文档介绍：水泥路面结构设计
凌天清
重庆交通大学
2009-11-14
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
病害引出设计指标——弯拉应力
断板、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。
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
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
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(弹性力学经典三方程)
2、简化:力学特点假定具体公式
3、结果:
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Westergaard解
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。
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
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。