211大学道路课件 8.docx
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211大学道路课件8
(9-11)
(9-12)
(9-13)
(9-14)
(9-15)
(9-16)
式中Et—基层顶面的当量回弹模量,MPa;
E0—路床顶面的当量回弹模量,MPa;
Ex—基层和底基层或垫层的当量回弹模量,MPa;
E1、E2—基层和底基层或垫层的回弹模量,MPa;
hx—基层和底基层或垫层的当量厚度,m;
Dx—基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度,MN-m;
h1、h2—基层和底基层或垫层的厚度,m;
a、b—与Ex/E0有关的回归系数。
当底基层和垫层同时存在时,先按(9-12)(9-14)式将底基层和垫层换算成具有当量回弹模量和当量厚度的单层,然后在与基层一起按上述各式计算基层顶面当量回弹模量。
无底基层和垫层时,相应层的厚度和回弹模量分别以零值带入上述各式计算。
2)旧沥青路面上铺筑水泥混凝土面层时,原路面顶面当量回弹模量Et(MPa)
(9-17)
式中l0—标准车(后轴重100KN)测得原路面回弹弯沉的计算值,0.01mm。
3)路床顶面回弹模量、垫层、基层回弹模量
路床顶面回弹模量、垫层、基层回弹模量确定方法与沥青路面设计确定方法基本相同。
9.5.4板厚和板平面尺寸计算
1)初估板厚和板平面尺寸
板厚按表9-14估算确定。
表9-14水泥混凝土面层厚度参考值
交通等级
特重
重
公路等级
高速
一级
二级
高速
一级
二级
变异水平等级
低
中
低
中
低
中
低
中
面层厚度
³260
³250
³240
270~240
260~230
250~220
交通等级
中等
轻
公路等级
二级
三、四级
三、四级
三、四级
变异水平等级
高
中
高
中
高
中
面层厚度
240~220
230~200
220~200
£230
£220
板平面尺寸用板长L和板宽B表示,通常:
普通混凝土面层:
板长L=4~6m,L/B1.30,LB25m2;
碾压混凝土或钢纤维混凝土:
板长L=6~10m;
钢筋混凝土:
板长L=6~15m。
2)计算荷载疲劳应力
荷载疲劳应力按式(9-2)计算。
3)计算温度疲劳应力
温度疲劳应力按式(9-7)计算。
4)验算
根据初估水泥混凝土板厚计算出荷载疲劳应力和温度疲劳应力,两者迭加后应满足(9-1)式要求:
否则改变板厚重算。
9.5.5水泥混凝土路面结构设计例题
徐州至连云港拟建一级公路,经调查该路初期交通量及组成见表,预计交通量的年增长率为5%。
路线K20~K22段地基为粘土和砂粘土,地下水位为1.5~3m,路基高度为0.7~1.0m,徐州地区地表最大冻结深度为60~80cm。
该公路拟采用水泥混凝土路面,试设计该段路面结构。
交通量及组成
车型
黄河
JN-150
解放
CA-10B
东风
EQ-140
上海
SH-161
跃进
NJ-130
小汽车
辆/日
2000
1500
1300
800
1200
1000
解:
1)轴载换算和交通分析
轴载换算按:
单轴—双轮组i=1;
单轴—单轮i=2.22103Pi-0.43;
双轴—双轮组i=1.0710-5Pi-0.22
标准交通荷载作用次数计算表
车型
PI(kN)
di
di(Pi/100)16
Ni(n/d)
Ns(n/d)
黄河
JN-150
后轴
101.60
1
1.289
2000
2578
前轴
49.00
416.46
4.6´10-3
2000
9.2
解放
CA-10B
后轴
60.00
1
2.821´10-4
1500
0.42
前轴
20.25
1
0
1500
0
东风
EQ-140
后轴
69.30
1
2.830´10-3
1300
3.68
前轴
22.70
579.8
0
1300
0
上海
SH-161
后轴
2´110.00
3.266´10-6
0.9835
800
786.8
前轴
60.00
2765.3
0.78
800
624
跃进
NJ-130
后轴
38.30
463.0
0
1200
0
Ns=4002.1(n/d)
该公路为一级公路,公路设计基准期为t=30年,=0.2。
Ne=365Ns[(1+)t-1]/
=3654002.10.2[(1+0.05)30-1]/0.05=1940.98104(n)
该公路交通等级为重交通。
2)初拟路面结构
查表初估混凝土路面板厚h=26cm,基层选用二灰结碎石、厚20cm、E1=1500MPa,垫层选用天然砂砾、厚20cm、E2=150MPa。
混凝土路面板平面尺寸BL=3.755.0m。
纵缝为设拉杆的平缝,横缝为设传力杆的缩缝(假缝)。
3)混凝土路面板、路基、地基模量值确定
(1)混凝土路面板模量Ec和弯拉强度标准值fr
查表得Ec=31103MPa、fr=5.0MPa
(2)路基回弹模量E0
徐州地区自然区划为II5a。
地下水位相对高度H=1.5+(0.7~1)-0.66=1.61~1.94m,查表得:
H1=2.1~2.5m、H2=1.6~2.0m,H1>H>H2。
路基为中湿路基。
查表得路基稠度:
wc=1.025。
查表得路基回弹模量:
E0=40MPa。
(3)基层当量回弹模量Et
(MPa)
(m)
(MPa)
4)荷载疲劳应力pr
水泥混凝土板产生荷载疲劳应力pr为:
pr=krkfkcps
式中ps—标准交通荷载Ps作用于临界荷位产生荷载应力,
(m),
(MPa);
kr—应力折减系数,取kr=0.87;
kf--疲劳应力系数,kf=Ne0.057=(1940.98104)0.057=2.60;
kc—综合系数,一级公路,查表得kc=1.25。
pr=0.872.601.250.98=2.77(MPa)
5)温度疲劳应力tr
tr=kttm
式中tm—最大温度梯度时砼板温度应力,
c—混凝土线膨胀系数1/0C,c=110-5/0C;
Tg—板最大温度梯度0C/m,Tg=86(0C/m);
Bx综合翘曲温度应力和内力作用的温度应力系数,
l/r=5/0.775=6.45查图得Bx=0.57;
(MPa);
kt—温度疲劳应力系数,
tr=0.50881.97=1.00MPa
6)检验初拟板厚
(MPa)
板厚h=26cm可以承受荷载应力和温度应力的作用。
7)验算防冻层
路面结构总厚度H=26+20+20=66cm
查表知中湿路面地表冻结深度60~80cm时,粘性土土基,路面最小防冻层厚度为30~50cm。
H=68cm>30~50cm,路面防冻满足要求。
9.6接缝和配筋设计
9.6.1接缝设计
水泥混凝土板由于温度变化,板会出现胀缩和翘曲,必须设置接缝,同时为了方便施工也必须设置接缝。
接缝是水泥混凝土板的薄弱部分,易产生接缝破坏(挤碎、错台、拱起),接缝设计的目的是防止接缝破坏。
1)接缝的种类和构造
(1)纵缝
纵缝是沿行车道平行道路中线设置的接缝,有纵向施工缝和纵向缩缝两种,见图9-11。
为提高纵缝的传荷能力,施工缝可做成企口缝。
纵缝中设置拉杆,其作用是防止板沿纵缝分离。
图9-11纵缝构造
a)纵向施工缝;b)纵向缩缝
(2)横缝
横缝是垂直于纵缝设置的接缝,有横向缩缝和横向施工缝两种。
横向缩缝采用假缝形式,在特重交通的公路上,应在横缝处混凝土板中央设置传力杆以提高横缝的传荷能力,见图9-12。
横缝宽度为5~8cm。
图9-12-1横向施工缝构造
a)设传力杆平缝型;b)设拉杆企口缝型
图9-12-2横向缩缝构造
a)设传力杆假缝型;b)不设传力杆假缝型
(3)胀缝
在桥梁、建筑物、柔性路面相接处、混凝土板厚度变化处、小半径平曲线处、凹曲线纵坡变换处均应设置胀缝,其他地方应尽量不设胀缝。
胀缝采用滑动传力杆,见图9-13-1,在建筑物或其他无法设置传力杆处采用设置边缘钢筋或厚边板,见图9-13-2。
胀缝宽度2.0~2.5cm。
图9-13-1设传力杆胀缝构造
图9-13-2不设传力杆胀缝构造
2)拉杆和传力杆
(1)拉杆
拉杆是设在纵缝板厚中央的螺纹钢筋,目的是防止板块横向位移。
拉杆的设计参数:
拉杆直径d、拉杆长度l、拉杆间距S,见表9-15。
表9-15拉杆直径d、拉杆长度l、拉杆间距S(dlS)(mm)
面层厚度(mm)
到自由边或未设拉杆纵缝的距离(m)
3.00
3.50
3.75
4.50
6.00
7.50
200~250
14´700´900
14´700´800
14´700´700
14´700´600
14´700´500
14´700´400
260~300
16´800´900
16´800´800
16´800´700
16´800´600
16´800´500
16´800´400
(2)传力杆
传力杆的作用是将行车荷载作用在板一边时,将部分荷载传到另一块板上,减少板内应力。
传力杆采用光圆钢筋,其长度一般+5mm涂沥青或加塑料管,胀缝处涂沥青端加套,内留3mm间隙并充填纱头。
目的是使杆可以伸缩。
传力杆的设计参数:
传力杆直径d、长度l、间距S,见表9-16。
表9-16传力杆尺寸和间距(mm)
面层厚度(mm)
传力杆直径
传力杆最小长度
传力杆最大间距
220
28
400
300
240
30
400
300
260
32
450
300
280
35
450
300
300
38
500
300
9.6.2配筋设计
混凝土路面板边缘和角隅是薄弱处,易在行车荷载作用下用力大而产生断裂,可在混凝土板纵横自由边缘设计强钢筋,角隅处加设发针形钢筋或钢筋网补强。
1)板边补强钢筋
边缘钢筋根据经验法确定选2根φ1216mm螺纹钢,布置在板的一边,距板底为1/4板厚,并不小于50mm,间距为100mm,钢筋两端弯起,保护层不小于50mm,见图9-14。
图9-14边缘钢筋布置
2)角隅补强钢筋
角隅部分补强一般选用2根φ1216螺纹钢,布置在板的上部距板顶>50mm,板边=100mm,见图9-11。
板呈锐角时可采用双层钢筋网补强。
钢筋选φ6mm,布置在边上下部距边顶底为50100mm,钢筋及网长度>120cm,见图9-15。
图9-15角隅钢筋布置
9.6.3接缝材料
1)接缝板
胀缝处设接缝板,采用软木板,泡沫橡胶板,泡沫树脂板。
2)填缝料
填缝料按施工温度分加热施工式和常温施工式两种。
加热施工填缝料有:
沥青橡胶类,聚氯乙烯胶泥类,沥青马蹄脂类。
常温施工填缝料有:
聚氨脂焦油类,氯丁橡胶类,乳化沥青橡胶类。
其中加热填缝料中高弹性型用在高等级路面和高速公路混凝土路面的接缝,其他公路用低弹性型。
按针入度,弹性,流动度,拉伸量分为低弹性型和高弹性型。
表9-16填缝料性能参数
试验项目
低弹性型
高弹性型
针入度mm
<5
<9
弹性(复原率%)
>30
>60
流动度(mm)
<5
<2
拉伸量(mm)
>5
>15
9.6.4水泥混凝土路面与其他结构物相接处的处理
水泥混凝土路面与其他结构物相联处,要采取技术措施进行处理,否则会引起破坏,影响道路使用品质,现介绍几种常见类型。
1)水泥混凝土路面与沥青路面相接
由于两种路面变形相差大,易出现错台,拱起等破坏现象,因此在相接处采取合理的技术措施进行处理。
采用办法是在沥青路面面层下设混凝土过渡板,长度>3m,混凝土过渡板厚度不小于200mm,过渡板与混凝土板相接处的接缝内设置直径25mm、长700mm、间距400mm的拉杆,如图9-16所示。
其他路采用平接缝,也可采用预制块,石块过渡。
图9-16混凝土路面与沥青路面相接段的构造布置
2)水泥混凝土路面同桥梁相接
水泥混凝土路面板与桥梁相接的技术采用设置钢筋混凝土搭板,渐变板和设置胀缝解决。
搭板和渐变板长度不小于5m。
路与桥斜交时渐变板数量由夹角决定,>70一块,7045二块,<45三块。
在斜边角隅处角隅补强钢筋。
见图9-17。
图9-17水泥混凝土路面板与桥梁相接的处理
3)构造物横穿公路
涵管等构造物,在穿过公路时,公路在构造物穿过处及两侧适当范围(>4m)处设置补强钢筋网,分单层和双层钢筋网,见图9-17。
图9-17-1圆形管状构造物横穿公路处的面层配筋(L<1200mm)
图9-17-2箱形构造物横穿公路处的面层配筋(L<400mm)
图9-17-3箱形构造物横穿公路处的面层配筋(L=4001200mm)
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