第十六章 水泥混凝土路面设计
12页1、第十六章 水泥混凝土路面设计一、教学目的和要求1、教学目的:本章主要学习水泥混凝土路面的损坏模式和设计标准,弹性地基板的应力分析、水泥混凝土路面结构层组合设计、水泥混凝土路面板平面尺寸的确定、水泥混凝土路面的接缝设计和加铺层设计。2、教学要求:掌握水泥混凝土路面板厚设计,水泥混凝土路面荷载应力和温度应力分析;熟悉弹性地基板体系理论,复合式混凝土路面厚度设计;了解其他设计方法简介; 二、教学重点、难点重点:水泥混凝土路面板厚设计步骤;难点:弹性地基板体系理论。三、授课学时:4学时四、教学进程本章学习要求:一、水泥混凝土路面的损坏模式和设计标准掌握水泥混凝土路面在行车荷载和环境因素作用下出现的破坏类型,主要有断裂、唧泥、错台、拱起和接缝挤碎等,了解产生损坏类型的原因。重点掌握水泥混凝土路面结构设计是以防止面层板断裂为主要设计标准,了解水泥混凝土路面设计的弹性地基板理论。二、水泥混凝土路面结构设计内容熟悉水泥混凝土路面结构设计包括路面结构层组合设计、混凝土面板厚度设计、混凝土面板的平面尺寸与接缝设计、路肩设计、普通混凝土路面的钢筋配筋率设计等内容。三、水泥混凝土路面板厚设计1.交通分析与轴载
2、换算掌握我国公路水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。熟悉对于各种不同汽车轴载的作用次数,可按等效疲劳断裂原则换算成标准轴载的作用次数,并根据标准轴载的作用次数判断道路的交通繁重程度,熟悉轴载换算公式。掌握按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为特重、重、中等和轻4个等级。2.基层顶面当量回弹模量熟悉水泥混凝土面板下的地基依据等弯曲刚度的原则换算为回弹模量和厚度当量的单层结构,按双层体系进行计算。了解其计算分为新建公路和旧柔性路面两种情况。重点熟悉新建公路的基层顶面当量回弹模量值的计算,并注意区分新旧规范的差别。3.混凝土板的设计弯拉强度掌握水泥混凝土路面的强度以28d龄期的弯拉强度作为设计控制指标。设计时根据各交通等级要求按规范采用相应的混凝土弯拉强度标准值。4.水泥混凝土路面板应力分析理解水泥混凝土路面板在荷载和温度作用下,在临界荷位处产生的疲劳应力,包括荷载疲劳应力和温度疲劳应力。熟悉荷载疲劳应力和温度疲劳应力的计算公式,掌握荷载疲劳应力和温度疲劳应力的概念。5.水泥混凝土板的综合疲劳作用 水泥混凝土板在使用过程中,板的应力来自汽车荷载疲
3、劳作用和温度反复变化作用。为保证混凝土板在设计使用年限内板不过早破坏,必须综合考虑这些作用的影响,不导致板的应力过大。熟悉水泥混凝土板的综合疲劳作用是汽车荷载和温度对板产生的应力总和,掌握根据公式分别求出板的荷载疲劳应力和温度应力,然后按现行水泥混凝土路面设计规范中采用路面结构可靠度设计方法,即以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为极限设计状态,重点熟悉其表达式为:r(pr+tr)fr。6.混凝土板厚设计过程熟悉水泥混凝土面层厚度设计步骤,主要包括:收集并分析交通参数,初拟路面结构,确定材料参数,计算荷载疲劳应力,计算温度应力及检验初拟路面结构等。四、水泥混凝土路面板平面尺寸确定熟悉水泥混凝土路面板平面尺寸确定的过程,以及板块划分的原则。五、水泥混凝土路面加铺层设计熟悉对旧水泥混凝路面的技术调查内容,包括路面损坏状况调查评定、接缝传荷能力和板底脱空状况调查评定、旧混凝土路面结构参数调查;了解水泥混凝土路面加铺层结构设计的种类,主要有,分离式混凝土加铺层结构设计、组合式混凝土加铺层结构设计、沥青加铺层结构设计。16.1 水泥混凝土路面的损坏模式和设计标准一、水泥混凝土路面的损坏模
4、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以下几种。1.断裂路面板内应力超过泥凝土强度时会出现纵向、横向、斜向或角隅断裂裂缝。原因:板太薄、轮载过重、板的平间尺寸过大,地基不均匀沉降或过量塑性变形使板底脱空失去支承,施工养生期间收缩应力过大等。断裂破坏了板的整体性,使板承载能力降低。因而,板体断裂为水泥混凝土面层结构破坏的临界状态。2.唧泥唧泥是车辆行经接缝时,由缝内喷溅出稀泥浆的现象。原因:在轮载的重复作用下,板边缘或角隅下的基层由于塑性变形累积而同混凝土面板脱离,或者甚层的细颗粒在水的作用下强度降低,当水分沿缝隙下渗而积聚在脱空的间隙内或细颗粒土中,在车辆荷载作用下积水形成水压,使水和细颗粒土形成的泥浆而从缝隙中喷溅山来。唧泥的出现,使路面板边缘部分,逐渐形成脱空区,随荷载重复作用次数的增加,脱空区逐渐增大,最终使板出现断裂。3错台错台是指接缝两侧出现的竖向相对位移。原因:当胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐,或胀缝两侧混凝土壁面不垂直,在胀缩过程中接缝两侧上下错位而形成错台。横缝处传荷能力不足,或唧泥发生过程中,使基层材料在高压水的作用下冲积到后方板的板底
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