水泥混凝土路面設(shè)計(jì)第一頁，共140頁。第九章水泥混凝土路面設(shè)計(jì)CementConcretePavementDesign東南大學(xué)交通學(xué)院路基路面工程教學(xué)小組huangxmseu@Tel二頁，共140頁。主要內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)水泥混凝土路面的分類與構(gòu)造第三節(jié)彈性地基板經(jīng)典理論第四節(jié)水泥混凝土路面溫度應(yīng)力分析第五節(jié)混凝土路面的破壞及設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)第六節(jié)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論第三頁，共140頁。主要內(nèi)容第七節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)第八節(jié)水泥混凝土路面厚度設(shè)計(jì)第九節(jié)水泥混凝土路面排水設(shè)計(jì)第十節(jié)特種水泥混凝土路面設(shè)計(jì)第十一節(jié)國外水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法概述第四頁，共140頁。1）水泥混凝土路面的定義是指由水泥混凝土面板和基層或底基層所組成的路面，也稱剛性路面，包括普通混凝土路面（JPCP）、鋼筋混凝土路面（JRCP）、連續(xù)配筋混凝土路面（CRCP）、鋼纖維混凝土路面（SFCP）、預(yù)應(yīng)力混凝土路面、裝配式混凝土路面等。2）普通水泥混凝土路面（JPCP示意圖）由普通混凝土面層板和基層或底基層所組成的路面，是除接縫區(qū)和局部范圍（邊緣及角隅）外，不配置鋼筋的混凝土路面。有時(shí)也被稱為白色路面。第一節(jié)概述（JRCP示意圖）（CRCP示意圖）第五頁，共140頁。第一節(jié)概述TheAutobahn1930sFromDHChenFromDHChen第六頁，共140頁。第一節(jié)概述

Concrete水泥混凝土路面/

Flexible瀝青混凝土路面/

2%JPCP4%CRCP94%FlexibleFromDHChen第七頁，共140頁。3）普通混凝土路面的特點(diǎn)（1）強(qiáng)度高（抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度）（2）穩(wěn)定性好（水穩(wěn)定性？溫度穩(wěn)定性？）（3）耐久性好（疲勞性能使用20～40年或更長）（4）夜間行車效果好（5）使用初期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少（但是后期比較高）第一節(jié)概述第八頁，共140頁。4）普通混凝土路面的缺點(diǎn)（1）初期造價(jià)高（目前與進(jìn)口瀝青比造價(jià)已不高，且瀝青路面使用壽命也長，因此單位年費(fèi)用更低）；（2）對水泥和水需求量大，總體污染（水泥生產(chǎn)）；（3）噪聲大、行駛舒適性差（尤其是錯(cuò)臺后）；（4）有接縫（受力薄弱、行車舒適性差、易進(jìn)水）；（5）修筑周期長，開放交通遲（維修更麻煩）；（6）養(yǎng)護(hù)維修困難。第一節(jié)概述第九頁，共140頁。第二節(jié)水泥混凝土路面的分類與構(gòu)造核心內(nèi)容水泥混凝土路面分類水泥混凝土路面構(gòu)造水泥混凝土路面設(shè)計(jì)內(nèi)容第十頁，共140頁。1、水泥混凝土路面分類種類普通混凝土（JPCP）鋼筋混凝土（JRCP）連續(xù)配筋混凝土（CRCP）鋼纖維混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土、裝配式混凝土、碾壓混凝土第十一頁，共140頁。（1）路基性能要求：路基的支承要求主要是保證基層的穩(wěn)定性（尤其是水穩(wěn)定性和路基穩(wěn)定性），特別是不出現(xiàn)不均勻的支承，從而保證水泥混凝土板處于均勻面支承的受力狀態(tài)。路基要求密實(shí)、穩(wěn)定和均勻，路基處于干燥或中濕狀態(tài)，沉降穩(wěn)定（盡可能少的不均勻沉降）；基層要求用水穩(wěn)定性好的材料（瀝青混凝土-水泥穩(wěn)定材料）。1）路基2、水泥混凝土路面構(gòu)造第十二頁，共140頁。（2）引起路基不均勻支承的可能原因

1）不均勻沉陷：壓實(shí)不均勻、填挖結(jié)合處理不佳、路基未充分固結(jié)（施工期沉降不穩(wěn)定）；

2）不均勻凍脹：含水量在等溫面分布不均勻、土質(zhì)不均勻；

特殊土質(zhì)：膨脹土、濕陷性黃土等，加上含水量變化。（3）處治方法

土質(zhì)摻配均勻、控制壓實(shí)含水量、排水加固及設(shè)墊層2、水泥混凝土路面構(gòu)造第十三頁，共140頁。（1）基層的作用①支承路面板提供合適綜合模量，提高路面結(jié)構(gòu)的承載能力，延長路面使用壽命。減小路基頂面的壓應(yīng)力，減小路基的不均勻變形，緩和路基不均勻變形對面層的影響。②防唧泥混凝土板如直接放在路基上，會造成路基土塑性變形過大，鋪設(shè)基層可減輕以至消除唧泥，但未經(jīng)處治的砂礫基層細(xì)料含量和塑性指數(shù)不能太高，否則仍會產(chǎn)生唧泥。2）基層2、水泥混凝土路面構(gòu)造第十四頁，共140頁。（1）基層的作用③防冰凍在季節(jié)性冰凍地區(qū)，用對冰凍不敏感的粒狀多孔材料鋪筑基層，可減少路基的冰凍深度，減輕冰凍的危害作用。④防毛細(xì)水對基層的影響在濕軟土基上，鋪筑開級配粒料基層可排除路表滲入水及隔斷地下毛細(xì)水。⑤提供施工平臺面層施工(如立側(cè)模，運(yùn)送混凝土混合料等)提供方便。2、水泥混凝土路面構(gòu)造第十五頁，共140頁。粒料類（碎石、砂礫等）穩(wěn)定類（水泥、石灰粉煤灰或?yàn)r青穩(wěn)定粒料）貧混凝土和碾壓混凝土等

（2）水泥混凝土路面的基層類型2、水泥混凝土路面構(gòu)造第十六頁，共140頁。（2）水泥混凝土路面的基層類型2、水泥混凝土路面構(gòu)造兼起排水作用的粒料基層1-盲溝；2-通過路肩的基層第十七頁，共140頁。2、水泥混凝土路面構(gòu)造（3）基層的設(shè)計(jì)要求（4）基層的厚度要求第十八頁，共140頁。2、水泥混凝土路面構(gòu)造1、有接縫的普通混凝土路面有或無傳力桿的橫縫有或無傳力桿的橫縫有拉桿的縱縫2、有接縫的鋼筋混凝土路面鋼絲網(wǎng)連續(xù)配筋3、連續(xù)配筋混凝土路面4、預(yù)應(yīng)力混凝土路面鋼筋絲（1）面層的幾種類型3）水泥混凝土面層第十九頁，共140頁。2、水泥混凝土路面構(gòu)造FromDHChen第二十頁，共140頁。2、水泥混凝土路面構(gòu)造（2）水泥混凝土路面的形狀要求普通混凝土、鋼筋混凝土、碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層板一般采用矩形。其縱向和橫向接縫應(yīng)垂直相交

,縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互錯(cuò)位。（3）水泥混凝土路面的材料要求新拌混凝土的施工和易性-易于施工操作的性能→質(zhì)量均勻、密實(shí)成型硬化后混凝土的強(qiáng)度-抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度、模量混凝土的變形特性-彈性變形、徐變變形、溫度變形、干燥收縮變形耐久性-混凝土抵抗環(huán)境介質(zhì)作用而保持其形狀、質(zhì)量和適用性的能力

第二十一頁，共140頁。2、水泥混凝土路面構(gòu)造4）水泥混凝土路面排水路面排水系統(tǒng)的組成①路面表面排水方式：主要通過設(shè)置橫坡，迅速排除降雨。行車道路面應(yīng)設(shè)單向或雙向橫破，坡度1%-2%，路肩宜稍大。②中央分隔帶和路肩排水方式：主要采用設(shè)置排水盲溝的方式。③路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水方式：通過設(shè)置排水墊層/基層。第二十二頁，共140頁。2、水泥混凝土路面構(gòu)造第二十三頁，共140頁。設(shè)置目的①水泥混凝土硬化過程中的收縮；②施工過程應(yīng)設(shè)置橫向工作縫和縱向工作縫；③混凝土面板的熱脹冷縮溫度均勻變化時(shí)：水平拉伸或水平壓縮溫度不均勻變化時(shí)：白天，板表面溫度高于板底溫度，水泥砼板中部有向上隆起的趨勢，受阻后，頂面受壓、板底受拉；夜晚相反，板邊有翹起趨勢，頂面受拉、板底受壓2、水泥混凝土路面構(gòu)造5）水泥混凝土路面的接縫的設(shè)置第二十四頁，共140頁。垂直于行車方向的接縫：

包括縮縫、脹縫和工作縫①縮縫：保證板因溫度和濕度的降低而收縮時(shí)沿該薄弱斷面縮裂，從而避免產(chǎn)生不規(guī)則的裂縫。②脹縫：保證板在溫度升高時(shí)能部分伸張，從而避免產(chǎn)生路面板在熱天的拱脹和折斷破壞，同時(shí)脹縫也能起到縮縫的作用。③施工縫：因施工不連續(xù)，暫時(shí)停止施工時(shí)要設(shè)置施工縫。常設(shè)置在縮縫、脹縫位置處，必須添加傳力鋼筋，保證縱向整體性。2、水泥混凝土路面構(gòu)造（1）橫向接縫第二十五頁，共140頁。

①脹縫的構(gòu)造

脹縫是貫通接縫、縫寬達(dá)到20mm左右、雖然設(shè)置傳力桿，但是由于不斷的伸長與收縮，再加上荷載的作用，是水泥混凝土最薄弱的環(huán)節(jié)。目前只在結(jié)構(gòu)物位置設(shè)置脹逢，設(shè)置脹逢的數(shù)量與水泥混凝土路面長度沒有關(guān)系。2、水泥混凝土路面構(gòu)造（2）橫縫的構(gòu)造與設(shè)置第二十六頁，共140頁?？s縫間距一般4～6m，同板長，根據(jù)氣溫狀況、地質(zhì)水文情況選擇。如：5m×4m的板塊，按5m固定間距設(shè)置縮縫。2、水泥混凝土路面構(gòu)造

②縮縫的構(gòu)造假縫型假縫+傳力桿企口縫+傳力桿第二十七頁，共140頁。

施工縫一般盡量選擇在脹縫、縮縫處設(shè)置，構(gòu)造與重交通的縮縫構(gòu)造（b）相似，或者選用企口縫。2、水泥混凝土路面構(gòu)造

③施工縫的構(gòu)造淺槽構(gòu)造圖-施工縫與縮縫第二十八頁，共140頁。2、水泥混凝土路面構(gòu)造（3）橫向接縫的間距按面層類型和厚度選定普通混凝土面層一般4-6m，面板的長寬比不宜超過1.30，平面尺寸不宜大于25m2；碾壓混凝土或鋼纖維混凝土面層一般6-10m；鋼筋混凝土面層一般6-15m第二十九頁，共140頁。1）縱縫的構(gòu)造與設(shè)置縱縫：平行于行車方向的接縫，用來控制路面板因翹曲應(yīng)力與荷載應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生不規(guī)則的縱向裂縫。原因：①混凝土攤鋪機(jī)僅能攤鋪一個(gè)車道寬度，縱縫做成真縫形式（平頭縫）②混凝土攤鋪機(jī)全路幅攤鋪，攤鋪寬度兩側(cè)做成真縫；攤鋪寬度范圍內(nèi)按照車道寬度設(shè)置縱縫，做成假縫或者企口縫；2、水泥混凝土路面構(gòu)造（4）水泥混凝土路面的縱向接縫第三十頁，共140頁。①根據(jù)路面設(shè)計(jì)寬度，按3～4.5m設(shè)置，一般等間距。②一般選擇在車道標(biāo)線處；靠近中央分隔帶的內(nèi)側(cè)車道，路緣帶與車道間不另設(shè)縱縫；外側(cè)車道，縱縫外移路緣帶寬度；①拉桿：指用于縱縫，以保證板塊間沿道路橫向的聯(lián)系為主要目的設(shè)置的鋼筋。一般采用長度50-70cm、直徑18-20mm、間距1.0-1.5m螺紋筋。②拉桿設(shè)置要求：一般縱縫應(yīng)設(shè)拉桿。2、水泥混凝土路面構(gòu)造2）縱縫的位置3）拉桿的設(shè)置第三十一頁，共140頁。分別是什么縫？？？2、水泥混凝土路面構(gòu)造bac第三十二頁，共140頁。2、水泥混凝土路面構(gòu)造①交角：縱縫與橫縫一般垂直正交，縱縫兩旁的橫縫一般成一條直線。在交叉口、匝道位置處，盡量使得縱橫縫的夾角為鈍角；②橫縫間距：4-6m（縮縫），我國縮縫間距一般5m；③縱縫間距：3-4.5m，我國車道寬3.25~3.75m，縱縫設(shè)置間距?④趨勢：脹縫少；縮縫間距不等，按4、4.5、5、5.5和6m的順序設(shè)置；橫縫與縱縫交成80度左右的斜角。

4）縱橫縫的布置第三十三頁，共140頁。6）邊緣鋼筋一般設(shè)置在縱向，橫向只在脹縫兩側(cè)或起終點(diǎn)處設(shè)置。采用兩根直徑12-16mm的鋼筋，用直徑6mm的鋼筋固定，端部應(yīng)彎起，放置在板厚下1/4-1/3處，并保證離板邊緣5cm的凈距。2、水泥混凝土路面構(gòu)造第三十四頁，共140頁。7）角隅鋼筋

設(shè)置在脹縫兩側(cè)板的角隅處，采用兩根直徑12-14mm，長度2.4m的螺紋鋼筋，設(shè)在板的上部，并離板頂留有5cm以上凈距，距板縱、橫邊緣各10cm。當(dāng)交叉口或斜橋處，出現(xiàn)板塊銳角時(shí)，應(yīng)增加雙層補(bǔ)強(qiáng)鋼筋網(wǎng)，以直徑6mm鋼筋，10cm間距斜交平行排列，設(shè)在距板頂、底5-7cm處。2、水泥混凝土路面構(gòu)造為什么設(shè)在上部？第三十五頁，共140頁。①一般橋梁

設(shè)置橋頭搭板，一端放置于橋臺上，設(shè)置防滑錨固鋼筋。②斜交橋梁

設(shè)置漸變板，斜角大于70o設(shè)置一塊，45o-70o設(shè)置兩塊，小于45o設(shè)置至少三塊，并要求漸變板短邊不小于5m。長邊不大于10m。角隅處要設(shè)置鋼筋網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)。③漸變板和搭板均應(yīng)按計(jì)算配筋量設(shè)置鋼筋。2、水泥混凝土路面構(gòu)造8）砼路面與橋梁相接的處理第三十六頁，共140頁。2、水泥混凝土路面構(gòu)造③漸變板和搭板第三十七頁，共140頁。2、水泥混凝土路面構(gòu)造9）水泥砼路面與其它路面相接時(shí)的處理一般規(guī)定混凝土路面與固定構(gòu)造物相銜接的脹縫無法設(shè)置傳力桿時(shí)，可在毗鄰構(gòu)造物的板端部配置雙層鋼筋網(wǎng)；或端部增加板厚；混凝土路面與橋梁連接，設(shè)置6－10m的過渡板，或設(shè)置2－3道傳力桿脹縫；橋頭未設(shè)置搭板，應(yīng)設(shè)計(jì)鋼筋混凝土路面。第三十八頁，共140頁。9）水泥砼路面與其它路面相接時(shí)的處理設(shè)置脹縫并以混凝土預(yù)制塊過渡，以混凝土平道牙隔斷2、水泥混凝土路面構(gòu)造第三十九頁，共140頁。9）水泥砼路面與其它路面相接時(shí)的處理設(shè)置水泥混凝土下埋板，其上設(shè)置漸變厚度的聯(lián)結(jié)層。2、水泥混凝土路面構(gòu)造尖角不利于施工第四十頁，共140頁。2、水泥混凝土路面構(gòu)造9）水泥砼路面與其它路面相接時(shí)的處理水泥混凝土路面與瀝青混凝土路面相接時(shí)的處理第四十一頁，共140頁。（1）接縫板和填縫料 接縫板：耐久性、伸縮彈性（高、低溫均佳）； 填縫料：要具有良好粘性。（2）接縫板種類木材板、纖維板、泡沫樹脂板等。（3）填縫料 加熱施工類：瀝青橡膠類、瀝青瑪碲脂類； 常溫施工類：聚氯乙稀膠泥類、自流平硅膠等；2、水泥混凝土路面構(gòu)造10）水泥砼路面的接縫材料第四十二頁，共140頁。1）路面結(jié)構(gòu)層組合設(shè)計(jì)；

2）混凝土路面板厚度設(shè)計(jì)；

3）混凝土面板的平面尺寸與接縫設(shè)計(jì)

4）路肩設(shè)計(jì)；

5）混凝土路面的鋼筋配筋率設(shè)計(jì)3、水泥混凝土路面設(shè)計(jì)內(nèi)容第四十三頁，共140頁。第三節(jié)彈性地基板經(jīng)典理論核心內(nèi)容彈性地基板體系理論簡介水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析第四十四頁，共140頁。1）彈性地基上的小撓度薄板模型

彈性地基：因?yàn)榛炷涟逑碌幕鶎优c土基的作用的應(yīng)力應(yīng)變很小，不超過材料的彈性區(qū)域彈性板：因?yàn)榘宓哪Ａ扛?，?yīng)力承受能力強(qiáng)，一般受力不超過彈性比例極限應(yīng)力；撓度與板厚相比很小。水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論：彈性地基上的小撓度薄板理論1、彈性地基板體系理論簡介第四十五頁，共140頁。完全接觸假設(shè)：始終接觸吻合，且可自由滑動（是在剛度差異大、板平面變形微小情況下的近似），即接觸面不脫空且剪應(yīng)力視為零。沒有摩擦假設(shè)：板和地基之間沒有摩擦，可以自由活動?！?）板與地基接觸的假設(shè)

2、水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析◆地基模型假定彈性半空間地基假定；文克勒地基假設(shè)。

第四十六頁，共140頁。一個(gè)方程，兩個(gè)未知數(shù)，要求解方程，必須建立地基反力與薄板撓度間的關(guān)系，因此，必須對地基變形進(jìn)行假設(shè)。砼路面薄板的彈性曲面微分方程2、水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析◆3）彈性曲面的微分方程

寫出z方向的力的平衡方程，簡化以后，略去微量，得到：

第四十七頁，共140頁。①文克勒地基以反應(yīng)模量K表征的彈性地基，它假設(shè)地基上任一點(diǎn)的反力僅同該點(diǎn)的撓度成正比，而與其他點(diǎn)無關(guān)，即地基相當(dāng)于由互不相聯(lián)系的彈簧組成，它因首先由捷克工程師文克勒提出而得名，也稱為K地基、彈簧地基。

2、水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析◆4）文克勒地基板荷載應(yīng)力分析（威氏公式）＊＊了解第四十八頁，共140頁。②三個(gè)車輪荷位③最大彎拉應(yīng)力位置

2、水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析

荷載中心處板底；荷位下板底；板表面距板角點(diǎn)x1的分角線上第四十九頁，共140頁。①板中荷位：②板邊荷位③板角荷位當(dāng)荷載圓半徑較小，與板厚相差不大時(shí)，板受力接近厚板，需修正，即：R<0.5h時(shí)，用當(dāng)量計(jì)算半徑b代替R，

2、水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析④威斯特卡德早期應(yīng)力計(jì)算公式第五十頁，共140頁。①角隅修正

威氏公式是理論推導(dǎo)得來的，與實(shí)際情況有出入。美國1930年在阿靈頓進(jìn)行了試驗(yàn)路，對公式進(jìn)行了修正。板體與地基緊密接觸時(shí)，不修正，理論值近似于實(shí)測值；板底脫空時(shí)，實(shí)測比計(jì)算大30%~50%，需修正，Kelly提出板角修正式:②板邊修正板與地基保持接觸時(shí)，不修正；而與地基脫空時(shí)，Kelly修正式：2、水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析⑤威斯特卡德公式的試驗(yàn)修正公式第五十一頁，共140頁。③板中修正實(shí)測板中應(yīng)力小于理論值，說明地基不完全符合文克勒地基的假定；文克勒地基計(jì)算結(jié)果與地基的承載能力的取值有關(guān)④應(yīng)力表達(dá)通式2、水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析第五十二頁，共140頁。彈性半空間地基是以彈性模量和泊松比表征的彈性地基，假設(shè)地基為一各向同性的彈性半無限體，在荷載作用下其頂面上任一點(diǎn)的撓度不僅同該點(diǎn)的壓力有關(guān)，也同其它各點(diǎn)的壓力有關(guān)。根據(jù)Hogg理論：無限大圓板上作用軸對稱豎向荷載q(r)時(shí)，豎向位移表達(dá)式：

2、水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析◆5）彈性半空間體地基板的荷載應(yīng)力分析第五十三頁，共140頁。水泥混凝土路面荷載應(yīng)力的有限元分析特點(diǎn)2、水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析◆6）水泥路面板的荷載應(yīng)力有限元分析①可以按板塊的實(shí)際大小求解有限尺寸板，從而消除無限大半的假設(shè)所帶來的誤差；②可以考慮各種荷載狀況（包括荷載組合和荷載位置）；③可以考慮板的實(shí)際邊界條件，如接縫的傳荷能力、板和地基的脫空。④可以得到整個(gè)板體的應(yīng)力和位移場，從而了解板的受力。第五十四頁，共140頁。2、水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析水泥混凝土路面荷載應(yīng)力的有限元分析結(jié)果第五十五頁，共140頁。①上下層完全分離②上下層完全結(jié)合2、水泥混凝土路面荷載應(yīng)力分析◆7）彈性地基雙層板的荷載應(yīng)力分析第五十六頁，共140頁。第四節(jié)水泥混凝土路面溫度應(yīng)力分析核心內(nèi)容脹縮應(yīng)力翹曲應(yīng)力第五十七頁，共140頁。（1）脹縮應(yīng)力：溫度均勻變化時(shí)產(chǎn)生-脹縫、縮縫來解決（2）無限大板的翹曲應(yīng)力板內(nèi)任一點(diǎn)在溫差影響下的應(yīng)變：板中部受到地基摩阻力作用，板中心點(diǎn)不產(chǎn)生平面位移，εx=εy=0，因此：

板縱向邊緣中部或窄長板，εx=0，σy=0，因此

：第四節(jié)水泥混凝土路面溫度應(yīng)力分析第五十八頁，共140頁。當(dāng)氣溫變化較快時(shí)，由于混凝土板導(dǎo)熱性能差，在板內(nèi)產(chǎn)生溫度差，當(dāng)氣溫升高時(shí)板中部有隆起趨勢，當(dāng)氣溫降低時(shí)板邊緣和角隅有翹起趨勢。由于板的自重、地基反力和相鄰板的約束作用，使部分翹曲變形受阻，從而使板內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力即稱為水泥混凝土板的翹曲應(yīng)力。威斯特卡德對文克勒地基的作進(jìn)一步假定來計(jì)算溫度應(yīng)力：1)溫度沿板斷面呈線性變化；2）板與地基始終保持接觸；3）不計(jì)板自重。有限尺寸板，沿板長和板寬方向上的翹曲應(yīng)力解答（板長L，板寬B）：第四節(jié)水泥混凝土路面溫度應(yīng)力分析（3）有限尺寸板的翹曲應(yīng)力第五十九頁，共140頁。板邊中點(diǎn)：彈性半空間體地基時(shí)：第四節(jié)水泥混凝土路面溫度應(yīng)力分析（4）溫度線性分布時(shí)的翹曲應(yīng)力溫度沿板斷面呈線性變化第六十頁，共140頁。

對于較厚的板，采用溫度沿板斷面呈直線分布的假設(shè)，即按板頂和板底的溫度差確定的溫度梯度計(jì)算的溫度翹曲應(yīng)力，會得到偏大的溫度翹曲應(yīng)力值。為此，應(yīng)考慮由于溫度的非線性分布而引起的內(nèi)應(yīng)力。我國規(guī)范的溫度應(yīng)力計(jì)算：第四節(jié)水泥混凝土路面溫度應(yīng)力分析（5）溫度非線性分布時(shí)翹曲應(yīng)力計(jì)算第六十一頁，共140頁。第四節(jié)水泥混凝土路面溫度應(yīng)力分析Cx和Bx關(guān)系曲線第六十二頁，共140頁。第五節(jié)混凝土路面的破壞及設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)核心內(nèi)容混凝土路面主要病害及其主要原因路面破壞的極限狀態(tài)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則路面厚度設(shè)計(jì)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)路面厚度設(shè)計(jì)流程第六十三頁，共140頁。1）擠碎：出現(xiàn)于橫向接縫（主要是脹縫）兩側(cè)數(shù)十厘米寬度內(nèi)，表現(xiàn)為板的伸長受阻，板發(fā)生剪切擠碎。2）拱起：混凝土面板在受膨脹而受阻時(shí)，某一接縫兩側(cè)的板向上拱起，表現(xiàn)為縱向壓曲失穩(wěn)。3）錯(cuò)臺：橫向接縫兩側(cè)路面板出現(xiàn)的豎向相對位移。4）唧泥：汽車行經(jīng)接縫時(shí)，由縫內(nèi)噴濺出稀泥漿的現(xiàn)象。

1、混凝土路面病害及其主要原因（1）接縫破壞錯(cuò)臺示意圖唧泥示意圖第六十四頁，共140頁。（2）面板破壞（斷裂）

表現(xiàn)為面板的斷裂和裂縫，主要是面板由于所受內(nèi)應(yīng)力超過了混凝土的強(qiáng)度而出現(xiàn)的橫向或縱向以及板角的斷裂和裂縫。斷裂裂縫可視為混凝土面層結(jié)構(gòu)破壞的臨界狀態(tài)。（3）表面損壞1、混凝土路面病害及其主要原因包括起皮、磨損、露骨、磨光等第六十五頁，共140頁。1、混凝土路面病害及其主要原因唧泥第六十六頁，共140頁。1、混凝土路面病害及其主要原因板塊斷裂、破碎第六十七頁，共140頁。1、混凝土路面病害及其主要原因拱起FromDHChen第六十八頁，共140頁。1、混凝土路面病害及其主要原因裂縫擠碎第六十九頁，共140頁。1、混凝土路面病害及其主要原因表面剝落第七十頁，共140頁。1、混凝土路面病害及其主要原因橫向裂縫局部沉陷局部修補(bǔ)第七十一頁，共140頁。1、混凝土路面病害及其主要原因FromDHChen第七十二頁，共140頁。1、混凝土路面病害及其主要原因錯(cuò)臺FaultingFromDHChen第七十三頁，共140頁。1、混凝土路面病害及其主要原因錯(cuò)臺FaultingFromDHChen第七十四頁，共140頁。1、混凝土路面病害及其主要原因FromDHChen路面錯(cuò)臺Faulting第七十五頁，共140頁。1、混凝土路面病害及其主要原因4-in.CoreLane2Lane3Broken#4TieBarBasepumped,formingvoid3inchesdeepby5incheswideYellowrepresentslayerofcleancoarseaggregateleftbehindafterpumpingFaultedasmuchas2inchesDetailatFaultedJoint5in.3in.FromDHChen接縫傳力桿破壞示意圖第七十六頁，共140頁。2、路面破壞的極限狀態(tài)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（1）定義：在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在環(huán)境條件和荷載作用下，路面能夠發(fā)揮其預(yù)期功能的概率。（2）我國水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法：路面板的車輛荷載疲勞應(yīng)力及溫度疲勞應(yīng)力之和小于混凝土的極限抗折強(qiáng)度。（3）公式左邊三項(xiàng)分別代表：可靠度系數(shù)、荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力、極重荷載應(yīng)力最大溫度應(yīng)力；

右邊：水泥混凝土面板材料的極限抗折強(qiáng)度。第七十七頁，共140頁。3、路面厚度設(shè)計(jì)流程第七十八頁，共140頁。第六節(jié)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論核心內(nèi)容路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行狀態(tài)函數(shù)可靠度系數(shù)與可靠度指標(biāo)路面結(jié)構(gòu)的目標(biāo)可靠度路面結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)第七十九頁，共140頁。第六節(jié)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論1、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分超過某一特定狀態(tài)就不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的某一功能要求，此特定狀態(tài)稱為該功能的極限狀態(tài)。2、結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分類（1）承載力極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力，出現(xiàn)疲勞破壞或不適于繼續(xù)承載的變形。（2）正常使用極限狀態(tài)：結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定限值。第八十頁，共140頁。第六節(jié)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論3、結(jié)構(gòu)可靠性的含義結(jié)構(gòu)可靠性是結(jié)構(gòu)在規(guī)定時(shí)間(設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期)內(nèi)、規(guī)定條件(正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù))完成預(yù)定功能的能力。其功能要求為:(1)安全性；(2)適用性；(3)耐久性。當(dāng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件超過承載能力極限狀態(tài)，就可能產(chǎn)生以下后果（1）由于材料強(qiáng)度不夠而破壞，或因疲勞而破壞；（2）產(chǎn)生過大的塑性變形而不能繼續(xù)承載，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失穩(wěn)定；（3）結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系。超過這一極限狀態(tài)，結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件就不能滿足其預(yù)定的安全性要求。第八十一頁，共140頁。適用性結(jié)構(gòu)在正常使用期間應(yīng)具有良好的工作性能。如，不發(fā)生過大變形、振幅、過寬裂縫等，以免影響正常使用。

安全性結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受在正常施工和正常使用的情況下可能出現(xiàn)的各種作用，在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，結(jié)構(gòu)仍能保持必需的整體穩(wěn)定性，不致發(fā)生倒塌。

結(jié)構(gòu)的功能要求耐久性結(jié)構(gòu)在正常使用和正常維護(hù)條件下應(yīng)具有足夠的耐久性能，以保證結(jié)構(gòu)能夠正常使用到預(yù)定的設(shè)計(jì)使用期限。

第六節(jié)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論第八十二頁，共140頁。第六節(jié)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論4、正態(tài)分布概率密度曲線有三個(gè)數(shù)字特征1）平均值和標(biāo)準(zhǔn)差2）變異系數(shù)第八十三頁，共140頁。第六節(jié)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論3）正態(tài)分布的概念正態(tài)分布的概率密度函數(shù)：σ

越大，曲線越扁平，隨機(jī)變量分布越分散。第八十四頁，共140頁。5、結(jié)構(gòu)可靠性失效概率（用表示）

第六節(jié)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論引入結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)

則也服從正態(tài)分布，并有以下計(jì)算式子成立：第八十五頁，共140頁。第六節(jié)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論β是失效概率和可靠概率的度量，β與Pf或Pr具有一一對應(yīng)關(guān)系，β越大，則失效概率Pf越小（即陰影面積越?。煽扛怕试酱?。

可靠指標(biāo)β與失效概率pf的對應(yīng)關(guān)系β2.73.23.74.2Pf3.47×10-36.87×10-41.08×10-51.33×10-6第八十六頁，共140頁。設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載路面結(jié)構(gòu)的疲勞壽命第六節(jié)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可靠度理論◆6、水泥混凝土路面可靠度的概念第八十七頁，共140頁。第七節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)核心內(nèi)容水泥混凝土路面板水泥混凝土路面基層水泥混凝土路面的墊層和路基第八十八頁，共140頁。面層類型適用條件普通混凝土面層各級公路連續(xù)配筋混凝土面層高速公路瀝青上面層與連續(xù)配筋混凝土或橫縫設(shè)傳力桿的普通混凝土下面層組成的復(fù)合式路面特重交通的高速公路碾壓混凝土面層二級及二級以下公路、服務(wù)區(qū)停車場鋼纖維混凝土面層標(biāo)高受限路段、收費(fèi)站、混凝土加鋪層和橋面鋪裝矩形或異形混凝土預(yù)制塊面層服務(wù)區(qū)停車場、二級及以下公路橋頭引道沉降未穩(wěn)定段1、水泥混凝土路面板1）面板要求第八十九頁，共140頁。1、水泥混凝土路面板2）厚度要求第九十頁，共140頁。1、水泥混凝土路面板3）面板構(gòu)造深度要求縱向刻槽斜向刻槽刻槽刻槽第九十一頁，共140頁。1）基層要求：

①剛度和穩(wěn)定性；②厚度要求；③基頂當(dāng)量回彈模量要求2、水泥混凝土路面基層2）基層類型要求：第九十二頁，共140頁。3）基層厚度要求2、水泥混凝土路面基層第九十三頁，共140頁。路基：1）干濕類型保證；2）填料；3）密實(shí)、穩(wěn)定和均勻3、水泥混凝土的墊層與路基◆墊層◆路基第九十四頁，共140頁。第八節(jié)水泥混凝土路面厚度設(shè)計(jì)核心內(nèi)容設(shè)計(jì)計(jì)算模型及選擇彈性地基的綜合回彈模量單層板模型的設(shè)計(jì)方法與實(shí)例分離式雙層板模型設(shè)計(jì)方法與實(shí)例復(fù)合板模型設(shè)計(jì)方法第九十五頁，共140頁。1、設(shè)計(jì)計(jì)算模型及選擇基本假定①基層板與面層板的平面尺寸可以不相等；②荷載應(yīng)力應(yīng)用有限元法求解，基層板與面層板采用立方體彈性單元，層間水平光滑、豎向受壓連續(xù)但不承受拉力；③溫度翹曲應(yīng)力用近似解析法求解，基層板與面層板采用薄板假定，層間為豎向線性彈簧相連。路面結(jié)構(gòu)分析力學(xué)模型①彈性地基單層板模型適用于粒料基層上混凝土面層，舊瀝青路面加鋪混凝土面層；面層板底面以下部分按彈性地基處理。②彈性地基雙層板模型適用于無機(jī)結(jié)合料類基層或?yàn)r青類基層上混凝土面層，舊混凝土路面上加鋪分離式混凝土面層。③復(fù)合板模型適用于兩層不同性能材料組成的面層或基層復(fù)合板。第九十六頁，共140頁。1、設(shè)計(jì)計(jì)算模型及選擇臨界荷位定義：水泥混凝土應(yīng)力分析中，最大荷載和溫度梯度綜合疲勞損壞最大的位置混凝土面層板的臨界荷位為板縱縫邊緣中部。第九十七頁，共140頁。2、彈性地基的綜合回彈模量1）綜合模量的計(jì)算假定①單層水泥混凝土路面板下，以粒料類材料作基層時(shí)，將粒料層及其以下層看作地基，包含粒料層本身；②單層水泥混凝土路面板下，以非粒料層為基層時(shí)，將基層（不含基層本身）以下各層看作地基；③結(jié)合式雙層板下，無論基層材料類型，將基層以下各層看作地基，包含基層本身；④舊瀝青路面加鋪水泥混凝土路面板時(shí)，以舊路面頂測試的指標(biāo)換算出當(dāng)量回彈模量。第九十八頁，共140頁。2）綜合模量Et的計(jì)算粒料基層單層板Et第九十九頁，共140頁。2）綜合模量Et的計(jì)算舊瀝青路面加鋪的單層板Et第一百頁，共140頁。2、彈性地基的綜合回彈模量3）路基和結(jié)構(gòu)層參數(shù)第一百零一頁，共140頁。2、彈性地基的綜合回彈模量3）路基和結(jié)構(gòu)層參數(shù)第一百零二頁，共140頁。2、彈性地基的綜合回彈模量3）路基和結(jié)構(gòu)層參數(shù)第一百零三頁，共140頁。3、單層板模型的設(shè)計(jì)方法1）荷載應(yīng)力第一百零四頁，共140頁。3、單層板模型的設(shè)計(jì)方法2）荷載疲勞應(yīng)力第一百零五頁，共140頁。3、單層板模型的設(shè)計(jì)方法3）集中荷載下的荷載應(yīng)力第一百零六頁，共140頁。3、單層板模型的設(shè)計(jì)方法4）極重荷載下的荷載應(yīng)力第一百零七頁，共140頁。4、分離式雙層板模型的設(shè)計(jì)方法1）雙層板的上層板的荷載應(yīng)力第一百零八頁，共140頁。4、分離式雙層板模型的設(shè)計(jì)方法2）雙層板的上層板的極重荷載的荷載應(yīng)力上面公式中荷載用極重值。3）雙層板的下層板的荷載應(yīng)力第一百零九頁，共140頁。4、分離式雙層板模型的設(shè)計(jì)方法4）雙層板的上層板的溫度應(yīng)力差異CL第一百一十頁，共140頁。5、復(fù)合板模型設(shè)計(jì)方法1）復(fù)合板的荷載應(yīng)力第一百一十一頁，共140頁。5、復(fù)合板模型設(shè)計(jì)方法2）復(fù)合板的溫度應(yīng)力第一百一十二頁，共140頁。5、復(fù)合板模型設(shè)計(jì)方法3）基層復(fù)合板的彎曲剛度第一百一十三頁，共140頁。第八節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)核心內(nèi)容路面內(nèi)部排水邊緣排水系統(tǒng)第一百一十四頁，共140頁。第八節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)第一百一十五頁，共140頁。PumpingACoverCTB水泥穩(wěn)定粒料層的唧泥第八節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)第一百一十六頁，共140頁。第八節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)Pumping水泥混凝土路面的唧泥第一百一十七頁，共140頁。Pumping水泥混凝土路面的唧泥第八節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)第一百一十八頁，共140頁。Faulting水泥混凝土路面的錯(cuò)臺第八節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)第一百一十九頁，共140頁。Cornerbreak水泥混凝土路面的板角開裂第八節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)第一百二十頁，共140頁。Rebarcorrosion水泥混凝土路面?zhèn)髁U銹蝕第八節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)第一百二十一頁，共140頁。Faultedtransversecrack開裂處再次錯(cuò)臺第八節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)第一百二十二頁，共140頁。第八節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)水泥混凝土路面的排水基層GeotextileDrainagepipePCCpavementACshoulderPermeablebaseSeparatorlayer◆設(shè)計(jì)方案第一百二十三頁，共140頁。第八節(jié)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)計(jì)GeotextileACShoulderSlottedpipePorousconcreteNonerodiblebasePCCpavementSeparatorlayer水泥混凝土路面的耐腐蝕基