水泥路面结构设计的..ppt

水泥路面结构设计的教学要点与教学方法 东南大学交通学院 李昶 2009-11-14 本次发言的定位 自我简介： 1、教学历史简介（3-4遍） 2、教学ppt每年一改 3、有时候被学生问题难倒 4、还有许多问题没有探索出答案 发言定位： 一个初上《路基路面工程》课程的新教师 谈自己怎么理解，怎么上，过程中有什么问题 供批判，向大家请教，提出问题供讨论。 教学目标 教学要求： 基本设计理论（重点掌握） 可靠度设计基本原理（掌握） 设计方法和步骤（熟练掌握） 其它设计方法（一般了解） 教学目标：让学生掌握水泥混凝土路面设计理论的发展过程，掌握规范设计步骤与方法，可独立设计 难点：理论演化发展过程及其与规范方法的关系 怎么上——流程 1、衔接前一章，先谈病害，引出设计指标——弯拉应力 2、介绍设计理论与方法发展简史，引出经典小挠度弹性薄板相关理论——切入理论 3、详细分析小挠度弹性薄板假定对应的力学公式，讨论三方程（几何、物理、平衡）的联立简化过程——给出挠度表达式 4、分析地基反力q(x,y)在两种地基（温克勒、弹性半空间体）情况下的应力解答——了解各解答的意义 5、温度应力的两种解答来源分析——实际路面尺寸有限，均匀变温不考虑，主要是翘曲应力 6、可靠度理论简介——为可靠度系数引入作铺垫 7、规范方法及细节讲解——设计方法中各参数取值，背后的理论与方法 8、概念探讨——加深对参数的理解 9、延伸问题——引导思考，探索 病害引出设计指标——弯拉应力 断板、角隅断裂是常见的结构性病害特征 主要原因是：板块裂缝处在重复弯拉疲劳作用下，材料力学指标（抗折强度）下降，最后单次荷载作用超出材料强度产生微裂缝，逐步发展成为上述病害。 水泥混凝土路面特点（1） 1 水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强度——以抗折强度作为设计标准； 2 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——温度翘曲应力 3 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——要考虑交通量重复作用的疲劳效应 水泥混凝土路面力学特点（2） 1 混凝土的强度远大于基层和土基模量和强度——地基被简化为单一体 2 基层表面与路面板间摩擦力较小——滑动假定，只传递竖向力 3 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——忽略z方向应力应变变化细节 ——发展出小挠度弹性薄板理论 水泥混凝土板的基本力学模型 为分析水泥混凝土板块受拉而发展： 1、起点：完全弹性问题（弹性力学经典三方程） 2、简化：力学特点?假定?具体公式 3、结果： 理论解析解——q（x，y)不同 荷载应力： 1、Winkler——温克勒地基特点（“浮板”） 2、Westergaard解——温克勒地基上的小挠度弹性无限大板（板中）、半无限大（板边）、四分之一无限大（角隅）的解答，Kelly根据阿灵顿试验段结果进行修正 3、Hogg解——弹性半空间体地基上的小挠度弹性无限大圆板（轴对称课题） 温度应力： 1、均匀降温应力——板块尺寸有限而舍去 2、翘曲应力——线性变温、板受到地基完全约束情况下的Westergaard解 理论还未解决的问题 1、弹性地基上有限尺寸板的解答； 2、规范中设计方法给出的计算诺模图采用了有限元计算方法，是一种数值方法。 水泥混凝土路面设计内容 1、结构组合设计——结合规范 2、平面尺寸设计、配筋设计——常用 3、厚度设计——基于理论和设计计算 规范设计方法——基本公式 分析公式构成，各项物理意义。 其标准是：因荷载和温度产生的某最不利荷载作用位置处的疲劳应力，在一定可靠度保证的情况下，小于等于材料的抗折强度，不发生拉裂破坏。 第一项——可靠度系数 来源：材料不均匀、施工过程的不均匀、厚度的不均匀等造成实际路面与设计路面的差异，为保证设计路面的可靠性，需要引入该参数 实际采用的目标可靠度是多因素根据累积数据分析综合得到 反过来，可靠度可用于控制施工中的参数变异 ——不详细讲，示意规范可靠度要求表 右侧项——抗折强度 由材料试验得到，或根据工程经验选取 试验方法：小梁试件，三分点加载，单次加载至破坏（单次强度试验） 应力项之一——荷载应力 两个层次——单次标准荷载作用下，最不利荷载作用位置处的拉应力；该处的荷载疲劳应力 荷载疲劳应力计算公式的构成 三修正系数：传荷、疲劳、动偏载 修正单次应力 单次应力计算 临界荷载位置 定义：其他条件相同，标准荷载移动在有限尺寸板上，如果在板体内某处（通常是板顶）出现了最大拉应力，则确定该位置为最不利荷载位置，由此引起的应力是单次应力计算的标准取值。 方法：有限元内分布荷载进行有哪些信誉好的足球投注网站，寻找最大拉应力位置，比较拉应力大小，最终确定最不利荷位。 特点：是一种极限（可能出现的