水泥混凝土路面设计参数文档格式.docx
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(3)水泥路面的设计标准
1结构承载能力
控制板不岀现断裂,要求荷载应力与温度应力的疲劳综合作用满足材料的设计抗拉强度,即:
2行驶舒适性
控制错台量,要求设置传力杆(基层及结构布置满足)
3稳定耐久性
控制唧泥与拱胀,要求基层水稳定性好,板与基层联结。
3、水泥路面结构设计的主要内容
(1)路面结构层组合设计;
(2)混凝土路面板厚度设计;
(3)混凝土面板的平面尺寸与接缝设计
(4)路肩设计;
(5)混凝土路面的钢筋配筋率设计
4、水泥路面的轴载换算与交通分级
(1)水泥路面的标准轴载及轴载换算
(2)水泥路面的交通等级划分及设计基准期
交通等级
特重
重
中等
轻
设计车道标准轴载累计作用次数(10,000)
>
20001
00-2000
3-100
<
3
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
30
20
目标可靠度(%)
95
90
85
80
目标可靠指标
1.64
1.28
1.04
0.84
变异水平等级
低
低冲
中
中-高
第二节水泥路面弹性地基板理论
1、小挠度弹性薄板假设
薄板:
板厚度h远小于板中面的最小边尺寸b(如b/8~b/5)的板称为薄板;
中面:
平分板厚度h的平面;
弹性曲面:
薄板弯曲时,中面所弯成的曲面;
挠度:
中面内各点在横向的(即垂直于中面方向的)位移;
小挠度弹性薄板:
当板弯曲时因具有相当的弯曲刚度,中间弹性曲面所产生的挠度远小于板厚度的弹性薄板即称为小挠度弹性薄板;
小挠度弹性薄板的基本假设:
研究弹性地基上无限大板时,以弹性薄板小挠度问题为力学模型描述板体,在弹性力学理论中,对此有以下三点假设:
(1)中面的法线上各点形变分量极其微小,可以忽略不计;
(2)中面的法线在板弯曲前后保持直线且垂直于中面,即:
Yzx=Yzy=0
(3)中面上各点无平行于中面的位移,即:
(U)z=0=(V)z=0=0
2、三点假设的结论
假设
(1):
垂直于中面方向形变分量极其微小,可以略去不计;
即:
中面的任意一根法线上,薄板全厚
度内的所有点均具有相同的挠度。
假设
(2):
垂直于中面的法线,在弯曲变形前后均保持直线,并垂直于中面,无横向剪切应变;
乩_8TV习讯
壬九「十曰r.即^_「
假设(3):
薄板中面内的各点都没有平行于中面的位移
3、板与地基接触的假设
(1)完全接触假设:
始终接触吻合,且可自由滑动(是在刚度差异大、板平面变形微小情况下的近似),
即接触面不脱空且剪应力视为零。
(2)没有摩擦假设:
板和地基之间没有摩擦,可以自由活动。
4、地基模型假定
(1)弹性半空间地基假定;
(2)文克勒地基假设。
5、弹性曲面的微分方程
(1)几何方程:
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—
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(2)物理方程:
(用挠度表示)
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1+戸:
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(3)平衡微分方程:
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(4)薄板截面上的弯矩、扭矩和剪力
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(1)
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(5)砼路面薄板的弹性曲面微分方程
LNPWg)=p(xty)-^xty)
写岀z方向的力的平衡方程,简化以后,略去微量,得到:
第三节水泥路面的应力分析
1、文克勒地基板荷载应力分析
(1)文克勒地基
以反应模量K表征的弹性地基,它假设地基上任一点的反力仅同该点的挠度成正比,而与其他点无关,即
地基相当于由互不相联系的弹簧组成,它因首先由捷克工程师文克勒提岀而得名,也称为K地基、弹簧地基。
(2)三个车轮荷位
相对刚度半径为:
卫飞12(—%
(3)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
(4)威斯特卡德早期应力计算公式
ippr
①板中荷位:
巧二11(1+见)迦习+0.2673)庐叫二丽
R<
0.5h时,用当量计算半径b
当荷载圆半径较小,与板厚相差不大时,板受力接近厚板,需修正,即:
代替R,2妒-06旳
②板边荷位:
号&
p/nj?
P
③板角荷位:
兀=3[1—(—严]卫;
町=2廊妙二屈;
叫之11—0丽宁)苗/hIKi
(5)威斯特卡德公式的试验修正公式
1角隅修正
威氏公式是理论推导得来的,与实际情况有岀入。
美国
1930年在阿灵顿进行了试验路,对公式进行了
修正
板体与地基紧密接触时,不修正,理论值近似于实测值;
板底脱空时,实测比计算大30%〜50%需修正,Kelly提出板角修正式:
/k
2板边修正
板与地基保持接触时,不修正;
而与地基脱空时,Kelly修正式:
2.阳+0叫)喫+品侖序
3板中修正
实测板中应力小于理论值,说明地基不完全符合文克勒地基的假定;
4应力表达通式
2、弹性半空间体地基板的荷载应力分析
(1)弹性半空间地基
是以弹性模量和泊松比表征的弹性地基,假设地基为一各向同性的弹性半无限体,在荷载作用下其顶面上任一点的挠度不仅同该点的压力有关,也同其它各点的压力有关。
曲卜宅Qj抢肌(歹应
%0
(2)弹性半空间地基上薄板的理论解
1轴对称条件下的径向、切向弯矩表达式:
2荷载在板中时,圆形均布荷载下,板在单位宽度内产生的最大弯矩:
3荷载圆离计算点一定距离时,可将其视为作用在圆心的集中力,其弯矩解:
(3)多轮荷载作用下板的应力计算
(4)弹性半空间地基有限尺寸板
1弹性半空间地基有限尺寸板,荷载作用在板边、板角时(上述计算荷载在板中,且认为板尺寸远大于荷载尺寸);
2弹性地基上有限尺寸板的解答;
3规范中设计方法给出的计算诺模图采用了有限元计算方法,有限元计算方法是一种数值方法。
3、水泥路面板的荷载应力有限元分析
(1)水泥混凝土路面荷载应力的有限元分析特点
1可以按板块的实际大小求解有限尺寸板,从而消除无限大半的假设所带来的误差
2可以考虑各种荷载状况(包括荷载组合和荷载位置);
3可以考虑板的实际边界条件,如接缝的传荷能力、板和地基的脱空。
4可以得到整个板体的应力和位移场,从而全面了解板的受力。
(2)水泥混凝土路面荷载应力的有限元分析结果
4、弹性地基双层板的荷载应力分析
(1)上下层完全分离
(2)上下层完全结合
5、水泥混凝土路面的温度应力分析
(1)胀缩应力:
温度均匀变化时产生
(2)无限大板的翘曲应力
板内任一点在温差影响下的应变:
板纵向边缘中部或窄长板,ex=0,by=0,因此:
(3)有限尺寸板的翘曲应力
当气温变化较快时,由于混凝土板导热性能差,在板内产生温度差,当气温升高时板中部有隆起趋势,当气温降低时板边缘和角隅有翘起趋势。
由于板的自重、地基反力和相邻板的约束作用,使部分翘曲变形受阻,从而使板内产生应力,这种应力即称为水泥混凝土板的翘曲应力。
2)板与地
威斯特卡德对文克勒地基的作进一步假定来计算温度应力:
1)温度沿板断面呈线性变化;
基始终保持接触;
3)不计板自重。
(4)温度线性分布时翘曲应力
温度沿板断面呈线性变化:
板边中点:
~2~
弹性半空间体地基时:
"
一
2coscoshA
sin2/l+sinh2A
(igJl+thX)
,计算:
时,
込——^=-
•:
芒;
计算一•时,
(5)温度非线性分布时翘曲应力计算
对于较厚的板,采用温度沿板断面呈直线分布的假设,即按板顶和板底的温度差确定的温度梯度计算的温
度翘曲应力,会得到偏大的温度翘曲应力值。
为此,应考虑由于温度的非线性分布而引起的内应力。
我国规范的
温度应力计算:
第四节路面结构的可靠度
1、结构的极限状态
此特定状态称为该功能
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,
的极限状态
2、结构的极限状态分类
(1)承载力极限状态:
结构或结构构件达到最大承载力,岀现疲劳破坏或不适于继续承载的变形。
(2)正常使用极限状态:
结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
3、结构可靠性的含义
成预定功能的能力。
其功能要求为:
(1)安全性;
(2)适用性;
(3)耐久性。
当结构或构件超过承载能力极限状态,就可能产生以下后果:
(1)由于材料强度不够而破坏,或因疲劳
而破坏;
(2)产生过大的塑性变形而不能继续承载,结构或构件丧失稳定;
(3)结构转变为机动体系。
超过这
一极限状态,结构或其构件就不能满足其预定的安全性要求。
结构的功能要求:
(1)安全性:
结构应能承受在正常施工和正常使用的情况下可能岀现的各种作用,在设计规定的偶然事件
发生时及发生后,结构仍能保持必需的整体稳定性,不致发生倒塌。
(2)适用性:
结构在正常使用期间应具有良好的工作性能。
如,不发生过大变形、振幅、过宽裂缝等,以免影响正常使用。
(3)耐久性:
结构在正常使用和正常维护条件下应具有足够的耐久性能,以保证结构能够正常使用到预定
的设计使用期限。
4、正态分布概率密度曲线有三个数字特征
(1)平均值
(2)标准差
(3)变异系数
(4)正态分布的概念
①正态分布的概率密度函数:
竹)=叭心=血晁严
②a越大,曲线越扁平,随机变量分布越分散。
5、结构上的“作用”
(1)直接作用:
是指直接以力的不同集结形式(集中力或均布力)施加在结构上的
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- 水泥 混凝土 路面 设计 参数