第十六章 水泥混凝土路面

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1、會計學1第十六章第十六章 水泥混凝土路面水泥混凝土路面16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 n n二、結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容二、結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容n n路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計n n混凝土面板厚度設(shè)計混凝土面板厚度設(shè)計n n混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計n n路肩設(shè)計路肩設(shè)計n n混凝土路面的鋼筋配筋設(shè)計混凝土路面的鋼筋配筋設(shè)計上級 上頁 下頁第1頁/共58頁16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 n n三、結(jié)構(gòu)設(shè)計原則n n根據(jù)使用要求及氣候、水文、

2、土質(zhì)等自然因素，根據(jù)使用要求及氣候、水文、土質(zhì)等自然因素，密切結(jié)合本地區(qū)實踐經(jīng)驗；密切結(jié)合本地區(qū)實踐經(jīng)驗；n n遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)遵循因地制宜、合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護、節(jié)約投資；護、節(jié)約投資；n n積極推廣成熟的科研成果；積極推廣成熟的科研成果；n n注意環(huán)境保護；注意環(huán)境保護；n n盡可能機械化、工程化；盡可能機械化、工程化；n n處理好地基不良地段。處理好地基不良地段。上級 上頁 下頁第2頁/共58頁16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 n n四、設(shè)計理論與方法四、設(shè)計理論與方法n n世界各國：世界各國

3、：n n以以彈性地基板彈性地基板的的荷載應力荷載應力、溫度應力溫度應力分析方法為基分析方法為基本理論，以混凝土路面板的本理論，以混凝土路面板的彎拉應力彎拉應力作為極限狀態(tài)和設(shè)計作為極限狀態(tài)和設(shè)計控制指標。控制指標。上級 上頁 下頁第3頁/共58頁16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 n n公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范n nJTG D40-2002:JTG D40-2002:n n 以以彈性半空間地基有限大矩形板彈性半空間地基有限大矩形板模型為基礎(chǔ)，以模型為基礎(chǔ)，以100KN100KN單軸雙輪單軸雙輪標準軸載作用

4、于矩形板標準軸載作用于矩形板縱向邊緣中部縱向邊緣中部產(chǎn)生產(chǎn)生的的最大荷載應力最大荷載應力控制設(shè)計?？刂圃O(shè)計。上級 上頁 下頁第4頁/共58頁16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 n n五、混凝土路面交通等級n n1.設(shè)計基準期上級 上頁 下頁公路技術(shù)等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路設(shè)計基準期（a）303020202.2.軸載當量換算軸載當量換算軸載當量換算軸載當量換算第5頁/共58頁16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 上級 上頁 下頁3.3.軸載分析軸載分析軸載分析

5、軸載分析交通量車道分布系數(shù)交通量車道分布系數(shù)交通量車道分布系數(shù)交通量車道分布系數(shù)單向車道數(shù)1234及4車道分布系數(shù)1.00.8-1.00.6-0.80.5-0.754.4.標準軸載累計當量作用次數(shù)標準軸載累計當量作用次數(shù)標準軸載累計當量作用次數(shù)標準軸載累計當量作用次數(shù)第6頁/共58頁16-116-1 概述概述P453-458 P453-458 P453-458 P453-458 上級 上頁 下頁交通等級特重重中等輕設(shè)計車道標準軸載累計作用次數(shù)Ne（104）2000100200031003交通分級交通分級交通分級交通分級5.5.交通等級劃分交通等級劃分交通等級劃分交通等級劃分公路等級縱縫邊緣處高

6、速公路、一級公路0.17-0.22二級、二級以下公路行車道寬7m0.34-0.39行車道寬Mr MtMr 輪外彎矩：輪外彎矩：輪外彎矩：輪外彎矩：第20頁/共58頁16-316-3 水泥砼路面應力分析水泥砼路面應力分析P460-P460-P460-P460-471 471 471 471 上級 上頁 下頁對稱多輪載對稱多輪載對稱多輪載對稱多輪載:求解方法：求解方法：求解方法：求解方法：以一組輪子為主輪，按圓形均布荷載計算板中最大彎矩；其它輪子按集中荷載計算其在主輪輪跡中心下成熟的附加彎矩和切向彎矩，然后轉(zhuǎn)換為以一組輪子為主輪，按圓形均布荷載計算板中最大彎矩；其它輪子按集中荷載計算其在主輪輪跡中

7、心下成熟的附加彎矩和切向彎矩，然后轉(zhuǎn)換為以一組輪子為主輪，按圓形均布荷載計算板中最大彎矩；其它輪子按集中荷載計算其在主輪輪跡中心下成熟的附加彎矩和切向彎矩，然后轉(zhuǎn)換為以一組輪子為主輪，按圓形均布荷載計算板中最大彎矩；其它輪子按集中荷載計算其在主輪輪跡中心下成熟的附加彎矩和切向彎矩，然后轉(zhuǎn)換為x x和和和和y y向彎矩后疊加。向彎矩后疊加。向彎矩后疊加。向彎矩后疊加。第21頁/共58頁16-316-3 水泥砼路面應力分析水泥砼路面應力分析P460-P460-P460-P460-471 471 471 471 上級 上頁 下頁疊加多輪載疊加多輪載疊加多輪載疊加多輪載:第22頁/共58頁16-316

8、-3 水泥砼路面應力分析水泥砼路面應力分析P460-P460-P460-P460-471 471 471 471 n n三、彈性地基板的有限元解上級 上頁 下頁u對于彈性半空間體地基上有限尺寸矩形板的板中、板邊和板角作用車輪荷載時，求解相應位置的撓度和彎矩在數(shù)學上遇到很大困難。而有限元方法是結(jié)構(gòu)和連續(xù)介質(zhì)應力分析中的一種較有效的計算方法。對于彈性半空間體地基上有限尺寸矩形板的板中、板邊和板角作用車輪荷載時，求解相應位置的撓度和彎矩在數(shù)學上遇到很大困難。而有限元方法是結(jié)構(gòu)和連續(xù)介質(zhì)應力分析中的一種較有效的計算方法。u現(xiàn)行現(xiàn)行公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范（公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范（JTJ012 9

9、4）用有限元法分析了荷載作用下板的極限應力值，由此給出了應力計算諾漠圖。用有限元法分析了荷載作用下板的極限應力值，由此給出了應力計算諾漠圖。以彈性半空間地基上度剪板理論為力學模型，用有限元方法計算載荷應力和疲勞強度設(shè)計法以彈性半空間地基上度剪板理論為力學模型，用有限元方法計算載荷應力和疲勞強度設(shè)計法 第23頁/共58頁16-316-3 水泥砼路面應力分析水泥砼路面應力分析P460-P460-P460-P460-471 471 471 471 n n1.特點：n n可分析不規(guī)則板可分析不規(guī)則板(發(fā)交叉口的梯形板、三角板、發(fā)交叉口的梯形板、三角板、缺口板缺口板)n n可計算有限尺寸的板（使得板邊、

10、板角的分析可計算有限尺寸的板（使得板邊、板角的分析成為可能）成為可能）n n可考慮各種實際的邊界約束和支承狀況（如傳可考慮各種實際的邊界約束和支承狀況（如傳力捍、脫空等，非均勻支承）力捍、脫空等，非均勻支承）n n可分析各種荷位和載荷組合（找到最荷位及荷可分析各種荷位和載荷組合（找到最荷位及荷載組合）載組合）上級 上頁 下頁第24頁/共58頁16-316-3 水泥砼路面應力分析水泥砼路面應力分析P460-P460-P460-P460-471 471 471 471 n n2.臨界荷位的確定n n雙輪組作用于縱縫邊緣中間（且雙輪組作用于縱縫邊緣中間（且假定橫縫無傳載能力）假定橫縫無傳載能力）n

11、n軸載作用于板中（比雙輪組作用軸載作用于板中（比雙輪組作用于板中要大）于板中要大）上級 上頁 下頁規(guī)范規(guī)定：規(guī)范規(guī)定：規(guī)范規(guī)定：規(guī)范規(guī)定：以雙以雙以雙以雙輪組作用于縱縫邊輪組作用于縱縫邊輪組作用于縱縫邊輪組作用于縱縫邊緣中部為設(shè)計荷位。緣中部為設(shè)計荷位。緣中部為設(shè)計荷位。緣中部為設(shè)計荷位。第25頁/共58頁16-316-3 水泥砼路面應力分析水泥砼路面應力分析P460-P460-P460-P460-471 471 471 471 n n3.求解法n n查諾莫圖查諾莫圖n n計算機有限元程序計算計算機有限元程序計算上級 上頁 下頁第26頁/共58頁16-316-3 水泥砼路面應力分析水泥砼路面應

12、力分析P460-P460-P460-P460-471 471 471 471 n n四、溫度應力n n1.脹縮應力n n1)膨脹：當氣溫緩慢變化時，板內(nèi)溫度均勻升降，則面板沿斷面的深度均勻脹縮。由于板與基層之間的摩阻約束，在溫度升降時板中部不能移動，得面板脹縮完全受阻時所產(chǎn)生的應力為：上級 上頁 下頁對于板邊緣中部或窄長板對于板邊緣中部或窄長板對于板邊緣中部或窄長板對于板邊緣中部或窄長板 ：第27頁/共58頁16-316-3 水泥砼路面應力分析水泥砼路面應力分析P460-P460-P460-P460-471 471 471 471 n n2)收縮：板劃分為有限尺寸塊后，因收縮而產(chǎn)生的應力很小，

13、可不予考慮。n n2.翹曲應力產(chǎn)生原因：由由于于板板的的自自重重、地地基基反反力力和和相相鄰鄰板板的的鉗鉗制制作作用用，使使部部分分翹翹曲曲變變形形受受阻阻，從從而而使使板板內(nèi)內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生生翹翹曲曲應應力。力。由由氣氣溫溫升升高高引引起起的的板板中中部部隆隆起起受受到到限限制制時時，板板底底面面出出現(xiàn)現(xiàn)拉拉應應力力；而而當當氣氣溫溫降降低低引引起起的的板板四四周周翹起受阻時，板頂面出現(xiàn)拉應力。翹起受阻時，板頂面出現(xiàn)拉應力。上級 上頁 下頁第28頁/共58頁16-316-3 水泥砼路面應力分析水泥砼路面應力分析P460-P460-P460-P460-471 471 471 471 上級 上頁 下頁第

14、29頁/共58頁16-316-3 水泥砼路面應力分析水泥砼路面應力分析P460-P460-P460-P460-471 471 471 471 上級 上頁 下頁1.文克勒地基有限尺寸板文克勒地基有限尺寸板 假設(shè)假設(shè)：溫度沿板斷面呈直線變化；板和地基始終保持接觸；不計板自重。：溫度沿板斷面呈直線變化；板和地基始終保持接觸；不計板自重。沿板長（沿板長（L）和板寬（）和板寬（B）方向的翹曲應力分別為：）方向的翹曲應力分別為：在板邊緣中點：在板邊緣中點：式式中中t為為板板頂頂面面與與板板底底面面的的溫溫度度差差（）,通通常常表表示示為為板板的的溫溫度度梯梯度度乘乘以板厚，即：以板厚，即：第30頁/共58

15、頁16-316-3 水泥砼路面應力分析水泥砼路面應力分析P460-P460-P460-P460-471 471 471 471 上級 上頁 下頁2.彈性半空間體地基有限尺寸板彈性半空間體地基有限尺寸板 彈彈性性半半空空間間體體地地基基上上板板的的翹翹曲曲應應力力，目目前前尚尚無無解解析析解解，可可采采用用有有限限元元法計算板內(nèi)翹曲應力。根據(jù)計算結(jié)果，繪出圖法計算板內(nèi)翹曲應力。根據(jù)計算結(jié)果，繪出圖16-l0中的曲線中的曲線1和和2。三、考慮內(nèi)應力的溫度翹曲應力三、考慮內(nèi)應力的溫度翹曲應力對對于于較較厚厚的的板板，采采用用溫溫度度沿沿板板斷斷面面呈呈直直線線分分布布的的假假設(shè)設(shè)，即即按按板板頂頂和

16、和板板底底的的溫溫度度差差確確定定的的溫溫度度梯梯度度計計算算的的溫溫度度翹翹曲曲應應力力，會會得得到到偏偏大大的的溫溫度度翹翹曲曲應應力力值值。為為此此，應應考考慮慮由由于于溫溫度度的的非非線線性性分分布布而而引引起起的的內(nèi)內(nèi)應應力力。將將內(nèi)內(nèi)應應力力同同翹翹曲應力相疊加后曲應力相疊加后，使得到考慮內(nèi)應力的翹曲應力，使得到考慮內(nèi)應力的翹曲應力計算式計算式為：為：板中部：板中部：板邊緣中點：板邊緣中點：式中式中Dx為溫度應力系數(shù)：為溫度應力系數(shù)：若為若為板中部板中部則則Cx取取 第31頁/共58頁16-416-4 水泥砼路面可靠度設(shè)計水泥砼路面可靠度設(shè)計P471-475 P471-475 P4

17、71-475 P471-475 n n基本概念：n n可靠度：路面結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)和規(guī)定的條件下完成預定功能的概率。n n目標可靠度：作為設(shè)計依據(jù)的可靠度。n n可靠指標：度量路面結(jié)構(gòu)可靠性的一種數(shù)量指標。n n目標可靠指標：作為設(shè)計依據(jù)的可靠指標。n n可靠度系數(shù)：為保證所設(shè)計的結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的可靠度，而在極限狀態(tài)設(shè)計表達式中采用的單一綜合系數(shù)。上級 上頁 下頁第32頁/共58頁16-416-4 水泥砼路面可靠度設(shè)計水泥砼路面可靠度設(shè)計P471-475 P471-475 P471-475 P471-475 上級 上頁 下頁水泥混凝土路面設(shè)計可靠度指標水泥混凝土路面設(shè)計可靠度指標公路技術(shù)等級公

18、路技術(shù)等級高速公路高速公路一級公路一級公路二級公路二級公路三、四級公三、四級公路路 安全等級安全等級一級一級二級二級三級三級四級四級設(shè)計基準期設(shè)計基準期（a）30302020目標可靠度目標可靠度（）（）95908580目標可靠指標目標可靠指標1.641.281.040.84變異水平等級變異水平等級低低低中低中中中中高中高第33頁/共58頁16-416-4 水泥砼路面可靠度設(shè)計水泥砼路面可靠度設(shè)計P471-475 P471-475 P471-475 P471-475 上級 上頁 下頁變異水平等級變異水平等級低低中中高高水泥混凝土彎拉強度、水泥混凝土彎拉強度、彎拉彈性模量彎拉彈性模量cv 0.10

19、0.10 cv 0.150.15 cv0.20基層頂面當量回彈模量基層頂面當量回彈模量cv 0.250.25 cv 0.350.35cv0.55水泥混凝土面層厚度水泥混凝土面層厚度cv 0.040.04 cv 0.060.06cv0.08變異系數(shù)變換范圍變異系數(shù)變換范圍第34頁/共58頁16-416-4 水泥砼路面可靠度設(shè)計水泥砼路面可靠度設(shè)計P471-475 P471-475 P471-475 P471-475 上級 上頁 下頁可靠度系數(shù)范圍可靠度系數(shù)范圍變異水平等級變異水平等級目標可靠度（）目標可靠度（）95908580低低1.201.331.091.161.041.08中中1.331.5

20、01.161.231.081.131.041.07高高1.231.331.131.181.071.11第35頁/共58頁16-516-516-516-5 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 n n組合設(shè)計內(nèi)容：組合設(shè)計內(nèi)容：面層面層基層基層墊層墊層路基路基上級 上頁 下頁第36頁/共58頁16-516-516-516-5 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計P475-478 P475-478 P475-478 P475-

21、478 n n一、面層n n應具有足夠的強度、耐久性，表面抗滑、耐磨、平整。n n選擇方法：n n面層一般采用設(shè)接縫的普通混凝土面層一般采用設(shè)接縫的普通混凝土；n n面層板的平面尺寸較大或形狀不規(guī)則，路面結(jié)面層板的平面尺寸較大或形狀不規(guī)則，路面結(jié)構(gòu)下埋有地下設(shè)施，高填方、軟土地基、填挖構(gòu)下埋有地下設(shè)施，高填方、軟土地基、填挖交界段的路等有可能產(chǎn)生不均勻沉降時，交界段的路等有可能產(chǎn)生不均勻沉降時，應采應采用設(shè)置接縫的鋼筋混凝土面層用設(shè)置接縫的鋼筋混凝土面層。上級 上頁 下頁第37頁/共58頁16-516-516-516-5 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼

22、路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 上級 上頁 下頁面層類型面層類型適用條件適用條件連續(xù)配筋混凝土面層連續(xù)配筋混凝土面層高速公路高速公路瀝青上面層與連續(xù)配筋混凝土或橫縫設(shè)傳力瀝青上面層與連續(xù)配筋混凝土或橫縫設(shè)傳力桿的普通混凝土下面層組成的復合式路面桿的普通混凝土下面層組成的復合式路面特重交通的高速公路特重交通的高速公路碾壓混凝土面層碾壓混凝土面層二級及二級以下公路、服務區(qū)停二級及二級以下公路、服務區(qū)停車場車場鋼纖維混凝土面層鋼纖維混凝土面層標高受限制路段、收費站、混凝標高受限制路段、收費站、混凝土加鋪層和橋面鋪裝土加鋪層和橋面鋪裝矩形或異形混

23、凝土預制塊面層矩形或異形混凝土預制塊面層服務區(qū)停車場、二級及二級以下服務區(qū)停車場、二級及二級以下公路橋頭引道沉降未穩(wěn)定段公路橋頭引道沉降未穩(wěn)定段其它面層類型選擇其它面層類型選擇第38頁/共58頁16-516-516-516-5 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 交通等級交通等級特重特重重重公路等級公路等級高速高速一級一級二二級級高速高速一級一級二級二級變異水平等級變異水平等級低低中中低低中中低低中中低低中中面層厚度面層厚度（mm）26025024027024026023

24、0250220上級 上頁 下頁面層厚度參考范圍面層厚度參考范圍第39頁/共58頁16-516-516-516-5 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 上級 上頁 下頁面層構(gòu)造深度要求面層構(gòu)造深度要求/mm公路等級公路等級高速公路、一級公路高速公路、一級公路二、三、四級公路二、三、四級公路一般路段一般路段0.701.100.500.90特殊路段特殊路段0.801.200.601.00第40頁/共58頁16-516-516-516-5 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合

25、設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 n n二、基層n n基層應具有足夠的抗沖刷能力和一定的剛度。n n基層類型宜依照交通等級按表選用。n n混凝土預制塊面層應采用水泥穩(wěn)定粒料基層 上級 上頁 下頁交通等級交通等級基層類型基層類型特重交通特重交通貧混凝土、碾壓混凝土或瀝青混凝土基層貧混凝土、碾壓混凝土或瀝青混凝土基層重交通重交通水泥穩(wěn)定粒料或瀝青穩(wěn)定碎石基層水泥穩(wěn)定粒料或瀝青穩(wěn)定碎石基層中等或輕交通中等或輕交通水泥穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或級配粒料基層水泥穩(wěn)定粒料、石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或級配粒料基層第41頁/共

26、58頁16-516-516-516-5 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 上級 上頁 下頁基層類型基層類型厚度適宜的范圍（厚度適宜的范圍（mm）貧混凝土或碾壓混凝土基層貧混凝土或碾壓混凝土基層120200水泥或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料基層水泥或石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料基層150250瀝青混凝土基層瀝青混凝土基層4060瀝青穩(wěn)定碎石基層瀝青穩(wěn)定碎石基層80100級配粒料基層級配粒料基層150200多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層多孔隙水泥穩(wěn)定碎石排水基層100140瀝青穩(wěn)定碎石排水基層瀝青

27、穩(wěn)定碎石排水基層80100各類基層厚度的適宜范圍各類基層厚度的適宜范圍 第42頁/共58頁16-516-516-516-5 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 n n三、墊層三、墊層n n 遇有下述情況時，需在層基下設(shè)置墊層：n n季節(jié)性冰凍地區(qū)，路面總厚度小于最小防凍厚季節(jié)性冰凍地區(qū)，路面總厚度小于最小防凍厚度要求時，其差值應以墊層度要求時，其差值應以墊層厚度補足厚度補足；n n水文地質(zhì)條件不良的土質(zhì)路塹，路床土濕度較水文地質(zhì)條件不良的土質(zhì)路塹，路床土濕度較大時，宜設(shè)置

28、大時，宜設(shè)置排水墊層排水墊層；n n路基可能產(chǎn)生不均勻沉降或不均勻變形時，可路基可能產(chǎn)生不均勻沉降或不均勻變形時，可加設(shè)加設(shè)半剛性墊層半剛性墊層。上級 上頁 下頁第43頁/共58頁16-516-516-516-5 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 n n注意事項：n n墊層的墊層的寬寬應與路基同寬，其應與路基同寬，其最小厚度最小厚度為為150mm150mm。n n防凍墊層和排水墊層防凍墊層和排水墊層宜采用宜采用砂、砂礫砂、砂礫等顆粒材等顆粒材料。料。n n半剛性墊層半剛

29、性墊層可采用可采用低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定粒料低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定粒料或土或土。上級 上頁 下頁第44頁/共58頁16-516-516-516-5 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 n n四、路基n n路基應穩(wěn)定、密實、均質(zhì)，對路面結(jié)構(gòu)提供均勻的支承。n n注意事項：n n高液限粘土及含有機質(zhì)細粒土，不能用做高速高液限粘土及含有機質(zhì)細粒土，不能用做高速公路和一級公路的路床填料或二級公路和一級公路的路床填料或二級 和二級以下和二級以下公路和上路床填料；公路和上路床填料；上級

30、上頁 下頁第45頁/共58頁16-516-516-516-5 水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計水泥砼路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計P475-478 P475-478 P475-478 P475-478 高液限粉土及塑性指數(shù)大于高液限粉土及塑性指數(shù)大于1616或膨脹率大于或膨脹率大于3 3的低液限粘土，不能用做高速公路和一級公的低液限粘土，不能用做高速公路和一級公路的上路床填料。路的上路床填料。因條件限制而必須采用上述土做填料時，應摻因條件限制而必須采用上述土做填料時，應摻加石灰或水泥等結(jié)合料改善。加石灰或水泥等結(jié)合料改善。地下水位高時，宜提高路堤設(shè)計標高。地下水位高時，宜提

31、高路堤設(shè)計標高。路基壓實度應符合路基壓實度應符合公路路基設(shè)計規(guī)范公路路基設(shè)計規(guī)范的要的要求。求。巖石或填石路床頂面應鋪設(shè)整平層。巖石或填石路床頂面應鋪設(shè)整平層。上級 上頁 下頁第46頁/共58頁16-616-616-616-6 國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法P478-P478-P478-P478-497497497497 上級 上頁 下頁一、設(shè)計參數(shù)一、設(shè)計參數(shù)1.標準軸載與軸載換算標準軸載與軸載換算 設(shè)計標準軸載設(shè)計標準軸載：汽車車軸重為：汽車車軸重為100kN的單軸荷載。的單軸荷載。軸載換算原則軸載換算原則：等效疲勞損傷原則。：等效疲勞損傷原則。換換算算方方法法：凡凡是是前前

32、、后后軸軸載載大大于于40kN的的軸軸載載的的作作用用次次數(shù)數(shù)，均均換換算算成成標標準準軸軸載載的的作作用用次次數(shù)數(shù)，并并根根據(jù)據(jù)標標準準軸軸載載的的作作用用次次數(shù)數(shù)判判斷道路的交通繁重程度。斷道路的交通繁重程度。軸載換算公式軸載換算公式：單軸時：單軸時：i=l；雙軸時：；雙軸時：小于小于40kN的單軸和的單軸和80kN雙軸可略去不計。雙軸可略去不計。第47頁/共58頁16-616-616-616-6 國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法P478-497 P478-497 P478-497 P478-497 上級 上頁 下頁2.交通分級、設(shè)計

33、使用年限和累計作用次數(shù)交通分級、設(shè)計使用年限和累計作用次數(shù) 交通分級交通分級 水水泥泥混混凝凝土土路路面面按按使使用用初初期期設(shè)設(shè)計計車車道道每每日日通通過過的的標標準準軸軸載載作作用用次次數(shù)數(shù)Ns劃分為劃分為四個等級四個等級：特重交通、重交通、中等交通、輕交通。：特重交通、重交通、中等交通、輕交通。交通等級特重重中等輕設(shè)計車道標準軸載累計作用次數(shù)Ne（104）2000100200031003 設(shè)計使用年限設(shè)計使用年限 路面設(shè)計使用年限路面設(shè)計使用年限：路面達到預定損壞標準時所能使用的年限。：路面達到預定損壞標準時所能使用的年限?？筛鶕?jù)可根據(jù)交通等級確定交通等級確定。第48頁/共58頁16-6

34、16-616-616-6 國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法P478-497P478-497P478-497P478-497 上級 上頁 下頁按下式計算確定設(shè)計使用年限內(nèi)按下式計算確定設(shè)計使用年限內(nèi)設(shè)計車道設(shè)計車道的標準軸載累計作用次數(shù)的標準軸載累計作用次數(shù)Ne 標準軸載累計作用次數(shù)標準軸載累計作用次數(shù) 3.基層頂面的當量回彈模量和計算回彈模量基層頂面的當量回彈模量和計算回彈模量 換換算算目目的的：混混凝凝土土面面層層板板下下的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)包包括括路路基基、基基層層（墊墊層層），其其整整體體路路面面結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)為為彈彈性性多多層層體體系系。分分析

35、析板板內(nèi)內(nèi)荷荷載載應應力力時時，應應將將其其換換算算為為半半無無限限體體，以基層頂面的當量回彈模量作為半無限地基的模量值。以基層頂面的當量回彈模量作為半無限地基的模量值。新建公路的基層頂面模量值新建公路的基層頂面模量值 查查圖圖方方法法：由由E1/E0的的比比值值，作作豎豎線線垂垂直直向向上上交交于于h1后后，據(jù)據(jù)此此作作水水平平線線得得到到Et/E0的的比比值值，即即得得到到當當量量回回彈彈模模量量Et1。上上述述方方法法得得到到墊墊層層頂頂面面的的當當量量回回彈彈模模量量后后，把把它它當當作作勻勻質(zhì)質(zhì)體體，再再重重復復上上述述步步驟驟確確定定基基層層頂頂面面的的當當量回彈模量值量回彈模量值

36、Et。第49頁/共58頁16-616-616-616-6 國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法P478-497 P478-497 P478-497 P478-497 上級 上頁 下頁 原有路面的頂面當量回彈模量值原有路面的頂面當量回彈模量值 應通過應通過承載板試驗承載板試驗或或彎沉測定法彎沉測定法確定原有路面頂面的當量回彈模量確定原有路面頂面的當量回彈模量Et。如如用用汽汽車車實實測測路路段段的的回回彈彈彎彎沉沉值值，可可按按瀝瀝青青路路面面舊舊路路補補強強法法中中的的計計算算方方法法確定計算回彈彎沉值確定計算回彈彎沉值l0后，按下式轉(zhuǎn)換成基

37、層頂面的當量回彈模量后，按下式轉(zhuǎn)換成基層頂面的當量回彈模量Et：我我國國規(guī)規(guī)范范規(guī)規(guī)定定：水水泥泥混混凝凝土土路路面面的的基基層層頂頂面面的的當當量量回回彈彈模模量量Et值值不不應應低低于規(guī)范規(guī)定值。于規(guī)范規(guī)定值。計算回彈模量計算回彈模量Etc 修修正正原原因因：由由于于進進行行荷荷載載應應力力分分析析時時，水水泥泥混混凝凝土土路路面面板板下下基基層層應應力力狀狀況與瀝青路面的應力狀況的區(qū)別。況與瀝青路面的應力狀況的區(qū)別。第50頁/共58頁16-616-616-616-6 國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法P478-497 P478-497

38、 P478-497 P478-497 上級 上頁 下頁修正公式：修正公式：式中式中：n為模量修正系數(shù)。為模量修正系數(shù)。計算荷載應力時：計算荷載應力時：計算溫度應力時：計算溫度應力時：n=0.35 4.水泥混凝土的設(shè)計強度與彎拉彈性模量水泥混凝土的設(shè)計強度與彎拉彈性模量 設(shè)計彎拉強度設(shè)計彎拉強度 水水泥泥混混凝凝土土路路面面以以設(shè)設(shè)計計彎彎拉拉強強度度作作為為設(shè)設(shè)計計控控制制指指標標。其其設(shè)設(shè)計計彎彎拉拉強強度度fcm按下式計算：按下式計算：混混凝凝土土路路面面施施工工時時，應應按按水水泥泥混混凝凝土土路路面面施施工工及及驗驗收收規(guī)規(guī)范范（GBJ97-87）提出按下式確定混凝土的試配強度）提出按

39、下式確定混凝土的試配強度R：第51頁/共58頁16-616-616-616-6 國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法P478-497 P478-497 P478-497 P478-497 上級 上頁 下頁 彎拉彈性模量彎拉彈性模量 在在設(shè)設(shè)計計混混凝凝土土路路面面時時，采采用用的的混混凝凝土土彎彎拉拉彈彈性性模模量量應應以以試試驗驗實實測測為為準準。如如無無實實測測條條件件，可可參參照照表表16-8選選用用各各級級交交通通等等級級要要求求的的混混凝凝土土設(shè)設(shè)計計彎彎拉強度和彈性模量，或拉強度和彈性模量，或按下式計算按下式計算：二、荷載疲勞應力

40、二、荷載疲勞應力 軸軸載載在在混混凝凝土土面面層層內(nèi)內(nèi)產(chǎn)產(chǎn)生生的的應應力力，采采用用半半無無限限大大地地基基上上彈彈性性小小撓撓度度薄薄板的力學模型和有限元法板的力學模型和有限元法進行分析計算。進行分析計算。1.臨界荷位臨界荷位：是指使路面產(chǎn)生最大綜合疲勞損傷的荷載作用位置。：是指使路面產(chǎn)生最大綜合疲勞損傷的荷載作用位置。第52頁/共58頁16-616-616-616-6 國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法P478-497P478-497P478-497P478-497 上級 上頁 下頁2.荷載應力計算荷載應力計算 半半無無限限地地基基上上

41、矩矩形形板板在在板板邊邊緣緣中中部部受受軸軸載載作作用用下下的的應應力力采采用用有有限限元元法法分分析析。利利用用計計算算結(jié)結(jié)果果編編繪繪成成應應力力計計算算圖圖（圖圖16-13所所示示為為單單軸軸荷荷載載作作用用于于縱縱邊邊緣緣中中部部時時的的結(jié)結(jié)果果），通通過過回回歸分析得下式：歸分析得下式：3.接縫傳荷能力接縫傳荷能力 混混凝凝土土路路面面的的縱縱向向和和橫橫向向接接縫縫具具有有一一定定的的傳傳荷荷能能力力。上上述述應應力力分分析析為為四四邊邊自自由由板板的的計計算算結(jié)結(jié)果果，必必須須依依據(jù)據(jù)接接縫縫的的傳傳荷荷能能力力進進行行修正修正。第53頁/共58頁16-616-616-616-6

42、 國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法P478-497 P478-497 P478-497 P478-497 上級 上頁 下頁混凝土路面接縫的荷載傳遞機構(gòu)可以分為三種類型：混凝土路面接縫的荷載傳遞機構(gòu)可以分為三種類型：集集料料嵌嵌鎖鎖依依靠靠接接縫縫處處斷斷裂裂面面上上集集料料的的嚙嚙合合作作用用傳傳遞遞剪剪力力，如如：不設(shè)傳力桿的橫向縮縫；不設(shè)傳力桿的橫向縮縫；傳傳力力桿桿一一依依靠靠埋埋設(shè)設(shè)在在接接縫縫處處傳傳力力桿桿傳傳遞遞剪剪力力、彎彎矩矩和和扭扭矩矩，如如：設(shè)設(shè)傳力桿的脹縫和施工縫等；傳力桿的脹縫和施工縫等；傳力桿和集料嵌鎖傳力桿和

43、集料嵌鎖一上述兩種類型的綜合，如：設(shè)傳力桿縮縫等。一上述兩種類型的綜合，如：設(shè)傳力桿縮縫等。接接縫縫的的傳傳荷荷能能力力，可可用用傳傳荷荷系系數(shù)數(shù)表表征征。它它以以接接縫縫兩兩側(cè)側(cè)相相鄰鄰板板的的彎彎沉沉（即即撓度）、應力或荷載量的比值定義。撓度）、應力或荷載量的比值定義。設(shè)設(shè)計計規(guī)規(guī)范范規(guī)規(guī)定定：設(shè)設(shè)拉拉桿桿的的平平口口縱縱縫縫或或縮縮縫縫：kj可可取取為為0.870.92（柔柔性性基基層層取取高高值值，剛剛性性和和半半剛剛性性基基層層取取低低值值）；不不設(shè)設(shè)拉拉桿桿的的平平縫縫或或自自由由邊邊時時，取為取為1.0。第54頁/共58頁16-616-616-616-6 國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國

44、內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法P478-497P478-497P478-497P478-497 上級 上頁 下頁4.荷載疲勞應力荷載疲勞應力 荷載疲勞應力按下式計算：荷載疲勞應力按下式計算：式中：式中：kj考慮接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)（即應力傳荷系數(shù)）；考慮接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)（即應力傳荷系數(shù)）；kf考慮軸載累計作用次數(shù)的疲勞應力系數(shù)：考慮軸載累計作用次數(shù)的疲勞應力系數(shù)：kc考考慮慮超超載載和和動動荷荷載載等等因因素素對對路路面面疲疲勞勞損損壞壞綜綜合合影影響響的的系系數(shù)，依交通等級選??；數(shù)，依交通等級選取；三、溫度疲勞應力分析三、溫度疲勞應力分析 溫

45、度疲勞應力可用下式表示：溫度疲勞應力可用下式表示：kt考慮溫度翹曲應力年變化所產(chǎn)生的累計疲勞損傷的系數(shù)，由查表確定?？紤]溫度翹曲應力年變化所產(chǎn)生的累計疲勞損傷的系數(shù)，由查表確定。第55頁/共58頁16-616-616-616-6 國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法國內(nèi)水泥砼路面設(shè)計方法P478-497P478-497P478-497P478-497 上級 上頁 下頁四、設(shè)計過程四、設(shè)計過程 收集并分析交通參數(shù)；收集并分析交通參數(shù)；初擬路面結(jié)構(gòu)初擬路面結(jié)構(gòu)；確定材料參數(shù)確定材料參數(shù)；計算荷載疲勞應力計算荷載疲勞應力；計算溫度應力計算溫度應力；檢驗初擬路面結(jié)構(gòu)檢驗初擬路面結(jié)構(gòu) 進行路面結(jié)構(gòu)方案比較，確定最佳路面設(shè)計結(jié)構(gòu)。進行路面結(jié)構(gòu)方案比較，確定最佳路面設(shè)計結(jié)構(gòu)。第56頁/共58頁第十六章第十六章第十六章第十六章 作業(yè)作業(yè)作業(yè)作業(yè) n水泥混凝土路面板設(shè)計理論、兩種地基假定、翹曲應力、臨界荷位、n當量回彈模量、計算回彈模量確定方法？n溫度疲勞應力和荷載疲勞應力確定方法？上級 上頁 下頁第57頁/共58頁