h8柔性路面结构设计.ppt

* 第 八 章 一、设计内容： 1、路面结构层次的选择和组合； 2、各结构层厚度的确定； 3、各结构层的材料组成。 二、设计方法：有经验法（试验）和理论法（力学分析） 1、力学模型：1）弹性半空间体； 2）弹性层状体系；（AC路面） 3）粘弹性层状体系 ； 4）弹性地基上的板。（CC路面） 2、理论解： 1）层状体系：①双层弹性体系（有单圆式、双圆式） ②三层弹性体系（有单圆式、双圆式） ③多层体系 2）弹性地基上的板： ②弹性半无限地基上的板——E地基 三、我国现行柔性路面设计规范：采用双圆均布荷载作用下弹性层状体系理论 ①Winkler地基上的板——K地基 8.1 柔性路面的损坏模式和设计标准 路面设计目标：在使用年限内，路面结构性能不恶化到某一程度（大修） 路面损坏三大类型：1.裂缝类（纵向、横向、网状、块状） 2.变形类（凹、凸、车辙、搓板、推挤、拥包） 3.表面缺损类（露骨、松散、剥落、坑槽、泛油） 一、沥青路面的主要损坏模式： 1.沉陷：大变形。原因为路基水文条件差，过于湿软，产生大的竖直变形。 2.车辙：纵向变形。原因为荷载重复作用，永久变形积累，尤其是高温下。 3.推移：沿行车方向发生剪切和拉裂现象。原因为水平荷载引起。 4.开裂：疲劳变形。原因为车辆荷载反复作用，使沥青结构层底面产生的拉应力大于疲劳强度，加上水的影响。 5.低温缩裂和反射裂缝：沿路面纵向隔一定距离出现。 6.松散和坑槽：大路表面集料的松动、离散现象。原因为面层材料粘结力不足或结合料含量少，汽车后轮的真空吸力及风雨带离形成坑槽。 最主要的破坏模式为疲劳开裂、低温缩裂和车辙。 二、设计指标： 1、疲劳开裂：以疲劳开裂作为临界状态设计，选择层底拉应力（拉应变）作为指标。以最大拉应力（或拉应变）小于容许拉应力（或拉应变）。 疲劳寿命定义：出现疲劳开裂前路面材料所能经受的荷载重复作用次数。 对水泥（或石灰等）稳定类基层，其底面的最大拉应力（或拉应变）小于容许拉应力（或拉应变）。 2、车辙（永久变形）：以车辙为临界状态设计方法 1）采用荷载作用下路基路面结构层内永久变形的总和小于等于永久变形量。 2）或以路基顶面的竖向压缩应变作为指标。 3、路表回弹弯沉：路表面在荷载作用下的回弹弯沉量反映了路基路面结构的整体刚度。试验表明，它同路面使用状态间存在一定关系，回弹弯沉大，相应的塑性变形量也大，出现疲劳开裂的机率高。根据路面使用状态和使用年限要求，可以确定一次标准荷载作用下的路面的容许回弹弯沉量。路面以回弹弯沉作为设计指标： 上述三项为主要设计指标，对任一柔性路面都要满足。除此之外，还有三项次要指标，在特定的荷载、温度场合使用，指导面层材料的设计。 4、面层剪切：在竖直、水平荷载共同作用下，面层结构中产生的 5、面层断裂：受紧急制动产生的水平力作用时，产生很大的径向拉应力和水平向位移（推移）。 6、低温缩裂：对寒冷地区低温时，面层材料收缩受阻产生的温度应力小于等于该温度时材料的抗拉强度。 8.2 弹性层状体系的应力和位移计算 一、一般概念： 1、力学图式： r z h1 E1 μ1 hi Ei μi hn En μn h2 E2 μ2 p δ δ 将路基路面看作弹性层状体系。因为层状体系和竖直荷载都对称于荷载轴z，可以采用圆柱坐标来简化计算。 z z dz r σz σr τzθ σθ τ θr τrθ τzr τθz τrz θ d θ r 在圆柱坐标中，体系的微分单元上作用有三个法向应力σr(径向）、σθ（切向）、σz（竖向）及三对剪应力τrz=τzr，τrθ=τθr，τzθ=τθz。此外，单元体还有三个位移分量：U (径向）、 V （切向）、 W （竖向）。当作用在层状体系表面上的荷载为轴对称荷载时，各应力、应变和位移分量也对称于对称轴，即它们仅是r和z的函数，因而， τrθ=τθr=0，τzθ=τθz=0，三对剪应力简化为一对；同理，切向位移V=0。 2、基本假定： 1）多层的，每层均质，各向同性，无重量的线弹性材料组成。Ei,μi表示； 2）最下层水平、竖向都是无限延伸的，其上各层在水平向无限，但厚度有限，为hi； 3）各层分界上的应力和位移完全连续，层间的摩阻力为零（称滑动体系）； 4）最下层无限深处的应力和位移均为零。当r→∞,z→∞时，σ、ε→∞。 3、应力、应变关系式： 物理方程： 体系内任一点的主应力可解下列一元三次方程求得： 其中：I1 为第一应力状态不变量；I1=σr+σθ+σz I2 为第二应力状态不变量； I3 为第三应力状态不变量； 解出三个实根σ1、σ2、σ3；且σ1σ2σ3，σ1为最大主应力，σ