1第十六章水泥混凝土路面设计2目录第一节概述第二节弹性地基板体系理论概述第三节水泥混凝土路面荷载应力分析第四节水泥混凝土路面温度应力分析第五节水泥混凝土路面板厚设计方法第六节水泥混凝土路面加铺层设计3一、水泥混凝土路面的力学特性水泥混凝土路面的特点：（从力学角度）面层弹性模量及强度高//基层和土基的相应模量和强度低；荷载扩散能力强，挠度小→外荷作用→处于弹性状态；抗弯拉强度//抗压强度高→车轮荷载→过大拉应力导致疲劳破坏砼板与基层/土基之间摩阻力一般不大→弹性地基板理论；存在温度翘曲应力→尺寸越大，翘曲应力越大→限制板尺寸不均匀的基础变形→混凝土板脱空→弯拉应力过大→土基与基层的变形对面板受力影响大//砼为脆性材料，断裂拉伸变形小；结论：为使路面能够经受车轮荷载的多次重复作用、抵抗温度翘曲应力、并对地基变形有较强的适应能力，混凝土板必须具有足够的抗弯拉强度和厚度。4二、水泥混凝土路面的损坏模式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主要有：断裂类、变形类、接缝损坏类、表层损坏类5三、破坏状态1、断裂：板内应力超过砼强度，砼路面结构破坏的临界状态产生原因：2、唧泥：车辆行经接缝时，由缝内喷射出稀泥浆的现象，原因ìïïïïïïíïïïïïïî不均匀沉降平面尺寸过大荷载过大（超载）湿度应力过大ìïïïïíïïïïî接缝填封不佳基层细料含量多基层强度低63、错台：两侧（接缝或裂缝）面层板端部出现的高程差产生原因：唧泥4、接缝碎裂：临近横向和纵向接缝输十厘米范围内，板边缘砼的开裂，断裂或成碎块，碎屑。产生原因：5、拱起：温度升高，砼面板在热膨胀受到约束时，横缝两侧数块板块突然出现向上拱起的屈曲失稳现象，并出现板块横向断裂。产生原因：ìïïïïíïïïïî胀缝内滑动传力杆排列不正滑动传力杆不能滑动缝内灌入硬物ìïïíïïî胀缝设置不对缝内落入硬物7四、设计标准弹性地基板，纵缝边缘中部在重复荷载（车辆荷载及温度翘曲应力）的反复作用下，路面板的破坏应力要比极限弯拉强度小，即产生疲劳破坏。r()MpaMparprtrrrprtrffgssgss+£——可靠度系数——行车荷载疲劳应力——温度梯度疲劳应力——水泥混凝土弯拉强度指标8五.水泥砼路面设计结构内容1．路面结构层组合设计2．砼面板厚度设计3．砼面板的平面尺寸与接缝设计4．路肩设计和排水设计5．普通砼路面的钢筋配筋设计9§16-2弹性地基板体系理论概述一．小挠度薄板的基本假设：(1)砼板厚度远小于平面尺寸(2)挠度远小于厚度(3)工作在弹性阶段“小挠度弹性薄板”理论10（1）垂直于中面方向形变分量极其微小，可以忽略不计。故位移仅为平面函数，也就是说，在中面的任意一根法线上，薄板全厚度范围内的各点都具有相同的位移。（2）垂直于中面的法线，在弯曲变形前后均保持为直线并垂直于中面，因而无横向剪切应变，即0zxzygg==0,(,)zxyzweww¶===¶即※研究弹性小挠度薄板在垂直于中面的荷载的作用下的弯曲时，通常采用下述三项基本假设：11（3）中面上各点无平行于中面的位移，即由假设（1）得：①由假设（2）得：则：②板的应力－应变关系③（物理方程）000zzuv====0,(,)zxyxweww¶===¶即0,,zxzyuvzxzywwgg¶¶¶¶===-=-¶¶¶¶即12(,)(,)uzfxyxvzfxyywwì¶ïï=-+ïï¶ïí¶ïï=-+ïï¶ïî1()1()2(1)xxyyyxxyEEEesnsesnsmgtìïï=-ïïïïïï=-íïïïï+ï=ïïïîxy12由假设（3），②式得：则：则：④此板的几何方程表示为：⑤00||0zzuv====12(,)0(,)0fxyfxy==uzxvzywwì¶ïï=-ïï¶ïí¶ïï=-ïï¶ïî222222xyuwzxxvwzyyvuwxyxyeegìﶶïï==-ﶶïïïﶶï==-íﶶïïïﶶ¶ï=+=-ïﶶ¶¶ïîxy13将物理方程③式改写成应力分量表达式，则：⑥由⑥可知，各项应力分量均为z的函数，因此在厚度方向上截面上的力的和为零，并可分别合成单位宽度上的弯矩，扭矩和剪力，即：2(1)xyEmgt+=xy22222222222()1()11xyxyEzwwxyEzwwyxEzwxysmmsmmtmìﶶï=-+ïï-¶¶ïïïﶶï=-+íï-¶¶ïïïï¶ï=-ïï+¶¶ïî14⑦⑧式中...
