水泥路面设计-同济大学交通运输工程学院首页

第九章水泥路面设计引言损坏模式与设计标准结构组合设计构造设计结构厚度和平面尺寸设计一、引言参见沥青路面设计的引言部分设计内容路面结构组合设计结构厚度设计平面设计构造设计路肩和排水设计二、损坏模式与设计标准板的断裂包括横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、板角隅断裂、破碎板。原因：强度不足；未设置传力杆和拉杆；板底脱空；荷载、温度重复作用，达到疲劳极限；荷载过重。接缝损坏出现在接缝附近的损坏，如剥落、碎块等。唧泥泥浆、灰浆从板底挤出和喷射而出。原因：基层材料不耐冲刷。损坏模式错台:接缝或裂缝两侧出现高程差。原因：唧泥等的存在是出现错台的主要原因：行车造成的水压使泥灰浆从后载板向先载板迁移，造成先载高、后载板低的现象，一般是有规律的出现；未设置传力杆。拱起:温度引起的屈曲失稳而向上隆起的现象，一般伴有横向裂缝。原因：温度太高；胀缝间距太大；接缝、尤其是胀缝内填满了杂物而失效；胀缝设置工艺不当而使其无法伸缩。上述各类损坏在设计中均需考虑。断裂类损坏主要由厚度设计解决，材料设计和平面设计予以保证，设计标准是板底最大疲劳应力；唧泥、错台主要通过材料设计和排水设计予以解决；拱起主要通过平面设计和构造设计解决；接缝损坏靠接缝设计解决。设计标准可以写为：式中：为标准轴载作用下产生的最大荷载应力；为等效疲劳温度梯度下产生的温度翘曲应力；为混凝土的疲劳强度。rftpptrf设计标准式中：为疲劳应力，即考虑荷载重复作用的应力；为疲劳温度翘曲应力；为混凝土的抗弯拉强度。通过限制板的尺寸限制温度翘曲应力，板厚度设计时仅考虑荷载应力除了上述三个标准中选一个外，对高等级公路，可以补充板边或板角挠度指标以限制唧泥和错台frtrprtrpfrfprWW三、结构组合设计素混凝土路面（预留接缝的混凝土路面），除角隅、边缘外，板内不配钢筋。连续配筋混凝土路面不设接缝，连续配筋。大大改善了混凝土路面的行驶舒适性。面板厚度基本不减小（为普通混凝土路面厚度的80－90％）。钢筋混凝土面层设置纵向、横向钢筋网，形成钢筋混凝土结构层。预应力混凝土层目前使用很少。钢纤维混凝土面层在混凝土中掺入不同形状的钢纤维，以形成均匀的混凝土加筋层。目前常用的是素混凝土路面。面层作用为面层提供均匀的基础支撑，为面层施工提供稳定、坚实的工作面防止冲刷、唧泥和错台的产生控制或减少路基不均匀冻胀或体积变形对路面的影响。常用基层材料细集料含量应严格控制贫混凝土、沥青稳定粒料、水泥稳定粒料级配碎石基层刚度要求为了限制混凝土板的挠度量，减少唧泥、错台等病害，基层应具备一定的刚度，如P201表12－1所示。基层和垫层对于水泥路面而言，由于混凝土板强度高、抗力大、对变形适应性小（敏感），所以不要求路基有很高的强度，但对不均匀变形要求较高减小路基的不均匀变形是混凝土路面中路基设计的主要内容。路表水的排除渗入路面结构内部水的排除，内部排水系统路基排水四、构造设计•间距一般为4-6m•布置等间距，变间距；横缝垂直于路中线，与路中线斜交•构造假缝假缝＋传力杆传力杆施工结束或临时中断施工时需设施工缝。在横缝位置处：施工缝设成平缝＋传力杆在板中部位置时：施工缝设成企口缝＋拉杆缩缝施工缝纵缝处需要设拉杆，以防止纵缝因车辆震动而拉开。拉杆：螺旋钢筋，两端无需涂覆沥青，应保持与混凝土的握裹。纵缝形式：平缝＋拉杆；企口缝＋拉杆；假缝＋拉杆。贯穿板厚度的平缝，接缝应有一定宽度。设传力杆。P215图12-11。填缝板，填缝料。纵缝胀缝填缝料五、结构厚度和平面尺寸设计考虑动超载综合作用的疲劳应力为：式中，为应力传荷系数；为疲劳应力系数为动超载综合影响系数，见P208表12－8。为临界荷位处的应力，自由边纵缝边缘荷载最大应力荷载应力分析pcfjrpkkkjkfkckp计算式临界荷位可能在两个位置，一是轴载一侧作用于横缝边缘中部，一是单、双轴荷载作用于纵缝边缘。从绝对数值上说，荷载作用于纵缝边缘时的应力大于横缝边缘，但横缝边缘的荷载作用次数多。综合疲劳损耗，纵缝边缘的消耗更大，所以目前将临界荷位定在纵缝边缘。具体组合可参见表12－5，P205。P206中图12－6中的应力计算图即为临界荷位的应力图。考虑1）应力大小，2）荷载作用次数临界荷位根据优先尺寸板的有限元分析结果，按照P206图12－6诺谟图或P204式12－7计算。式中，P为轴重，h为板厚度，A、m、n为回归系数，见P152，表8－7荷载应力计算20hPAlnmp集料的嵌锁作用、传力杆的设置使得接缝具有传递荷载的作用，从而减小了板内的应力。定义：可以按照接缝两侧不同指标的比值定义接缝传荷能力。一是按照挠度比，一是按照应力比。按照挠度：按照应力：接缝传荷能力考虑%100*LU%100*2LUU%100*LUEeejjk关系和设计考虑在进行应力计算时，采用应力比的后一个表达式比较方便，但现场测试时，采用挠度比比较方便，所以需建立二者之间的关系，如式P207式12－15、12－16，设计时参照P208表12－7采用。（双轴）单轴）22115.0180.0991.0(125.0220.0996.0wwjwwjEEkEEk式（5－12）的疲劳方程形式为：为了方便，改写为如下形式：这里为低应力，指温度应力，此时即为荷载应力，即为强度储备。疲劳应力系数ffNRAlg)1(0422.0lglgmaxefNbalglglgminminmaxbetfpaNftbpNa10516.0efNkminminmaxpminf可以推得：为系数，与荷位、轴数有关。单轴荷载换算为标准荷载时，＝1；双轴荷载换算为标准荷载时，按照8-19计算。荷载疲劳应力计算轴载等效换算11bpeftNa20hPAlnmp161sibpspiisPPNN采用横向分布系数计算累计的断面最大荷载作用次数。注意，这里采用的是横向分布系数P155表8-8，与沥青路面的车道系数不同，应予注意。混凝土板模量：一般在20000－50000MPA中取值，见P209表12－9。计算地基模量：值得注意的是，混凝土板下的地基模量不能按照实测模量取值。由于板底变形很小，所以模量要大得多。应该按照实测模量或按照第四、第五章中方法确定得模量，乘以一个放大系数，即换算为计算回弹模量：累计轴载作用次数计算混凝土板和地基模量tsnEE8.0310718.1tcEhEn温度疲劳应力采用最大温度翘曲应力乘以等效温度疲劳折减系数得方法计算：等效温度疲劳折减系数，将交变的温度疲劳消耗转换成等效的折减系数，以保持其总疲劳消耗相同。见P156表8-10。解释参见P24图3－4。温度疲劳应力计算温度疲劳应力tmtrtktmtk在进行温度应力计算时，基础的模量因为温度作用时间长发生蠕变而变小，同样可按照下式计算：此时n=0.35详细的设计步骤见P211。主要为两个步骤，即拟定一个路面结构，然后按交通、温度等因素进行验算。采用的验算标准一般采用本章二（2）中的第二种标准，即地基模量确定tsnEE板厚度设计frtrp)03.195.0(