水泥混凝土路面结构构造设计讲解105页

板体与地基紧密接触时，不修正，理论值近似于实测值； 板底脱空时，实测比计算大30%~50%，需修正，Kelly提出板角修正式:
• ②板边修正

' c

3[1

(
R l
)1.2
]
P h2
板与地基保持接触时，不修正；而与地基脱空时，Kelly修正式 ：

' e

2.116(1
0.54c )(lg
l R
第三节 水泥路面的应力分析
◆2、弹性半空间体地基板的荷载应力分析**了解
1）弹性半空间地基
是以弹性模量和泊松比表征的弹 性地基，假设地基为一各向同性的弹 性半无限体，在荷载作用下其顶面上 任一点的挠度不仅同该点的压力有关， 也同其它各点的压力有关。
根据Hogg理论：无限大圆板上作用轴对称竖向荷载q(r)时，竖向位移表达式：
第三节 水泥路面的应力分析
◆3、水泥路面板的荷载应力有限元分析
1）水泥混凝土路面荷载应力的有限元分析特点 ✓ ①可以按板块的实际大小求解有限尺寸板，从而消除无限大半的
水泥混凝土路面设计
主要内容
• 第一节 水泥路面设计概述 • 第二节 水泥路面弹性地基板理论 • 第三节 水泥路面的应力分析 • 第四节 路面结构的可靠度 • 第五节 水泥路面的设计参数 • 第六节 水泥路面结构组合设计 • 第七节 我国水泥路面设计方法
第一节 水泥路面设计概述
◆1、水泥混凝土路面的力学特征

1 4
lg
R) 2.54
P h2
第三节 水泥路面的应力分析
5）威斯特卡德公式的试验修正公式
• ③板中修正
实测板中应力小于理论值，说明地基不完全符合文克勒地基的假定；
ｉ＝0.2751
ｃ lg

Ec h3 Rb 4
54.54( l )2C L

P h2
• ④应力表达通式
文克勒地基计算结果与地基的承载能力的取值有关
当荷载圆半径较小，与板厚相差不大时，板受力接近厚板，需修正，即：
R<0.5h时，用当量计算半径b代替R， b 1.6R2 h2 0.675h
• ②板边荷位
e

2.116 (1 0.54c )(lg
l R
0.08975 )
P h2
; we

1 6
(1

0.4c
)
P Kl 2
• ③板角荷位
第二节 水泥路面弹性地基板理论
◆2、板与地基接触的假设
➢ 完全接触假设：始终接触吻合，且可自由滑动（是在 刚度差异大、板平面变形微小情况下的近似），即接 触面不脱空且剪应力视为零。
➢ 没有摩擦假设：板和地基之间没有摩擦，可以自由活
◆3、动地。 基模型假定
➢ 弹性半空间地基假定； ➢ 文克勒地基假设。
第一节 水泥路面设计概述
◆4、水泥路面的轴载换算与交通分级
➢1）水泥路面的标准轴载及轴载换算
单轴双轮组－100kN
NNee

336655NNs [s1[1

t
t1Baidu Nhomakorabea]1]

公路等级
高速公路、一级公路
二级、三级、四级公路
行车道宽>7m 行车道宽≤7m
纵缝边缘处（临界荷位） 0.17~0.22 0.34~0.39 0.54~0.62
第三节 水泥路面的应力分析
2）三个车轮荷位
• 荷载中心处板底；
3）最大弯拉应力位置 • 荷位下板底；
• 板表面距板角点x1的分角线上
第三节 水泥路面的应力分析
4）威斯特卡德早期应力计算公式
•
i
①板中荷位：
1.1(1 c )(lg
l R
0.2673 )
P h2
; wi

Pl 2 8D
➢ 3）水泥路面的设计标准
✓①结构承载能力
控制板不出现断裂，要求荷载应力与温度应力的疲劳 综合作用满足材料的设计抗拉强度：
即：
✓②行驶舒适性
控制错台量，要求设置传力杆（基层及结构布置满 足）
✓③稳定耐久性
第一节 水泥路面设计概述
◆3、水泥路面结构设计的主要内容
1）路面结构层组合设计； 2）混凝土路面板厚度设计； 3）混凝土面板的平面尺寸与接缝设计 4）路肩设计； 5）混凝土路面的钢筋配筋率设计
Mx 0
第二节 水泥路面弹性地基板理论
◆4、弹性曲面的微分方程
砼路面薄板的弹性曲面微分方程
写出z方向的力的平衡方程，简化以后，略去微量，得到：
D22W (x, y) p(x, y) q(x, y)
一个方程，两个未知数，要求解方程，必须建立地基反力与薄板挠度间的关系， 因此，必须对地基变形进行假设。
第一节 水泥路面设计概述
➢2）水泥路面的交通等级划分及设计基准期
第二节 水泥路面弹性地基板理论
◆1、水泥混凝土路面的设计基本理论
➢ 弹性地基上的小挠度薄板模型 弹性地基：因为混凝土板下的基层与土基的应力应
变很小，不超过材料的弹性区域
弹性板：因为板的模量高，应力承受能力强，一般 受力不超过弹性比例极限应力；挠度与板厚相比很 小。
第一节 水泥路面设计概述
◆2、水泥路面的主要破坏类型与设计标准
➢1）水泥路面的主要破坏类型
①断裂
②唧泥
③错台
④拱起 ⑤接缝挤碎
板块断裂、破碎
唧泥 拱起
错台
第一节 水泥路面设计概述
• 2）水泥路面的荷载作用
–重载作用
第一节 水泥路面设计概述
• 2）水泥路面的荷载作用
–重载作用
第一节 水泥路面设计概述
➢ 混凝土的强度及模量远大于基层和土基强度和模量；
➢ 水泥混凝土本身的抗压强度远大于抗折强度；
➢ 板块厚度相对于平面尺寸较小，板块在荷载作用下的挠 度（竖向位移）很小；
➢ 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，如受到约束，会在板内产生翘曲应力；
➢ 荷载重复、温度梯度反复变化，混凝土板将出现疲劳破
c 3[1 (
2 l
R
)
0.6
]
P h2
; x1

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2R; wc (1.1 0.88
2R P l ) Kl 2
第三节 水泥路面的应力分析
5）威斯特卡德公式的试验修正公式
• ①角隅修正
威氏公式是理论推导得来的，与实际情况有出入。美国1930年在阿灵顿进行了 试验路，对公式进行了修正。
第三节 水泥路面的应力分析
◆1、文克勒地基板荷载应力分析（威氏公式）＊＊了解
➢1）文克勒地基
以反应模量K表征的弹性地基，它假设地基上任一点的反力仅同该点的挠度成正 比，而与其他点无关，即地基相当于由互不相联系的弹簧组成，它因首先由捷克工 程师文克勒提出而得名，也称为K地基、弹簧地基。
q(x, y) Kw(x, y)