第九章水泥路面設(shè)計(jì)

會(huì)計(jì)學(xué)1第九章水泥路面設(shè)計(jì)二、損壞模式與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

板的斷裂包括橫向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫、板角隅斷裂、破碎板。原因：強(qiáng)度不足；未設(shè)置傳力桿和拉桿；板底脫空；荷載、溫度重復(fù)作用，達(dá)到疲勞極限；荷載過重。接縫損壞出現(xiàn)在接縫附近的損壞，如剝落、碎塊等。

唧泥泥漿、灰漿從板底擠出和噴射而出。原因：基層材料不耐沖刷。損壞模式第1頁/共20頁錯(cuò)臺(tái):接縫或裂縫兩側(cè)出現(xiàn)高程差。原因：唧泥等的存在是出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)的主要原因：行車造成的水壓使泥灰漿從后載板向先載板遷移，造成先載高、后載板低的現(xiàn)象，一般是有規(guī)律的出現(xiàn)；未設(shè)置傳力桿。拱起:溫度引起的屈曲失穩(wěn)而向上隆起的現(xiàn)象，一般伴有橫向裂縫。原因：溫度太高；脹縫間距太大；接縫、尤其是脹縫內(nèi)填滿了雜物而失效；脹縫設(shè)置工藝不當(dāng)而使其無法伸縮。第2頁/共20頁

上述各類損壞在設(shè)計(jì)中均需考慮。斷裂類損壞主要由厚度設(shè)計(jì)解決，材料設(shè)計(jì)和平面設(shè)計(jì)予以保證，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是板底最大疲勞應(yīng)力；唧泥、錯(cuò)臺(tái)主要通過材料設(shè)計(jì)和排水設(shè)計(jì)予以解決；拱起主要通過平面設(shè)計(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)解決；接縫損壞靠接縫設(shè)計(jì)解決。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)可以寫為：式中：為標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力；為等效疲勞溫度梯度下產(chǎn)生的溫度翹曲應(yīng)力；為混凝土的疲勞強(qiáng)度。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)第3頁/共20頁式中：為疲勞應(yīng)力，即考慮荷載重復(fù)作用的應(yīng)力；為疲勞溫度翹曲應(yīng)力；為混凝土的抗彎拉強(qiáng)度。通過限制板的尺寸限制溫度翹曲應(yīng)力，板厚度設(shè)計(jì)時(shí)僅考慮荷載應(yīng)力

除了上述三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中選一個(gè)外，對高等級公路，可以補(bǔ)充板邊或板角撓度指標(biāo)以限制唧泥和錯(cuò)臺(tái)

第4頁/共20頁三、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)素混凝土路面（預(yù)留接縫的混凝土路面），除角隅、邊緣外，板內(nèi)不配鋼筋。連續(xù)配筋混凝土路面 不設(shè)接縫，連續(xù)配筋。大大改善了混凝土路面的行駛舒適性。面板厚度基本不減?。槠胀ɑ炷谅访婧穸鹊?0－90％）。鋼筋混凝土面層設(shè)置縱向、橫向鋼筋網(wǎng)，形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層。預(yù)應(yīng)力混凝土層目前使用很少。鋼纖維混凝土面層在混凝土中摻入不同形狀的鋼纖維，以形成均勻的混凝土加筋層。目前常用的是素混凝土路面。

面層第5頁/共20頁作用為面層提供均勻的基礎(chǔ)支撐，為面層施工提供穩(wěn)定、堅(jiān)實(shí)的工作面防止沖刷、唧泥和錯(cuò)臺(tái)的產(chǎn)生控制或減少路基不均勻凍脹或體積變形對路面的影響。常用基層材料

細(xì)集料含量應(yīng)嚴(yán)格控制貧混凝土、瀝青穩(wěn)定粒料、水泥穩(wěn)定粒料級配碎石基層剛度要求為了限制混凝土板的撓度量，減少唧泥、錯(cuò)臺(tái)等病害，基層應(yīng)具備一定的剛度，如P201表12－1所示。基層和墊層第6頁/共20頁

對于水泥路面而言，由于混凝土板強(qiáng)度高、抗力大、對變形適應(yīng)性小（敏感），所以不要求路基有很高的強(qiáng)度，但對不均勻變形要求較高減小路基的不均勻變形是混凝土路面中路基設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。路表水的排除滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部水的排除，內(nèi)部排水系統(tǒng)

路基排水第7頁/共20頁四、構(gòu)造設(shè)計(jì)間距一般為4-6m布置

等間距，變間距；橫縫垂直于路中線，與路中線斜交構(gòu)造假縫假縫＋傳力桿傳力桿

施工結(jié)束或臨時(shí)中斷施工時(shí)需設(shè)施工縫。在橫縫位置處：施工縫設(shè)成平縫＋傳力桿在板中部位置時(shí)：施工縫設(shè)成企口縫＋拉桿縮縫施工縫第8頁/共20頁

縱縫處需要設(shè)拉桿，以防止縱縫因車輛震動(dòng)而拉開。拉桿：螺旋鋼筋，兩端無需涂覆瀝青，應(yīng)保持與混凝土的握裹?？v縫形式：平縫＋拉桿；企口縫＋拉桿；假縫＋拉桿。

貫穿板厚度的平縫，接縫應(yīng)有一定寬度。設(shè)傳力桿。P215圖12-11。

填縫板，填縫料?？v縫脹縫填縫料第9頁/共20頁五、結(jié)構(gòu)厚度和平面尺寸設(shè)計(jì)考慮動(dòng)超載綜合作用的疲勞應(yīng)力為：

式中，為應(yīng)力傳荷系數(shù)；為疲勞應(yīng)力系數(shù)為動(dòng)超載綜合影響系數(shù)，見P208表12－8。為臨界荷位處的應(yīng)力，自由邊縱縫邊緣荷載最大應(yīng)力

荷載應(yīng)力分析計(jì)算式第10頁/共20頁

臨界荷位可能在兩個(gè)位置，一是軸載一側(cè)作用于橫縫邊緣中部，一是單、雙軸荷載作用于縱縫邊緣。從絕對數(shù)值上說，荷載作用于縱縫邊緣時(shí)的應(yīng)力大于橫縫邊緣，但橫縫邊緣的荷載作用次數(shù)多。綜合疲勞損耗，縱縫邊緣的消耗更大，所以目前將臨界荷位定在縱縫邊緣。具體組合可參見表12－5，P205。P206中圖12－6中的應(yīng)力計(jì)算圖即為臨界荷位的應(yīng)力圖?？紤]1）應(yīng)力大小，2）荷載作用次數(shù)臨界荷位第11頁/共20頁根據(jù)優(yōu)先尺寸板的有限元分析結(jié)果，按照P206圖12－6諾謨圖或P204式12－7計(jì)算。式中，P為軸重，h為板厚度，A、m、n為回歸系數(shù)，見P152，表8－7荷載應(yīng)力計(jì)算第12頁/共20頁

集料的嵌鎖作用、傳力桿的設(shè)置使得接縫具有傳遞荷載的作用，從而減小了板內(nèi)的應(yīng)力。定義：可以按照接縫兩側(cè)不同指標(biāo)的比值定義接縫傳荷能力。一是按照撓度比，一是按照應(yīng)力比。

按照撓度：按照應(yīng)力：

接縫傳荷能力考慮第13頁/共20頁關(guān)系和設(shè)計(jì)考慮

在進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算時(shí)，采用應(yīng)力比的后一個(gè)表達(dá)式比較方便，但現(xiàn)場測試時(shí)，采用撓度比比較方便，所以需建立二者之間的關(guān)系，如式P207式12－15、12－16，設(shè)計(jì)時(shí)參照P208表12－7采用。第14頁/共20頁式（5－12）的疲勞方程形式為：為了方便，改寫為如下形式：這里為低應(yīng)力，指溫度應(yīng)力，此時(shí)即為荷載應(yīng)力，即為強(qiáng)度儲(chǔ)備。

疲勞應(yīng)力系數(shù)第15頁/共20頁

可以推得：為系數(shù)，與荷位、軸數(shù)有關(guān)。單軸荷載換算為標(biāo)準(zhǔn)荷載時(shí)，＝1；雙軸荷載換算為標(biāo)準(zhǔn)荷載時(shí)，按照8-19計(jì)算。

荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算軸載等效換算第16頁/共20頁采用橫向分布系數(shù)計(jì)算累計(jì)的斷面最大荷載作用次數(shù)。注意，這里采用的是橫向分布系數(shù)P155表8-8，與瀝青路面的車道系數(shù)不同，應(yīng)予注意。混凝土板模量：一般在20000－50000MPA中取值，見P209表12－9。

計(jì)算地基模量：值得注意的是，混凝土板下的地基模量不能按照實(shí)測模量取值。由于板底變形很小，所以模量要大得多。應(yīng)該按照實(shí)測模量或按照第四、第五章中方法確定得模量，乘以一個(gè)放大系數(shù)，即換算為計(jì)算回彈模量：

累計(jì)軸載作用次數(shù)計(jì)算混凝土板和地基模量第17頁/共20頁溫度疲勞應(yīng)力采用最大溫度翹曲應(yīng)力乘以等效溫度疲勞折減系數(shù)得方法計(jì)算：等效溫度疲勞折減系數(shù)，將交變的溫度疲勞消耗轉(zhuǎn)換成等效的折減系數(shù)，以保持其總疲勞消耗相同。見P156表8-10。解釋參見P24圖3－4。

溫度疲勞應(yīng)力計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力第18頁/共20頁在進(jìn)行溫度應(yīng)力計(jì)算時(shí)，基礎(chǔ)的模量因?yàn)闇囟茸饔脮r(shí)間長發(fā)