路基路面工程课件第13章水泥混凝土路面设计课件.ppt

第十三章 水泥混凝土路面设计 本章主要内容： 第一节 概述 第二节 弹性地基板体系理论概述 第三节 水泥混凝土路面荷载应力分析 第四节 水泥混凝土路面温度应力分析 第五节 水泥混凝土路面板厚设计方法 第六节 水泥混凝土路面加铺层设计 13.1 概 述 一、水泥混凝土路面的力学特性 水泥混凝土路面的特点：（从力学角度） 面层弹性模量及强度高，基层和土基的相应模量和强度低； 荷载扩散能力强，挠度小，因而外荷作用时处于弹性状态； 抗弯拉强度和抗压强度高，车轮荷载导致疲劳破坏； 砼板与基层/土基之间摩阻力一般不大，因而弹性地基板理论； 存在温度翘曲应力→尺寸越大，翘曲应力越大→限制板尺寸； 不均匀的基础变形→混凝土板脱空→弯拉应力过大→土基与基层的变形对面板受力影响大。 二、水泥混凝土路面的损坏模式 水泥混凝土路面在行车荷载和环境因素的作用下可能出现的破坏类型主要有： 断裂类、变形类、接缝损坏类、表层损坏等。 三、破坏状态 1、断裂：板内应力超过砼强度，砼路面结构破坏的临界状态 产生原因： 2、唧泥：车辆行经接缝时，由缝内喷射出稀泥浆的现象， 原因： 3、错台：两侧（接缝或裂缝）面层板端部出现的高程差 产生原因：唧泥 4、接缝碎裂：临近横向和纵向接缝输十厘米范围内，板边 缘砼的开裂，断裂或成碎块，碎屑。 产生原因： 5、拱起：温度升高，砼面板在热膨胀受到约束时，横缝两侧数块板块 突然出现向上拱起的屈曲失稳现象，并出现板块横向断裂。 产生原因： 四、设计标准 弹性地基板，纵缝边缘中部在重复荷载（车辆荷载及温度翘曲应力）的反复作用下，路面板的破坏应力要比极限弯拉强度小，即产生疲劳破坏。 五.水泥砼路面设计结构内容 1．路面结构层组合设计 2．砼面板厚度设计 3．砼面板的平面尺寸与接缝设计 4．路肩设计和排水设计 5．普通砼路面的钢筋配筋设计 13.2 弹性地基板体系理论概述 一．小挠度薄板的基本假设： (1)砼板厚度远小于平面尺寸 (2)挠度远小于厚度 (3)工作在弹性阶段 “小挠度弹性薄板”理论 （1）垂直于中面方向形变分量极其微小，可以忽略不计。 故位移仅为平面函数，也就是说，在中面的任意一根法线上，薄板全厚度范围内的各点都具有相同的位移。 （2）垂直于中面的法线，在弯曲变形前后均保持为直线并垂直于中面，因而无横向剪切应变，即 （3） 中面上各点无平行于中面的位移，即 由假设（1）得： ① 由假设（2）得： 则： ② 板的应力－应变关系 ③ （物理方程） 由假设（3），②式得： 则： 则 ： ④ 此板的几何方程表示为： ⑤ 将物理方程③式改写成应力分量表达式， 则： ⑥ 由⑥可知，各项应力分量均为z的函数，因此在厚度方向 上截面上的力的和为零，并可分别合成单位宽 度上的弯矩，扭矩和剪力，即： ⑦ ⑧ 式中： 经过整理得出应力分量与弯矩，扭矩，剪力之间的关系：