hAAAI9水泥混凝土路面结构设计.ppt
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1、hAAAI9水泥混凝土路面结构设计 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望水泥混凝土路面水泥混凝土路面:指以水泥混凝土板作为主要承载结构层,而板下的基垫:指以水泥混凝土板作为主要承载结构层,而板下的基垫层及路基统称为地基,起支承作用。层及路基统称为地基,起支承作用。水泥混凝土路面分类水泥混凝土路面分类:1.普通混凝土(仅在接缝或边角配筋);普通混凝土(仅在接缝或边角配筋);2.钢筋混钢筋混凝土;凝土;3.连续配筋混凝土;连续配筋混凝土;4.碾压混凝土;碾压
2、混凝土;5.钢纤维混凝土。钢纤维混凝土。设计理论设计理论:弹性地基板理论:弹性地基板理论设计内容设计内容:1.结构层次组合;结构层次组合;2.路面板尺寸确定;路面板尺寸确定;3.接缝构造及配筋设计接缝构造及配筋设计9.1 混凝土路面的损坏模式和设计要求混凝土路面的损坏模式和设计要求一、损坏模式:一、损坏模式:1.断裂:断裂:原因为板太薄或轮载过重和作用次数过多,板的平面尺寸太大。原因为板太薄或轮载过重和作用次数过多,板的平面尺寸太大。2.挤碎:挤碎:接缝附近受挤压而碎裂。接缝附近受挤压而碎裂。3.拱起:拱起:接缝两侧的板突然向上拱起,为纵向屈曲失稳引起。接缝两侧的板突然向上拱起,为纵向屈曲失稳
3、引起。4.唧泥:唧泥:接缝内喷溅出泥浆现象,使路面板边缘和角隅部分逐渐失去支承,接缝内喷溅出泥浆现象,使路面板边缘和角隅部分逐渐失去支承,导致断裂。导致断裂。5.错台:错台:竖向相对位移。竖向相对位移。水泥混凝土路面优缺点水泥混凝土路面优缺点:强度高、稳定性好、耐久性好、养护费用少、经济效:强度高、稳定性好、耐久性好、养护费用少、经济效益高、有利于夜间行车;对水泥需要量大、有接缝、开放交通迟、修复困难。益高、有利于夜间行车;对水泥需要量大、有接缝、开放交通迟、修复困难。2二、设计要求:二、设计要求:1.路基和基层设计:路基和基层设计:要求密实、均匀、稳定和防冻厚度及要求密实、均匀、稳定和防冻厚
4、度及E。大于规定值。大于规定值。2.混凝土材料组成设计:混凝土材料组成设计:配合比及材料要达到高强、耐磨和抗冻。配合比及材料要达到高强、耐磨和抗冻。3.路面板几何尺寸设计:路面板几何尺寸设计:平面尺寸、板厚设计,以使强度(平面尺寸、板厚设计,以使强度(p,tp,t)满足要满足要求。求。4.接缝及配筋设计:接缝及配筋设计:选选接缝类型、布置接缝位置、定接缝构造,以提高接缝接缝类型、布置接缝位置、定接缝构造,以提高接缝传荷能力。传荷能力。混凝土面板承受的应力很多,有荷载应力混凝土面板承受的应力很多,有荷载应力p、温度应力、温度应力t、收缩应力、体、收缩应力、体积变化应力等,设计时,主要考虑积变化应
5、力等,设计时,主要考虑pp,tt。9.2 弹性地基板的应力分析弹性地基板的应力分析 混凝土路面在荷载混凝土路面在荷载P作用下变形很小,其远大于路基和基垫层的,作用下变形很小,其远大于路基和基垫层的,其间的摩阻力一般也不大,鉴于这个特性,用弹性地基板理论分析。其间的摩阻力一般也不大,鉴于这个特性,用弹性地基板理论分析。一、荷载应力分析:一、荷载应力分析:1.弹性地基小挠度薄板理论:弹性地基小挠度薄板理论:厚度不到平面尺寸的厚度不到平面尺寸的1/10的板叫薄板,竖向位移的板叫薄板,竖向位移远小于厚度的变形叫小挠度。远小于厚度的变形叫小挠度。3 基(垫)层、路基可看成弹性地基,它对路面只有向上的竖向
6、反力,基(垫)层、路基可看成弹性地基,它对路面只有向上的竖向反力,且地基与板完全接触(不脱离),即挠度相同。且地基与板完全接触(不脱离),即挠度相同。在研究竖向荷载作用下的小挠度板问题时,常采用下列三项基本假设:在研究竖向荷载作用下的小挠度板问题时,常采用下列三项基本假设:1.z,zz,z0,W为(为(x,y)的函数。的函数。2.无横向剪应变,无横向剪应变,xz=yz=0。3.中面上各点无中面上各点无x、y方向位移,方向位移,u=v=0,只有只有 W。则板挠曲面微分方程为:则板挠曲面微分方程为:4采用圆柱坐标时:采用圆柱坐标时:2.Winkler地基(地基(K地基):地基):1)板中受荷时:)
7、板中受荷时:当当0.5h时,偏差较大,用时,偏差较大,用代替代替。2)板边部中受荷时:)板边部中受荷时:当当1500次次/天;重天;重Ns200次次/天;中天;中Ns5次次/天;轻天;轻Ns5次次/天。天。3.累计作用次数(设计使用年限内):累计作用次数(设计使用年限内):为交通量的平均年增长率,为交通量的平均年增长率,为轮迹分布系数。为轮迹分布系数。t t为时间使用年限为时间使用年限13二、荷载疲劳应力二、荷载疲劳应力rprp分析:分析:1.临界荷位:临界荷位:使路面板产生最大应力、最大挠度或最大疲劳破坏的一个荷载位置使路面板产生最大应力、最大挠度或最大疲劳破坏的一个荷载位置 除纵缝为企口加
8、拉杆型和横缝除纵缝为企口加拉杆型和横缝为自由边(不设传荷能力的假缝)其临界为自由边(不设传荷能力的假缝)其临界荷位出现在横缝边缘中部外,其余荷位出现在横缝边缘中部外,其余均在纵缝边缘中部均在纵缝边缘中部。2.材料参数:材料参数:1)fcm(混凝土的抗弯拉强度混凝土的抗弯拉强度):以以28天龄期为准。如混凝土浇筑后天龄期为准。如混凝土浇筑后90天不天不开放交通,开放交通,fcm(90d)=1.1fcm(28d);Ec以实测为准。以实测为准。3.荷载的疲劳应力:荷载的疲劳应力:2)地基回弹模量)地基回弹模量:有基层顶面的当量回弹模量有基层顶面的当量回弹模量Et和计算回弹模量和计算回弹模量Es。原有
9、柔性路面上铺混凝土板时:原有柔性路面上铺混凝土板时:若所得的若所得的Et9-5表规定,则用表规定,则用Et查图查图9-18得补强层厚度得补强层厚度h 1。计算回弹模量:计算回弹模量:Es=nEts为计算荷位系数,板中时取为计算荷位系数,板中时取1.0,板边时取,板边时取0.75。14三、温度疲劳应力三、温度疲劳应力rtrt分析:分析:r t=k t t mKt为疲劳系数,为疲劳系数,t为为最大温度梯度最大温度梯度时时的温度的温度翘翘曲曲应应力。此力。此时时:四、混凝土板尺寸检验或确定:四、混凝土板尺寸检验或确定:r p+rf =(0.95 .03 )f cm见见P214-216例题例题9.49
10、.5 接缝及配筋设计接缝及配筋设计一、接缝设计:一、接缝设计:1、接缝的种类及构造:、接缝的种类及构造:按方向分有纵缝和横缝;按形式分有真缝(分平口和按方向分有纵缝和横缝;按形式分有真缝(分平口和企口)和假缝;按缝填封材料分有接缝板和填缝料。企口)和假缝;按缝填封材料分有接缝板和填缝料。1)纵缝:)纵缝:有缩缝和施工缝;当一次铺筑小于路面宽度时,应设施工缝。有缩缝和施工缝;当一次铺筑小于路面宽度时,应设施工缝。h/2h/234cm510cm填缝料10cm拉杆平缝加拉杆型h/2h/20.1h防锈涂料1:4(1/31/5)h企口缝加拉杆型15当一次铺筑宽度大于路面容许的板宽(当一次铺筑宽度大于路面
11、容许的板宽(4.04.5m)时,应设时,应设纵向缩缝纵向缩缝。缩缝。缩缝做成假缝形式,即铺筑时仅在板的上部设缝槽,而板的收缩和翘曲会使缝做成假缝形式,即铺筑时仅在板的上部设缝槽,而板的收缩和翘曲会使缝槽下的混凝土自行断裂。由于断裂表面凹凸不平、互相嵌锁,使这类接缝槽下的混凝土自行断裂。由于断裂表面凹凸不平、互相嵌锁,使这类接缝具有一定的传荷能力。缝槽深度要适中,过浅,混凝土截面的强度削弱得具有一定的传荷能力。缝槽深度要适中,过浅,混凝土截面的强度削弱得不够,从而不能保证以后的断裂发生在接缝的位置上;过深,不规则断裂不够,从而不能保证以后的断裂发生在接缝的位置上;过深,不规则断裂面积过少,接缝的
12、传荷能力就降低。一般缝槽深为面积过少,接缝的传荷能力就降低。一般缝槽深为1/41/5h。槽宽尽可能。槽宽尽可能窄些,一般为窄些,一般为38m。纵向缩缝也应设拉杆,以避免板块横向位移并保证。纵向缩缝也应设拉杆,以避免板块横向位移并保证接缝的传荷能力。接缝的传荷能力。h1/41/5h38cm填缝料假缝型h/2h/2假缝加拉杆型纵缝设置的横向拉杆,一般采用螺纹钢筋,中部纵缝设置的横向拉杆,一般采用螺纹钢筋,中部10cm范围内应刷防锈涂料。范围内应刷防锈涂料。每延米纵缝所需的拉杆钢筋面积每延米纵缝所需的拉杆钢筋面积As(c),按下式计算:,按下式计算:B、h为混凝土板的宽度(为混凝土板的宽度(m)和)
13、和 厚度(厚度(cm););s为钢筋的容许拉应力,螺纹钢筋取为钢筋的容许拉应力,螺纹钢筋取160MPa,光园钢筋取,光园钢筋取135MPa。16 拉杆应具有足够的长度,使锚固在混凝土内的拉杆能发挥其抗拉能力。拉杆应具有足够的长度,使锚固在混凝土内的拉杆能发挥其抗拉能力。此外,还要考虑施工误差,应留有一定的余地(例如此外,还要考虑施工误差,应留有一定的余地(例如5cm),故拉杆的长度),故拉杆的长度Ls(cm),按下式确定:,按下式确定:ds为拉杆钢筋直径(为拉杆钢筋直径(cm);s为钢筋同混凝土的容许粘结应力,螺纹钢筋为钢筋同混凝土的容许粘结应力,螺纹钢筋取取1.8MPa,光园钢筋取光园钢筋取
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