的性能，是在对大量实测数据进行统计分析的基础上提出来的，一般情况下不能随便改。安全等级：根据路面结构的重要性和破坏可能产生的后果严重程度而划分的设计等级。21:39第六节路面结构设计的可靠度理论4、正态分布概率密度曲线有三个数字特征1）平均值和标准差2）变异系数21:39第六节路面结构设计的可靠度理论3）正态分布的概念正态分布的概率密度函数：σ

越大，曲线越扁平，随机变量分布越分散。21:395、结构可靠性失效概率（用表示）

第六节路面结构设计的可靠度理论引入结构的功能函数

则也服从正态分布，并有以下计算式子成立：21:39第六节路面结构设计的可靠度理论β是失效概率和可靠概率的度量，β与Pf或Pr具有一一对应关系，β越大，则失效概率Pf越小（即阴影面积越小），可靠概率越大。

可靠指标β与失效概率pf的对应关系β2.73.23.74.2Pf3.47×10-36.87×10-41.08×10-51.33×10-621:39设计年限内累计当量标准轴载路面结构的疲劳寿命第六节路面结构设计的可靠度理论◆6、水泥混凝土路面可靠度的概念节尾21:39第七节水泥混凝土路面结构组合设计核心内容水泥混凝土路面板水泥混凝土路面基层水泥混凝土路面的垫层和路基21:39第七节【1、水泥混凝土路面板】1）面板类型选择21:39普通混凝土路面一般不配置钢筋，适用于路基条件好的路段配筋混凝土路面纵向配置钢筋，适用于路基条件较差的路段其他混凝土路面（连续配筋钢纤维等）根据需求选用第七节【1、水泥混凝土路面板】2）厚度要求21:39第七节【1、水泥混凝土路面板】3）面板构造深度要求纵向刻槽斜向刻槽刻槽刻槽21:391）基层要求：

①刚度和稳定性；②厚度要求；③基顶当量回弹模量要求第七节【2、水泥混凝土路面基层】2）基层类型要求：21:393）基层厚度要求第七节【2、水泥混凝土路面基层】21:39路基：1）保证干湿状态-高度；2）填料类型选择；3）密实、稳定和均匀-施工第七节【3、水泥混凝土的垫层与路基】◆功能层◆路基21:39第七节【4、水泥混凝土路面结构要求】路面结构组合设计（普通水泥混凝土路面）级配碎石水泥混凝土面层路基路面结构结构（地下水位高）沥青防水抗滑层（最佳）水泥稳定碎石层21:39水泥稳定碎石层水泥混凝土面层路基路面结构结构沥青防水抗滑层（最佳）水泥稳定碎石层第七节【4、水泥混凝土路面结构要求】夹层结构组合设计（重载路基有不均匀沉降等）贫混凝土下基层水泥混凝土面层路基级配碎石贫混凝土夹层结构沥青防水抗滑层水泥稳定碎石层贫混凝土下基层水泥混凝土面层路基级配碎石贫混凝土基层结构水泥稳定碎石层节尾21:39第八节水泥混凝土路面厚度设计核心内容设计计算模型及选择弹性地基的综合回弹模量单层板模型的设计方法与实例分离式双层板模型设计方法与实例复合板模型设计方法21:39第八节【1、设计计算模型及选择】（1）基本假定①基层板与面层板的平面尺寸可以不相等；②荷载应力应用有限元法求解，基层板与面层板采用立方体弹性单元，层间水平光滑、竖向受压连续但不承受拉力；③温度翘曲应力用近似解析法求解，基层板与面层板采用薄板假定，层间为竖向线性弹簧相连。（2）路面结构分析力学模型①弹性地基单层板模型适用于粒料基层上混凝土面层，旧沥青路面加铺混凝土面层；面层板底面以下部分按弹性地基处理。②弹性地基双层板（分离式）模型适用于无机结合料类基层或沥青类基层上混凝土面层，旧混凝土路面上加铺分离式混凝土面层。③复合板（结合式）模型适用于两种不同性能材料组成的面层或基层复合板。21:39第八节【1、设计计算模型及选择】（3）临界荷位定义：水泥混凝土应力分析中，荷载和温度梯度综合疲劳损坏最大的位置临界荷位具体位置：水泥混凝土面层板的临界荷位为纵缝自由边中部。21:39第八节【2、弹性地基的综合回弹模量】（4）综合模量的计算假定①单层板-适用于粒料基层上水泥混凝土面层,旧沥青路面加铺水泥混凝土面板。

1）以粒料为基层时，将粒料层及其以下层看作地基，包含粒料层本身；

2）以旧沥青路面加铺水泥混凝土面板时，以旧路面顶测试的指标换算出当量回弹模量。②分离双层板-适用于无机结合料类基层或沥青类基层上水泥混凝土面板，旧水泥混凝土路面上加铺分离式水泥混凝土面板。

1）以无机结合料类基层或沥青类基层时，面板和基层作为分离式双层板，基层底面以下按弹性地基处理。

2）在旧混凝土路面上分离式加铺水泥混凝土路板时，面板和旧混凝土路面作为分离式双层板，旧混凝土路面底面以下按弹性地基处理。③结合双层板-适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板。

1）在旧混凝土路面上结合式加铺水泥混凝土面板时，结合式双层板作为双层板的上层板；无机结合料类基层双层板的下层板，粒料类底基层以下按弹性地基处理。

2）在旧混凝土路面上结合式加铺水泥混凝土面板时，结合式双层板作为双层板的上层板；无机结合料类基层或沥青类基层+无机结合料底基层双层板的下层板。21:39第八节【2、弹性地基的综合回弹模量】（4）综合模量的计算假定①单层板1）以粒料为基层时，将粒料层及其以下层看作地基计算综合模量；

2）以旧沥青路面加铺水泥混凝土路面时，以旧路面顶测试的指标计算综合模量。弹性地基单层板模型水泥混凝土面板级配碎石层路基地基单层板水泥混凝土面板旧沥青混凝土路面层路基地基单层板21:39第八节【2、弹性地基的综合回弹模量】（4）综合模量的计算假定②分离式双层板1）以无机结合料类基层或沥青类基层时，面板和基层作为分离式双层板，基层底面以下按弹性地基处理。

2）在旧混凝土路面上分离式加铺水泥混凝土路板时，面板和旧混凝土路面作为分离式双层板，旧混凝土路面底面以下按弹性地基处理。弹性地基双层板（分离式双层板）模型水泥混凝土面板无机结合料类或级配碎石层路基地基旧水泥混凝土板（分离式）水泥混凝土面板无机结合料类底基层或级配碎石层路基地基无机结合料类或沥青类基层分离式双层板分离式双层板21:39第八节【2、弹性地基的综合回弹模量】（4）综合模量的计算假定③结合式双层板1）在旧混凝土路面上结合式加铺水泥混凝土面板时，结合式双层板作为双层板的上层板；无机结合料类基层双层板的下层板，粒料类底基层以下按弹性地基处理。

2）在旧混凝土路面上结合式加铺水泥混凝土面板时，结合式双层板作为双层板的上层板；无机结合料类基层或沥青类基层+无机结合料底基层双层板的下层板。弹性地基结合式双层板模型-121:39水泥混凝土面板旧沥青混凝土路面结构层路基地基旧水泥混凝土板（结合式）结合式双层板上层板水泥混凝土面板路基地基旧水泥混凝土板（结合式）结合式双层板级配碎石层单层板模型一加铺结合式水泥混凝土面板第八节【2、弹性地基的综合回弹模量】（4）综合模量的计算假定③结合式双层板1）在旧混凝土路面上结合式加铺水泥混凝土面板时，结合式双层板作为双层板的上层板；无机结合料类基层双层板的下层板，粒料类底基层以下按弹性地基处理。

2）在旧混凝土路面上结合式加铺水泥混凝土面板时，结合式双层板作为双层板的上层板；无机结合料类基层或沥青类基层+无机结合料底基层双层板的下层板。弹性地基结合式双层板模型-221:39水泥混凝土面板无机结合料类或沥青类基层路基地基旧水泥混凝土板（结合式）结合式双层板级配碎石底基层（可能没有）分离式双层板无机结合料类底基层基层复合板水泥混凝土面板无机结合料类或沥青类基层路基地基旧水泥混凝土板（结合式）结合式双层板级配碎石底基层（可能没有）分离式双层板基层板第八节【2、弹性地基的综合回弹模量】（5）综合模量Et的计算新建公路综合模量计算公式Et21:39第八节【2、弹性地基的综合回弹模量】（5）综合模量Et的计算旧沥青路面加铺的单层板Et21:39第八节【2、弹性地基的综合回弹模量】（6）路基和结构层参数21:39第八节【2、弹性地基的综合回弹模量】（6）路基和结构层参数21:39第八节【2、弹性地基的综合回弹模量】（6）路基和结构层参数21:39第八节【3、单层板模型的设计方法】1）荷载应力21:39第八节【3、单层板模型的设计方法】2）荷载疲劳应力21:39第八节【3、单层板模型的设计方法】3）极重荷载下的最大荷载应力21:39第八节【3、单层板模型的设计方法】4）面板临界荷位处的温度应力21:39第八节【3、单层板模型的设计方法】5）面板临界荷位处的温度疲劳应力21:39第八节【4、分离式双层板模型的设计方法】（1）双层板的上层板的荷载应力21:39第八节【4、分离式双层板模型