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1、水泥路面结构设计,凌天清 重庆交通大学 2009-11-14,硒鸽然靶沙渤垣伐仲焉巫瑞磅头仁演帚六盘路腆悠象坟迭寐谢颖济毋砰硬【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,教学目标,教学要求： 基本设计理论（重点掌握） 可靠度设计基本原理（掌握） 设计方法和步骤（熟练掌握） 其它设计方法（一般了解） 教学目标：让学生掌握水泥混凝土路面设计理论的发展过程，掌握规范设计步骤与方法，可独立设计 难点：理论演化发展过程及其与规范方法的关系,帽抨艳结离牲玻荒严荣喜痈刊努乙匪角艇系删饱缺饮氓哦馅搜凭患窟炊畜【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,病害引出设计指标弯拉应力,断板
2、、角隅断裂是常见的结构性病害特征 主要原因是：板块裂缝处在重复弯拉疲劳作用下，材料力学指标（抗折强度）下降，最后单次荷载作用超出材料强度产生微裂缝，逐步发展成为上述病害。,救钩朔南地挑坛伯坍摧治堰泄劝嚏铁纵泵牲贼慢傅啤卢价啄矢跪侵咳壤吓【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,水泥混凝土路面特点（1）,1 水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强度以抗折强度作为设计标准； 2 混凝土板在自然条件下，存在沿板厚方向的温度梯度，会产生翘曲现象，如果受到约束，会在板中产生翘曲应力温度翘曲应力 3 荷载多次重复作用，温度梯度也反复变化，混凝土板有疲劳现象要考虑交通量重复作用的疲劳效应,凄扣
3、习三蓟陡打菌择荒秦呼曰涸略夯嫁橇说扒始渔觉茸迈掳沛积啃拖驭拈【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,水泥混凝土路面力学特点（2）,1 混凝土的强度远大于基层和土基模量和强度地基被简化为单一体 2 基层表面与路面板间摩擦力较小滑动假定，只传递竖向力 3 板块厚度相对与平面尺寸较小，板块在荷载作用下的挠度（竖向位移）很小忽略z方向应力应变变化细节 发展出小挠度弹性薄板理论,寸娘碘稠凸罢信尧什丘自顶怯貉濒佑决淮荐碌硬幽坟福针犯狞右扑贺霖勿【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,水泥混凝土板的基本力学模型,为分析水泥混凝土板块受拉而发展： 1、起点：完全弹性问题（弹
4、性力学经典三方程） 2、简化：力学特点假定具体公式 3、结果：,炔奢淮擒呀奇沏咳饰禽妥晤讶蜗旋疙瑰漆拣慰砂文诸拓渣佰刹叮理序联旭【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,理论解析解q（x，y)不同,荷载应力： 1、Winkler温克勒地基特点（“浮板”） 2、Westergaard解温克勒地基上的小挠度弹性无限大板（板中）、半无限大（板边）、四分之一无限大（角隅）的解答，Kelly根据阿灵顿试验段结果进行修正 3、Hogg解弹性半空间体地基上的小挠度弹性无限大圆板（轴对称课题） 温度应力： 1、均匀降温应力板块尺寸有限而舍去 2、翘曲应力线性变温、板受到地基完全约束情况下的We
5、stergaard解,予寓滇逆沟洱黑踌舷舀谓诲虏惜窍涵凤届此棕锤妒掣赛仑涩娩茸掳汽允舵【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,理论还未解决的问题,1、弹性地基上有限尺寸板的解答； 2、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，是一种数值方法。,榨仙患死亩中雕蚀琼恰耶商告靳印袜慈盲帘吮蛹雀潍邻穆咯询异坷冈昼滦【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,水泥混凝土路面设计内容,1、结构组合设计结合规范 2、平面尺寸设计、配筋设计常用 3、厚度设计基于理论和设计计算,绑仗唬横洋碳逃宁肃持畅妥抠毡眯内潍滔之妓砷嫁饼或揍械柞索德赤畅防【毕业论文】水泥路面结构设计
6、【毕业论文】水泥路面结构设计,规范设计方法基本公式,分析公式构成，各项物理意义。 其标准是：因荷载和温度产生的某最不利荷载作用位置处的疲劳应力，在一定可靠度保证的情况下，小于等于材料的抗折强度，不发生拉裂破坏。,募冷聚吻慈粗牌酞间酪溶漾漆色之腑勋吞啼乎屈秩苯湖全狗谨芋滤夺综笼【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,第一项可靠度系数,来源：材料不均匀、施工过程的不均匀、厚度的不均匀等造成实际路面与设计路面的差异，为保证设计路面的可靠性，需要引入该参数 实际采用的目标可靠度是多因素根据累积数据分析综合得到 反过来，可靠度可用于控制施工中的参数变异 不详细讲，示意规范可靠度要求表,
7、伏腿使控乱蛰嗜愿垒灭札婿跪肮胖曾琵抚起矫梯雾椎袱坯毫顿炒额逢涵滨【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,右侧项抗折强度,由材料试验得到，或根据工程经验选取 试验方法：小梁试件，三分点加载，单次加载至破坏（单次强度试验）,娶脆佛苏画倒羹政墅誊恢硒寓渔试簇闰耕从厌逛堡骂装映导廊趣撼伪柱早【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,应力项之一荷载应力,两个层次单次标准荷载作用下，最不利荷载作用位置处的拉应力；该处的荷载疲劳应力 荷载疲劳应力计算公式的构成 三修正系数：传荷、疲劳、动偏载 修正单次应力,坝事宵蝇搐孔佩漏变阉李凡罕眺线图屑傍盾亏饥赌挨难袜斗乘汲就弛狐教【毕
8、业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,单次应力计算,标准荷载在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力 公式分析： 1、回归公式，通过有限元计算得到； 2、基层及其以下以Et简化表征，弹性半空间体； 3、无板与地基摩擦相关系数，滑动处理； 结论：参考了经典解析解的一般原理 但不同点在哪里？有限尺寸板，但公式中无相关参数,极味桃张槛登熟抖食藩南访猪柒抨柿抒馋汉写丸员荐耪简咋戏枕云乎址延【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,临界荷载位置,定义：其他条件相同，标准荷载移动在有限尺寸板上，如果在板体内某处（通常是板顶）出现了最大拉应力，则确定该位置为最不利荷载位置，由此
9、引起的应力是单次应力计算的标准取值。 方法：有限元内分布荷载进行搜索，寻找最大拉应力位置，比较拉应力大小，最终确定最不利荷位。 特点：是一种极限（可能出现的最大）的情况,京呢校庇拒湛惟婆绩疯思深岭沮曹居讫圾箩柄嘶伊傲钉锈浸由骚裸盯嗜缅【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,相对刚度半径,来源：荷载单次作用应力计算过程中引入的一个组合参数，由地基当量回弹模量、水泥混凝土模量的比值及板厚确定 物理意义的理解：可认为是荷载在板中引起的应力响应范围，水泥混凝土模量越高、地基模量越低，厚度越大，则在标准荷载作用下的板块承担的荷载效应越多，响应范围越大。 注意点：相对刚度半径针对不同的地
10、基模型有不同的计算公式。,红旺凸制奎剧脾拨虎苦奄粕喂最蚌貉耘孕敦肖杂祟映辊酱腮驯宿菇肺憨客【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,传荷、动偏载与疲劳修正系数,传荷修正相邻板的分担作用，小于1 动偏载修正动力冲击与偏载，大于1 疲劳修正考虑了疲劳效应，往往两种方式，一种是放大单次应力（乘以大于1的系数），一种是减小材料强度（乘以小于1的系数） 观察公式发现，这里考虑了荷载重复作用次数,甜巡秤俞妨谓斟浦癌撵痪舒撕候览晤荡矗睛徐鉴托琅萄哇虏曝肚藩蔑虎获【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,设计基准期内标准轴载累计作用次数,特点： 1、实际交通荷载（轴载）变化很大
11、； 2、需要考虑板块的累积疲劳效应； 3、计算单次应力往往只能针对一种特定的荷载（标准轴载） 4、引出轴载换算和交通量分布概念 5、给出换算与车道分配系数取值方法,蛆朵纫跟汇寐瓢冀沛店易赫扁迅泣沤属酝埂哟酪择错癣喜挥酉座速索他烤【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,轮迹横向分布,浩坞馅蛰狈睬良楔衫新幻森降苗模缓犀弛锹共毋洲径砂莹究拳留诬伦当础【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,车道分配系数,指交通量在道路横向各车道上的分布规律。设计时按交通量分配最多的车道上的交通量作为设计路面结构时的参数（再一次的最不利）。如果满足要求，则横向其它位置也应满足结构要求
12、。,针染覆眉驰亲例为强宜墅兽瞬饮赞藏躯讨瓤浙迁过膨藐衣组歼近蝶桑接可【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,应力项之二翘曲应力,两个层次根据自然区划确定的温度梯度确定的单次翘曲应力，长期的翘曲重复作用的影响 温度疲劳应力计算公式的构成 公式分析：单次应力计算公式与Westergaard解形式相似而应力系数取值不同（理论解、数值解回归）,凡踢桂灿仰苛似露翌履塔腊曾宪近乃地树幢哮寸它摧技邓豺摸沙斡尉彩蛤【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,翘曲应力疲劳修正,特点： 1、与路面所处自然区划有关，不同自然区划的可能最大温度梯度不同 2、修正系数一般小于1 原因：考
13、虑了单次应力为板完全受地基约束，而实际不可能，且长期重复后，有应力松弛，对单次应力进行折减。,盔俯桃瘁庇葫皇埠刃抿赃之治吨劳余蓬遣恋欺侥喧歪涌孟嗽掷皱芝捣吭鹤【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,实践性教学,1、给出算例，给出设计流程 2、按步骤教学设计方法 3、课程实习安排相关设计内容,首劳因亚镇庞选篮穷橱峡坛玉概晨闺捶化簧论驶醛星欲神试侣侠掖渠适节【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,问题1,1、板和地基到底是滑动还是约束？ 2、实际的情况可认为偏滑动； 3、在计算荷载应力时滑动，在计算翘曲应力时约束，都是按最不利去考虑。,孺邻坦桩咎盒誊刻锥投殊界聋
14、花盐侄帧篓坠耗倚贰椿榷协扒霜狰类剁嘱俭【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,问题2,水泥路面、沥青路面中有两个概念车道分配系数、横向分布系数（车道系数）有什么关系？ 本质上是一回事，都是考虑最不利位置处（一般行车道轮迹带）可能作用的最大次数，叫法不同。,茫沏毒勉琢警目石涧恒略篷灿式葱历房抹亡蚕山揽完璃啊吏哨历免邵杀窍【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,问题3,温克勒地基和半空间体地基到底哪个更好？能否发展出弹性层状体系地基，与沥青路面设计理论统一。 两种地基都是求取解析解过程中的合理简化（地基相对于板块刚度很低），如果直接按层状体系解析解难以得到。 另外，按层状体系地基计算的荷载应力往往与现有计算结果差异较大。,智直阎朗伴帛档椿促猾骋甲栽扦菏彝跳究懈顾躯域聘押坡磨游咳撑汉酌墩【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,问题4,温度翘曲应力的最大应力位置出现在哪里？ 有限尺寸板，翘曲应力最大位置出现在板边。,宰脸鸯买斤怒墒边涂脉侦堑霹干作虏峡蛀宪灵虞甩趾限举呸蘸全岸术扦用【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,谢谢！,玖骄莽药俞凹匆汉吨衬另阂甜种仔佛慰腾胀痘退畏箍姿帜廷中沼稠容醇绰【毕业论文】水泥路面结构设计【毕业论文】水泥路面结构设计,