C16混凝土路面设计.ppt

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1、路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 第 16章 水泥混凝土路面设计 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.1 概述 1、路面结构特征： 1、混凝土的强度远大于基层和土基的强度； 2 、水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强度； 3 、基层表面与路面板间摩擦力较小； 4、 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； 5、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。 6 、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。 2、路面结构设计理论与方法： 结构体系

2、 : 弹性层状体系 设计指标 : 抗弯拉强度 设计标准 : r(p+t )fcm 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 3、路面结构设计原则： 4、 路面结构设计内容： 1路面结构层组合设计 2混凝土面板厚度设计 3混凝土面板的平面尺寸与接缝设计 4路肩设计 5普通混凝土路面的钢筋配筋率设计 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.2 弹性地基板力学模型 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 1 ）小挠度弹性薄板假设 （ 1 ）垂直于中面方向的正应变极微小，可 以忽略不计，即 ),(,0 yxWW Z W z （ 2 ）垂直于中面的法线

3、在弯曲变形前后保 持直线并垂直于中线，即无 横向剪应变。 0 zyzx （ 3 ）中面内各点只有垂直于中面的位移，即 z=0 时， U = V = 0 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 微分单元受力图 注意：上图中荷载 p(x,y)dxdy和地基反力 q(x,y)dxdy未标出。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 由弹性力学几何方程可得 2 2 2 2 2 2 x y xy W z x W z y W z xy 由物理方程得到 22 2 2 2 22 2 2 2 2 () 1 () 1 1 x y xy Ez W W xy Ez W W yx Ez

4、W xy 截面内力为 22 22 22 22 2 () () ( 1 ) x y xy WW MD xy WW MD yx W MD xy 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 按照弹性力学方法，由平衡微分方程可得 4 4 4 4 2 2 4 ( ) ( , ) ( , ) WWW D p x y q x y x x y y 或写成 ),(),(),( 22 yxqyxpyxWD )1(12 2 3 2 2 2 2 2 Eh D yx 采用柱坐标时： 22 2 2 2 2 2 2 2 11 1 r r r r r r r 板的挠曲面微分方程为 )()()( 22 rqrprW

5、D 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 由弹性力学几何方程可得 2 2 2 2 2 2 x y xy W z x W z y W z xy 由物理方程得到 22 2 2 2 22 2 2 2 2 () 1 () 1 1 x y xy Ez W W xy Ez W W yx Ez W xy 截面内力为 22 22 22 22 2 () () ( 1 ) x y xy WW MD xy WW MD yx W MD xy 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 2）板与地基接触条件假设 （ 1）变形过程中板与地基始终紧密接触，因此板面、板底竖向 位移与地基顶面位移

6、相等。 （ 2）接触面上只有竖向力，无水平摩阻力。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 3 ）地基假设 文克勒地基假设（稠密液体假设）： 地基表面任何一点的位移仅与作用于该点的压力成正比， 而与其它相邻点的压力无关。 弹性半空间体地基假设（弹性固体假设）： 符合布辛尼斯克理论。 假定地基是各向同性的弹性半空间体，这时地基在荷载作用范围内、外 均产生变形和反力。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.3 Winkler地基无限大板解 q ( r ) p ( r ) r z h E 将 q( r) = K W ( r) 代入板的挠曲面微分方程，由 H a

7、n kel 积分变换法可解得 W( r ) 。 1 ）集中荷载作用 2 () () () r r t t Pl ww D M P M M P M 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 2 ）圆形均布荷载作用 k h E 2d p ( r ) 2 ( , ) ( , ) ( , ) r r t t Pl ww D M P M M P M 上式中， 1 4 () r l l D l K ， l 为相对刚度半径。 l D K E h K c c 4 3 24 12 1 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.4 Westergaard荷载应力公式（ Winkl

8、er地基） 三个临界荷位： 1、 作用在板中； 2、 作用在板边缘中部； 3、 作用在板角。 最大弯拉应力位置： 1 、荷载中心处板底； 2 、荷位下板底； 3、 板表面距板角点 x1的分角线上 2 2 x 1 1 = 2 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 2 2 x 1 1 = 2 1 ）无限大板板中 2 1.1 ( 1 ) ( l g 0.267 3 ) i lP bh 式中， b 当量计算半径（如果荷载集中，将不符合薄板假定） 当 1 . 7 2 4bh 时， 22 1.6 0.67 5b h h 当 1 . 7 2 4bh 时， b 路基路面工程 HongxiaT

9、AN 2021/1/18 2 ）半无限大板边缘 2 2.116 ( 1 0.54 ) ( l g 0.089 75 ) e lP bh 试验修正 ( A r l i ngt on 试验路 ) ：存在脱空时，实 测值超高 10 左右，因此修正为 2 2.116 ( 1 0.54 ) ( l g 0.25 l g ) 0.025 4 e l b P bh 3 ）半无限大板板角 2 2 2 ( 1.1 0.88 ) xx ll c P W e e k l l 角隅顶点 ( x = 0) ： 2 2 ( 1.1 0.88 ) c P W k l l 最大拉应力（ 1 2xl ）： 0. 6 2 32

10、1 ( ) c P hl 试验修正：存在脱空时，实测值偏大 30 50 ，可以修正为 1. 2 2 32 1 ( ) c P hl 2 2 x 1 1 = 2 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 2 ）半无限大板边缘 2 2.116 ( 1 0.54 ) ( l g 0.089 75 ) e lP bh 试验修正 ( A r l i ngt on 试验路 ) ：存在脱空时，实 测值超高 10 左右，因此修正为 2 2.116 ( 1 0.54 ) ( l g 0.25 l g ) 0.025 4 e l b P bh 3 ）半无限大板板角 2 2 2 ( 1.1 0.88

11、) xx ll c P W e e k l l 角隅顶点 ( x = 0) ： 2 2 ( 1.1 0.88 ) c P W k l l 最大拉应力（ 1 2xl ）： 0. 6 2 32 1 ( ) c P hl 试验修正：存在脱空时，实测值偏大 30 50 ，可以修正为 1. 2 2 32 1 ( ) c P hl 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.5 弹性半空间地基无限大板解 r z h E r E 0 0 p ( r ) q ( r ) q ( r ) 由于 ( ) ( ) q r f w r ，由布辛尼斯克假设确定 ( ) , ( )q r w r 的关系

12、 ： 2 0 0 0 0 2( 1 ) ( ) ( ) ( )w r q J r d E 再代入板的挠曲面微分方程，可解得 W( r ) 。 圆形均布荷载作用时 2 0 00 00 00 ( , ) ( , ) ( , ) r r t t Pl ww D M P M M P M 上式中， 0 0 0 0 12 0 3 0 0 2 ( 1 ) ) r l l D l E 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.6 弹性半空间地基双层板荷载应力分析 2 ）分离式 下层刚度 3 11 1 2 12( 1 ) c Eh D 上层刚度 3 22 2 2 12( 1 ) c Eh D

13、 33 1 1 2 2 12 2 12( 1 ) d c E h E h D D D 弯矩分配： 下层 11 11 2 1 6 , s d DM MM Dh 上层 22 22 2 2 6 , s d DM MM Dh 1、 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 4 ）理论设计法 （ 1 ）结合式 中性面位置 22 1 1 1 1 2 2 2 0 1 1 2 2 2 2( ) E h E h h E h h E h E h 双层板当量弯曲刚度 3 3 3 3 1 1 2 0 0 2 2 0 0 2 2 3 1 2 ( ) ( ) ( ) 3 ( 1 ) 12( 1 ) d c

14、eq c E h h h h h E h h h D Eh 当量单层厚度 2 1 / 3 1 12( 1 ) cd eq D h E 假定层底最大应 力为 p ，则下层（旧混凝土板）底应力为： 1 2 0 1 2( ) p eq h h h h 2、结合式： 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 或用单层板的方法求解双层板的总弯矩，分别计算上、下层板底的弯拉 应力。 上层： 下层： 公式见书 P468。 20Z h h 1 2 0Z h h h 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.7 胀缩应力 温度均匀升降所引起 大尺寸板内应力应变关系： 1 ()

15、1 () x x y t y y x t t E t E 板受到约束时，板中点处 0 xy ，则有 1 t xy Et T 上升时， t 为正 ， t 为负，表示压应力； T 下降时， t 为负 ， t 为正，表示拉应力。 例如：混凝土板 5 30000 MP a , 0.15 , 1 10 1 / C , 20 C t Et 则 5 30000 1 0 ( 20) 7.06 MP a 1 0.15 t x y ，将会开裂 。 当 30 Ct 时， 5 30000 10 30 10.6 MP a 1 0.15 t ，一般不会压坏，但可能引起屈曲（拱起） 。 大尺寸板内应力应变关系： 1 ()

16、1 () x x y t y y x t t E t E 板受到约束时，板中点处 0 xy ，则有 1 t xy Et T 上升时， t 为正 ， t 为负，表示压应力； T 下降时， t 为负 ， t 为正，表示拉应力。 例如：混凝土板 5 30000 MP a , 0.15 , 1 10 1 / C , 20 C t Et 则 5 30000 1 0 ( 20) 7.06 MP a 1 0.15 t x y ，将会开裂 。 当 30 Ct 时， 5 30000 10 30 10.6 MP a 1 0.15 t ，一般不会压坏，但可能引起屈曲（拱起） 。 路基路面工程 HongxiaTAN

17、2021/1/18 对于有限尺寸板（ 4 6m ）： 基底约束力（摩阻力）： 2 L F Bh rf 板的容许拉力： P Bh 当 F = P 时， 2 , 2 L rf L rf 其中， 容许拉应力 ( M P a) ； r 容重 ( MN/m 3 ) ； f 摩阻系数， 1 2f 。 例如： 0.15MPa （ 2d 龄期， 15 ）， 3 0.024 MN/m , 2.0rf ， 则 2 0.15 6.25m 0.024 2 L 。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.8 翘曲应力 顶、底面温差 (温度梯度 )引起 原因：板的自重、地基负反力、邻板约束等。 大板

18、板中面曲率： 2 23 2 23 2 0 2 12 ( ) 0 12 ( ) 0 12( 1 ) 6 2( 1 ) t xy t yx t xy xt xy tw MM x Eh h tw MM y Eh h Eh t MM M E t h 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 有限尺寸板： 板中 2 2 () 2( 1 ) () 2( 1 ) t x x y t y y x Et CC Et CC 板边缘中点 2 t xx Et C 式中， x C 翘曲应力系数， () x L Cf l y C 翘曲应力系数， () y B Cf l 考虑温度沿板厚非线性分布引起的内应力后

19、， 板中 2 2( 1 ) t xx Et D 板边缘中点 2 t xx Et D 式中， x D 温度应力系数， 0. 0448 2.08 0.154( 1 ) h x x x D C e C 板中 1 xy x CC C 板边缘中点 xx CC 1)文克勒地基板 : 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 有限尺寸板： 板中 2 2 () 2( 1 ) () 2( 1 ) t x x y t y y x Et CC Et CC 板边缘中点 2 t xx Et C 式中， xC 翘曲应力系数， ()x L Cf l yC 翘曲应力系数， ()y B Cf l 考虑温度沿板厚非

20、线性分布引起的内应力后， 板中 22( 1 ) t xx Et D 板边缘中点 2 t xx Et D 式中， xD 温度应力系数， 0. 0448 2.08 0.154( 1 )h x x xD C e C 板中 1 xy x CC C 板边缘中点 xxCC 对于较厚的板，应考虑由于温度的非线性分布而引起的内应力。 考虑温度沿板厚非线性分布引起的内应力后， 板中： 板边缘中点： 式中， 温度应力系数， 22( 1 ) t xx c Et B u 2txx Et B xB 0 . 0 4 4 8 2 . 0 8 0 . 1 5 4 ( 1 )hx x xB C e C 路基路面工程 Hongx

21、iaTAN 2021/1/18 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 2) 弹性半空间体地基上板的翘曲应力，目前尚无解析解，可采用有限元法计算板 内翘曲应力。 按照文克勒地基板计算翘曲应力的假设，采用有限元法计算了弹性半空间 体地基上板的翘曲应力。根据所得结果，绘出图 16-10中的曲线 1和 2。此时板的 刚性半径计算公式为： l h E E c s tc c 1 6 1 2 2 3 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 例 : 路面板长 L=5m，板宽 B=3.5m，厚 24cm,Ec=2.8 104， c=0.15， K=80MPa/m,=10-5 ，

22、板的温度梯度为 85 m，求温度翘曲应力和考虑内 应力的温度翘曲应力。 解 : 1、由板和地基参数得板的刚性半径为： 查图 16-12中的曲线 3，计算翘曲应力： 由 L/l=5/0.801=6.24 , B/l=3.5/0.801=4.37 查图 16-10曲线 1得板中点的 Cx=0.948,Cy=0.544 故板中温度翘曲应力 t(中 )： 沿长边方向： tx= 沿短边方向： ty= l E h K c c 3 24 3 3 2412 1 2 8 10 0 24 1280 1 0 15 0 801 . . . . m 2 8 10 10 85 0 24 2 0 948 0 15 0 54

23、4 1 0 15 3 01 3 5 2 . . . . . . . M P a 2 8 10 10 85 0 24 2 0 544 0 15 0 948 1 0 15 2 01 3 5 2 . . . . . . . M P a 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 板边温度翘曲应力 t( 边 ) 2 8 10 10 85 0 242 0 948 2 713 5. . . . M P a 短边中点： ty= 长边中点： tx= 2 8 10 10 85 0 242 0 544 1 553 5. . . . M P a 2、考虑内应力的温度翘曲应力 采用同样的方法可得： 2 t

24、21 cxxcE B 板中部： 板边缘中点： t 2cxx E B l h E E c s tc c 16 1 2 23 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.9 国内水泥混凝土路面设计方法 1 ）分析方法 ： 有限单元法 2 ）临界荷位 ： 考虑最大疲劳损耗（荷载应力、温度应力、作用机率）、接缝 传荷能力确定纵缝边缘中部为临界荷位。 3 ）应力计算（四边自由板） 应力计算诺模图； 回归公式： 2 0 / mn ps A l P h 3）地基模型：弹性半空间地基有限大矩形板 4）标准轴载： 100kN单轴双轮 5）设计方法：采用可靠度 6）极限状态：行车荷载和温度荷载综

25、合作用产生的疲劳断裂 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.10 设计参数 一、标准轴载与轴载换算 1 ）标准轴载 ： 0 100 kNP （单轴双轮组） 2 ）轴载换算 16 1 0 () n i s i i i P NN P 其中， i 轴数系数，单轴 双轮组 1.0 i 单轴单轮组 3 0. 43 2.22 10 ii P 双轴双轮组 5 0. 22 1.07 10 ii P 三轴双轮组 8 0. 2 2 2.24 10 ii P i P 各级轴载单轴重或双轴 、三轴 总重（ kN ）； i N 各级轴载作用次数（ n / d ）。 路基路面工程 HongxiaT

26、AN 2021/1/18 二、交通分级、设计使用年限和累计作用次数 ： 交通等级 使用初期设计车道日 标准轴载作用次数 (n/d) 设计使用年 限 (t) 初估板厚 (cm) 普通混凝土 碾压混凝土 特重 1500 30 25 26 重 200 1500 30 2325 2426 中等 5 200 20 2123 2224 轻 5 20 21 22 交通分级与设计使用年限及初估板厚 N N e s t 1 1 365 车轮轮迹横向分布系数 公路等级 纵缝边缘 横缝边缘 高速、一级公路 0.170.22 0.400.55 二级、三级、四级 公路 行车道宽 7m 0.340.39 0.500.60

27、 行车道宽 7m 0.540.62 0.600.70 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 E 1 =400 E t E 0 =20MPa E 2 =150 h 1 =20c m h 2 =20c m E t （ 2 ）基础 a. 承载板测定 E t b. 弯沉测定 1. 04 0 13739 t E l （ 100k N 轴载，弯沉单位 0.01m m ） c. 计算法 由 2 2 0 7.5 , 20c m E h E ， 查图得 0 2.44 t E E ， 2.44 20 48.8M P a t E 由 1 1 400 8.2 , 20c m 48.8 t E h E

28、 ， 得 2. 54 t t E E ， 2.54 48.8 124 MP a t E 计算回弹模量： tc t E nE 计算荷载应力时， 3 0. 8 1.718 1 0 ( ) c s t hE n E （板中 1.0 s ，板边 0.8 s ） 计算温度应力时， 0 . 3 5n 三、基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量 1）当量回弹模量： 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 d、解析法： 三、基层顶面当量回弹模量 对于旧路： 1. 04 0 13739 t E w （ 10 0k N 轴载，弯沉单位 0 .

29、01 m m ） 对于新路： 1 / 3 0 0 22 1 1 2 2 22 12 1 / 3 3 3 2 11 1 2 2 1 2 1 1 2 2 0 . 4 5 0 0 . 5 5 0 () 12 () () 11 () 12 4 6.22 1 1.51 ( ) 1 1.4 4( ) b x tx x x x x x x x E E ah E E h E h E E hh D h E E h E h h h D E h E h E a E E b E 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 基层顶面的当量回弹模量 Et 交通等级 特重 重 中等 轻 当量回弹模量 Et(MP

30、a) 120 100 80 60 （ 2 ）基础 a. 承载板测定 E t b. 弯沉测定 1. 04 0 13739 tE l （ 100k N 轴载，弯沉单位 0.01m m ） c. 计算法 由 2 2 0 7.5 , 20c m E h E ， 查图得 0 2.44t E E ， 2.44 20 48.8M P a tE 由 1 1 400 8.2 , 20c m 48.8t E h E ， 得 2. 54t t E E ， 2.54 48.8 124 MP atE 计算回弹模量： tc tE nE 计算荷载应力时， 3 0. 81.718 1 0 ( )c s t hE n E （板

31、中 1.0s ，板边 0.8s ） 计算温度应力时， 0 . 3 5n 2）计算回弹模量： 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 四、水泥混凝土的设计强度和弯拉弹性模量 1）混凝土面板：以 小梁试件确定强度、模 量值 1 5 1 5 5 5 c m 交通等级 特重 重 中等 轻 fcm （ MPa） 5.0 5.0 4.5 4.0 Ec （ MPa） 30000 30000 28000 27000 f fcm cm Ec=1.44 fcm0 458. *10 4 混凝土的设计弯拉强度与弹性模量 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 五、最大温度梯度 各地区不

32、相同的可能产生的沿板厚最大 的温度变化速率。用于考虑板 块可能产 生的最大温度应力。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 四、设计参数 可靠度设计标准 公路技术等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路 安全等级 一级 二级 三级 四级 设计基准期（ a ） 30 30 20 20 目标可靠度（） 95 90 85 80 目标可靠指标 1. 6 4 1. 2 8 1. 0 4 0. 8 4 变异水平等级 低 低中 中 中高 变异系数的变化范围 变异水平等级 低 中 高 水泥混凝土强度、模量 0.10 v c 0.10 0.15 v c 0.15 0.20 v c 基层

33、顶面当量回弹模量 0.25 v c 0.25 0.35 v c 0.35 0.55 v c 水泥混凝土面层厚度 0.04 v c 0. 04 0.06 v c 0.06 0.08 v c 可靠度系数 目标 可靠度（） 变异水平等级 95 90 85 80 低 1. 2 0 1 . 33 1. 0 9 1 . 16 1. 0 4 1 . 08 - 中 1. 3 3 1 . 50 1. 1 6 1 . 23 1. 0 8 1 . 13 1. 0 4 1 . 07 高 - 1. 2 3 1 . 33 1. 1 3 1 . 18 1. 0 7 1 . 1 1 六、可靠度设计标准 路基路面工程 Hong

34、xiaTAN 2021/1/18 四、设计参数 可靠度设计标准 公路技术等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路 安全等级 一级 二级 三级 四级 设计基准期（ a ） 30 30 20 20 目标可靠度（） 95 90 85 80 目标可靠指标 1. 6 4 1. 2 8 1. 0 4 0. 8 4 变异水平等级 低 低中 中 中高 变异系数的变化范围 变异水平等级 低 中 高 水泥混凝土强度、模量 0.10 v c 0.10 0.15 v c 0.15 0.20 v c 基层顶面当量回弹模量 0.25 v c 0.25 0.35 v c 0.35 0.55 v c 水泥混凝土面层厚

35、度 0.04 v c 0. 04 0.06 v c 0.06 0.08 v c 可靠度系数 目标 可靠度（） 变异水平等级 95 90 85 80 低 1. 2 0 1 . 33 1. 0 9 1 . 16 1. 0 4 1 . 08 - 中 1. 3 3 1 . 50 1. 1 6 1 . 23 1. 0 8 1 . 13 1. 0 4 1 . 07 高 - 1. 2 3 1 . 33 1. 1 3 1 . 18 1. 0 7 1 . 1 1 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.11 荷载疲劳应力 1 ）分析方法 ： 有限单元法 2 ）临界荷位 ： 考虑最大疲劳损耗

36、（荷载应力、温度应力、作用机率）、接缝 传荷能力确定纵缝边缘中部为临界荷位。 3 ）应力计算（四边自由板） 应力计算诺模图； 回归公式： 20 /mnps A l P h 1、 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 荷载疲劳应力 pr r f c ps K K K r K 考虑接缝传荷能力的应力折减系数； f K 疲劳应力系数， fe KN 普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土： 0 . 0 5 7 碾压混凝土、贫混凝土： 0 . 0 6 5 钢纤维混凝土： 0.053 0.017 f f f l d c K 综合影响系数，考虑动荷载影响、偏载影响等 ，高速公路取 1 .

37、30 ，一级公路 取 1 . 25 ，二级公路取 1.20 ，三、四级公路取 1.10 ； ps 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力（ 四边自由板 ） ， 0. 60 2 1 / 3 0.077 0.537 ( ) ps c t rh E rh E 纵 缝 回归公式： 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 4 ）接缝传荷能力 集料嵌锁 传递剪力； 传力杆、拉杆 传递剪力、弯矩、扭矩 传荷系数： 10 0% 2 100% 100% u w L u w uL u L sj j c w E w w E ww E K 由理论分析得到 jw KE 关系： 2 0.996 0.220 0

38、.125 j w w K E E （单轴） 2 0.991 0.180 0.115 j w w K E E （双轴） 设拉杆平纵缝 35 65%, 0.80 0.9 1 wj EK ，规范取 0.87 0.92 j K 设拉杆企口缝 77 82%, 0.72 0.74 wj EK 不设拉杆缝、自由边 1.0 j K 挠度传荷系数 : 应力 2、接缝传荷能力： 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 4 ）接缝传荷能力 集料嵌锁 传递剪力； 传力杆、拉杆 传递剪力、弯矩、扭矩 传荷系数： 10 0% 2 100% 100% u w L u w uL u L sj j c w E

39、w w E ww E K 由理论分析得到 jw KE 关系： 2 0.996 0.220 0.125 j w w K E E （单轴） 2 0.991 0.180 0.115 j w w K E E （双轴） 设拉杆平纵缝 35 65%, 0.80 0.9 1 wj EK ，规范取 0.87 0.92 j K 设拉杆企口缝 77 82%, 0.72 0.74 wj EK 不设拉杆缝、自由边 1.0 j K 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 各类接缝的传荷系数 接缝类型 挠度传荷系数 Ew（ %） 应力传荷系数 kj 设传力杆胀缝 60 0.82 不设传力杆胀缝 5055

40、0.840.86 设传力杆缩缝 75 0.75 设拉杆平口纵缝 3555 0.870.92 设拉杆企口纵缝 7782 0.760.84 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 荷载疲劳应力 pr r f c ps K K K r K 考虑接缝传荷能力的应力折减系数； f K 疲劳应力系数， fe KN 普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土： 0 . 0 5 7 碾压混凝土、贫混凝土： 0 . 0 6 5 钢纤维混凝土： 0.053 0.017 f f f l d c K 综合影响系数，考虑动荷载影响、偏载影响等 ，高速公路取 1 . 30 ，一级公路 取 1 . 25 ，二级

41、公路取 1.20 ，三、四级公路取 1.10 ； ps 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力（ 四边自由板 ） ， 0. 60 2 1 / 3 0.077 0.537 ( ) ps c t rh E rh E 3、疲劳应力系数 v feKN 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 4、 综合影响系数 Kc: 考虑偏载和动载等因素 综合系数 kc 公路等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路 综合系数 kc 1.30 1.25 1.20 1.10 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 5 ）荷载疲劳应力 pscfrp KKK rK 考虑接缝传荷能力的应力折

42、减系数； fK 疲劳应力系数， 0516.0 ef NK ； cK 综合影响系数，考虑动荷载影响、超载、偏载影响等； ps 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力（单块板）。 5、荷载疲劳应力： 5 ）荷载疲劳应力 pscfrp KKK rK 考虑接缝传荷能力的应力折减系数； fK 疲劳应力系数， 0516.0ef NK ； cK 综合影响系数，考虑动荷载影响、超载、偏载影响等； ps 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力（单块板）。 5 ）荷载疲劳应力 pscfrp KKK r 考虑接缝传荷能力的应力折减系数； f 疲劳应力系数， 0516.0 ef NK ； cK 综合影响系数，考虑动荷载影响、

43、超载、偏载影响等； ps 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力（单块板）。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.12 温度疲劳应力 最大温度应力： 0. 04 48 2 3 0 2 22 2.08 0.154 ( 1 ) ( 1 ) 6 ( 1 ) c t gct tm x x h x x x cs tc c tc t E T hEt DD D C e C E lh E E nE 温度疲劳应力： tmtt K t K 温度疲劳应力系数； tm 最大温度应力（最大温度梯度时）。 22 tgt x x x E T hEt BB 0 . 0 4 4 8 2 . 0 8 0 .

44、 1 5 4 ( 1 )hx x xB C e C 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 温度应力疲劳作用系数 kt的解析法： c mr t mr fK a b f a、 b、 c为各公路自然区划的回归系数。 公路自然区划 系数 a 0. 8 28 0. 8 55 0. 8 41 0. 8 71 0. 8 37 0. 8 34 b 0. 0 41 0. 0 41 0. 0 58 0. 0 71 0. 0 38 0. 0 52 c 1. 3 23 1. 3 55 1. 3 23 1. 2 87 1. 3 82 1. 2 70 3 板厚设计 试算法：要求 () r pr t r

45、r f 如满足上述要求，以初拟板厚作为设计厚度，否则应调整板厚或板长重新计算。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 温度应力疲劳作用系数 kt tm c m f 0.35 4 0.43 6 0.49 7 0.54 6 0.58 7 0.62 1 0.65 2 0.67 9 0.70 3 0.72 6 0.74 6 0.33 8 0.41 5 0.47 6 0.52 7 0.57 0 0.60 8 0.64 3 0.67 4 0.70 4 0.73 1 0.75 6 0.27 3 0.37 4 0.44 9 0.50 8 0.55 6 0.59 8 0.63 4 0.66 5

46、 0.69 4 0.72 0 0.74 4 0.28 7 0.37 8 0.44 7 0.50 2 0.54 8 0.58 8 0.62 2 0.65 4 0.68 2 0.70 8 0.73 2 0.35 8 0.43 9 0.50 2 0.55 4 0.59 8 0.63 7 0.67 2 0.70 3 0.73 2 0.75 8 0.78 3 0.35 0 0.42 7 0.48 5 0.53 3 0.57 4 0.60 9 0.64 1 0.66 9 0.69 5 0.71 9 0.74 1 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.

47、65 0.70 公路自然区划 公路自然区划 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.13 板厚设计 公路自然区划 系数 a 0. 8 28 0. 8 55 0. 8 41 0. 8 71 0. 8 37 0. 8 34 b 0. 0 41 0. 0 41 0. 0 58 0. 0 71 0. 0 38 0. 0 52 c 1. 3 23 1. 3 55 1. 3 23 1. 2 87 1. 3 82 1. 2 70 3 板厚设计 试算法：要求 ()r pr t r rf 如满足上述要求，以初拟板厚作为设计厚度，否则应调整板厚或板长重新计算。 路基路面工程 HongxiaT

48、AN 2021/1/18 安全等级 目标可 靠度 变异水 平等级 可靠度 系数 r p t rf 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.14 路面厚度设计示例 公路自然区划 区拟新建一条二级公 路，路基为粘质土，采用普通混凝 土路 面，路面宽 9m，经交通调查得知，设计车道使用初期标准轴载 日作用次数为 2100，试设计该路面厚度。 1、 交通分析 二级公路的设计基准期查表为 20年，其可靠度设计标准的安全等级查表 为三级。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数查表查表取 0.39。取交通 量年增长率为 5。设计基准期内的设计车道标准荷载累计作用次数按 公式计算： 属重交通等

49、级。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 2 初拟路面结构 相应于安全等级三级的变异水平等级为 中级。根据二级公路、重交通等 级和中 级变异水平，初拟普通混凝土面层厚度 0.22m 基层选用水泥稳 定粒料（水泥 用量 5），厚 0.18m, 垫层为 0.15 m低剂 量无机结合料 稳定土。普通混凝土板的 平面尺寸为宽 4.5 m,长 5 m,纵缝为设拉 杆平缝， 横缝为不设传力杆的假缝。 3 路面材料参数确定 取重交通等级的普通混凝土面层弯拉强度标准值查表为 5.0 MPa ,相应弯 拉弹性模量标准值查 参考值表为 31 GP 。 根据中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值 表

50、，取路基回弹模量为 30 MPa ，根据垫层、基 层材料回弹模量经验参考值表，取低剂量无机结 合料稳定土垫层回弹模量为 600 MPa ，水泥稳 定粒料基层回弹模量为 1300 MPa 。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 4 计算基层顶面当量回弹模量 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 5 、普通混凝土面层的刚度半径和荷载应力 6、修正系数确定 因纵缝为设拉杆平缝，查表得到接缝传荷能力的应力折减系数 Kj=0.87； 考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 根据公路等级，查表得到考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综 合系数为 1.2

51、0。 6 0. 05 7( 9. 88 5 10 ) 2. 50 4nfeKN 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 7、荷载疲劳应力 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 8、温度疲劳应力参数 区最大温度梯度查表取 （ 88 /m），板长 5m， L/r=5/0.67=7.46，查 图得普通混凝土板厚 h=0.22m， Bx 0.71，按公式计算最大温度梯度 时混凝土板的温度翘曲应力： 9、温度疲劳应力系数 10、温度疲劳应力 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 11、可靠度系数 二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等

52、级为中 级，目标可靠度根据查表为 85。由查得的目标可靠度和变异水平等级， 查表确定可靠度系数为 1.13。 12、判断结构是否满足要求 因而，所选普通混凝土面层厚度（ 0.22m）可以承受设计基准期内荷 载应力和温度应力的综合疲劳作用。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.15 混凝土面板接缝设计和配筋设计 1、接缝设计 2、配筋设计： 钢筋混凝土面层 连续配筋混凝土面层 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 16.16 水泥混凝土路面加铺层设计 1 ）设计参数的确定 （ 1 ）旧混凝土面层厚度、强度、模量（钻芯法） 0.621 2.64 1000

53、0 0.963 4 0.091 5 i e e m s p c em h h S ff E f （ 2 ）旧基层顶面当量回弹模量 由承载板试验确定基层顶面计算回弹模量 ： 22 ( 1 ) 4 s tc Dp El l 其中，弹性特征系数 2 2 0 6 ( 1 )11 ( 1 ) tc c e c s E h E l l 距承载板中心距离 d 处的实测回弹弯沉值； l 决定于相对距离 d 的弯沉系数。 再由 0. 8 0.001 718 ( ) ec tc t hE E E ， 反算基层顶面当量回弹模量 t E 。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 1 ）设计参数的确定

54、 （ 1 ）旧混凝土面层厚度、强度、模量（钻芯法） 0.621 2.64 10000 0.963 4 0.091 5 i e e m s p c em h h S ff E f （ 2 ）旧基层顶面当量回弹模量 由承载板试验确定基层顶面计算回弹模量 ： 22 ( 1 ) 4 s tc Dp El l 其中，弹性特征系数 2 2 0 6 ( 1 )11 ( 1 ) tc c e c s E h E l l 距承载板中心距离 d 处的实测回弹弯沉值； l 决定于相对距离 d 的弯沉系数。 再由 0. 8 0.001 718 ( ) ec tc t hE E E ， 反算基层顶面当量回弹模量 t E

55、 。 由弯沉值计算确定： 1 . 0 4013739tEW 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 2 ）加铺层形式 （ 1 ） 结合式 凿毛、清洗，涂刷水泥浆、环氧树脂等结合剂。最小厚度 1 0cm 。 （ 2 ） 直接式 清洗、清除油污、碎块、杂物等，与新混凝土部分结合。最小 厚度 14cm 。 （ 3 ） 分离式 以油毡、沥青砂、沥青混凝土等材料作为隔离层。最小厚度 18cm 。 3 ）经验设计法 0 n n n d r e h h C h r C 旧路面损坏状况系数，结构状况良好时 1 r C ； 结构状况一般时 0.75 r C ； 结构状况不良时 0.35 r C

56、。 n 加铺层形式指数，结合式 1.0 , 1.0 r nC ； 直接式 1.4 , 0.75 r nC ； 分离式 2.0 , 0.35 0.75 r nC 。 （ 4）沥青混凝土罩面 （ 5）破碎混凝土路面板加铺 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 2 ）加铺层形式 （ 1 ） 结合式 凿毛、清洗，涂刷水泥浆、环氧树脂等结合剂。最小厚度 1 0cm 。 （ 2 ） 直接式 清洗、清除油污、碎块、杂物等，与新混凝土部分结合。最小 厚度 14cm 。 （ 3 ） 分离式 以油毡、沥青砂、沥青混凝土等材料作为隔离层。最小厚度 18cm 。 3 ）经验设计法 0 n n n d

57、 r e h h C h r C 旧路面损坏状况系数，结构状况良好时 1 r C ； 结构状况一般时 0.75 r C ； 结构状况不良时 0.35 r C 。 n 加铺层形式指数，结合式 1.0 , 1.0 r nC ； 直接式 1.4 , 0.75 r nC ； 分离式 2.0 , 0.35 0.75 r nC 。 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 4）理论设计法： 荷载应力： 1 01 10. 60 1 1 02 20. 60 2 0.5 0.077 6 0.5 0.077 6 c x u ps g g c x u ps g g E h h K r D E h h

58、K r D 2 02 01 02 1 1 01 2 02 1 01 01 02 2 1 01 2 02 2 2 C x cc C x cc E h h h h E h E h E h h h h E h E h 233 1 01 2 02 01 021 01 2 02 1 01 2 02 1 / 3 12 12 4 1.2 3 cccc gu cc g g t E h E h h hE h E h DK E h E h D r E 0uK 1uK 层间结合系数：分离式 结合式： 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 荷载疲劳应力： 11 22 pr r f c ps pr r f c ps K K K K K K 路基路面工程 HongxiaTAN 2021/1/18 0 1 1 0 1 0 2 2 0 2 0 1 1 1 0 1 0 2 2 2 0 2 1 01 11 11 0.32 0.81 l n 2.5 1 2 01 02 21 22 1.77 0.27 l n 18 2 2 2 () 2 c c cc cc c c