第十二章公路水泥混凝土路面设计方法.ppt

第十二章 公路水泥混凝土路面设计方法 第一节 水泥混凝土路面损坏的极限状态及设计原则 第二节 水泥混凝土路面平面及接缝设计 第三节 美国水泥混凝土路面设计方法 第四节 我国水泥混凝土路面设计方法 第一节 水泥混凝土路面损坏的极限状态及设计原则 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有：断裂、唧泥、错台、拱起和接缝挤碎。 考虑到混凝土面板的疲劳断裂是水泥混凝土路面损坏的主要模式，所以把疲劳开裂作为确定混凝土板厚时考虑的临界损坏状态。在设计混凝土板时，以混凝土材料的弯拉强度作为其设计技术指标。 在考虑可靠度因素因素影响情况下不超过混凝土的抗折强度，如下式所示： 以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，混凝土板不产生极 限断裂为验算标准，如下式所示： 第二节 水泥混凝土路面平面及接缝设计 设置原因：由于大气温度周期性的变化，致使水泥混凝土路面产生各种形式的温度变形。由年温差引起的温度变形周期较长，温度变化缓慢，因此路面板的胀缩在厚度范围内呈均匀分布，这种变形一旦受到约束，将转变为温度内应力，若内应力超出容许范围，路面板即产生裂缝或被挤碎。在冬季和夏季，日温差较大，由于日温差变化周期短，在路面板厚度范围内呈现不均匀分布，造成上下底面的温度坡差，这种坡差将促使面板向上或向下翘曲。以纵向与横向接缝将路面板分割成规则的性质，对于消除温度内应力，保持路面整齐的外观是有效的措施。 一 按均匀收缩应力控制缩缝间距 按照均匀收缩变形受到地基摩擦阻力约束所产生的应力不超过混凝土容许拉应力的原则确定缩缝间距，是最基本的方法之一，计算公式如下： 二 按翘曲应力控制缩缝间距 路面板在日温差影响之下产生的翘曲变形受到阻止时，引起的翘曲应力超过混凝土路面的弯拉强度，路面板将断裂成平面尺寸较小的板块，因此缩缝间距L必须保证路面板在当地最大日温差影响下产生的翘曲应力与荷载应力的共同作用小于容许范围。通过验算后，缩缝间距一般为4~6m。 三 钢筋混凝土路面的缩缝间距 缩缝间距L可以按下式计算： 四 机场混凝土道面的缩缝间距 由于机场跑道与滑行道的宽度远大于道路路面的宽度，所以在机场道面设置缩缝时，要同时考虑纵向与横向的接缝设置。在机场设计中称为平面分仓。机场道面板块一般可采用正方形，取厚度的20~25倍作为边长。 五 胀缝的间距与胀缝宽度 冬季施工季节施工时，胀缝一般每100~150m设置一道；夏季施工时，如板厚大于等于20cm，可不设胀缝，其它情况施工时一般每100~200m设置一道。 六 纵缝间距与平面布置 纵缝的布置形式很多,归结起来,可分为:(1)垂直纵缝；(2)错缝；(3)斜缝。由于施工方法不同，国外目前有采用双车道全宽混凝土摊铺机，则纵缝可以采用锯缝方法设置；如果在一个车道宽度内铺筑路面，则纵缝多设置上下贯穿的真缝，并加设拉杆。道路混凝土路面在交叉口广场或弯道上的布置应尽量不用锐角 七 传力杆系的布置与荷载分配 在接缝端部的横断面上，布置一组传力杆，形成一个体系，共同承担着由邻板传来的荷载。在车轮荷载作用下，体系内各个传力杆承担的荷载是不同的，直接在车轮下的传力杆承受的荷载最大，远离车轮的传力杆承受的荷载逐渐减少。弗雷伯格根据威斯特卡德提出的理论分析，在角隅荷载作用下，最大负弯矩发生在离开角隅1.8l处，因此，认为传力杆的受力有效范围为1.8l。 传力杆承受的荷载应该等于邻板传递过来的一部分车轮荷载。假设传力杆的效率达到100%，则最大的传递荷载为车轮重量的50%，也就是相邻两块路面板各承担一半轮重。 传力杆的直径、长度与间隔距离与路面厚度及荷载等级有关，一般可以根据规定选用，然后验算各项应力是否符合规定。我国《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011)建议按下表选用。 八 水泥混凝土路面接缝的传荷能力 定义：混凝土路面板接缝所具有的，将车轮荷载由接缝一侧直接承受的板块向接缝另一侧非直接承受荷载的板块进行传递的能力，称为接缝的传荷能力。表征传荷能力的指标是接缝两侧所承受的荷载之比值，即： P1与P2之和为车轮施加于路面板接缝位置的外力总荷载P。根据接缝传荷能力的不同，可分为三种情况。 ①接缝完全不具备传荷能力 ②接缝具有最佳的传荷能力 ③接缝具有一定的传荷能力，但是达不到最佳状况 间接指标： ①以挠度比值作为评定接缝传荷能力的指标。 当车轮P作用与缝边，直接承重板承受的荷载为P1，板边产生的挠度为ω1；非直接承重板承受了由接缝传过来的荷载P2，板边产生的挠度ω2，传荷系数为： ②以路面板边缘最大应变比值作为评定指标 当车轮作用于缝边，直接承重板承受的荷载为P1，板边产生最大应变为ε1，非直接承重板承受由接缝传过来的P2，板边产生最大应变ε2，传荷系数为：