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水泥混凝土路面结构层认知•普通混凝土路面•钢筋混凝土路面•连续配筋混凝土路面•预应力混凝土路面•装配式混凝土路面•钢纤维混凝土路面•碾压混凝土路面•裸石露石混凝土路面水泥混凝土路面分类•水泥混凝土路面：包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土、装配式混凝土和钢纤维混凝土等面层板和基（垫）层所组成的路面。•普通混凝土路面：是指除接缝区和局部范围（边缘和角隅）外不配置钢筋的混凝土路面。•基本概念钢筋混凝土路面简介适用场合：混凝土板块尺寸较大时，或基层易产生不均匀沉降或板下埋有地下设施时。特点：配置纵、横向钢筋网，主要目的是控制裂缝缝隙的张开量；配筋计算，每延米的配筋量：A=3.2Lshfsy注意：钢筋最小间距大于最大粒径两倍以上，搭接长度应为直径的24倍以上，钢筋保护层厚度大于5cm；板长一般10-20m，不超过30m。42装配式混凝土路面简介(Prefabricated&assembling)特点：以混凝土预制块拼装而成，不受气候影响，施工进度快，不需特殊养护，易维修，但接缝多，整体性差，易颠簸。适用于城市道路/停车场/堆场，不适用于一般公路。形状：矩形、正方形或六角形，可加预应力。混凝土小块铺砌路面简介特点：小尺寸（一般小于0.03m2），抗压强度高（60MPa），在基层上设置3cm左右的整平层，然后进行拼装。优点：便于维修，耐压适用场合：城市道路人行道，停车场、堆场等。连续配筋水泥混凝土路面（CRCP）简介(ContinuouslyReinforcedConcretePavement)CRCP是指在路面纵向连续配置足够数量的钢筋，以控制混凝土路面板纵向收缩产生的裂缝，从而可以在路面纵向不设接缝的混凝土路面。纵向钢筋，横向裂缝处滑支CRCP横向裂缝CRCPAC加铺层横向钢筋基层土基纵向钢筋，横向裂缝处滑支CRCP横向裂缝AC加铺层横向钢筋47板厚设计方法板厚设计同普通的水泥混凝土路面；配筋设计方法纵向钢筋设计准则裂缝间距1.0～2.5m；裂缝宽度1mm，一般应控制在0.5～0.7mm；钢筋应力钢筋极限拉伸强度；纵向钢筋一般选用直径12mm～20mm的螺纹钢筋，钢筋间距100mm≤d≤250mm。横向钢筋的作用是控制纵向钢筋间距，稳固钢筋网，其布置只要满足构造要求即可。20cm28cm2.5cm25cm20cmCRCP300cm胀缝材料枕梁23cm常规路面5cm4.7cm505153•二、特点•优点：–强度高：–稳定性好：–耐久性好：–能见度好：–平整度和粗糙度好：–养护费用少，运输成本低•缺点：–水和水泥用量大–有接缝，舒适性差–开放交通迟：–修复困难：–对超载敏感；水泥混凝土主要性能实验混凝土抗冻性能实验(Freezeresistance)混凝土抗折强度实验(Bendstrength)混凝土抗压强度实验(Compressionstrength)混凝土抗折弹性模量(Bendingmodulus)混凝土收缩性能实验（干缩）(Shrinkagetest)影响水泥混凝土强度的因素（抗折强度）水泥类型及性质：道路硅酸盐水泥硅酸盐水泥普通水泥矿渣水泥；水泥的安定性、收缩性，对混凝土路面的抗折强度有重大影响，严格控制氧化镁、三氧化硫含量；粗集料：粗集料最大粒径：滑模摊铺混凝土路面粗集料最大粒径，碎石定为30mm，砾石为20mm。粗集料强度和压碎值：压碎值一般不应大于12%，最大不应大于20%。粗集料外形和级配：粗集料针片状含量不大于10%；集料的含土(泥)量和软弱颗粒的影响：土使得抗折强度减小，收缩变大；影响水泥混凝土强度的因素（抗折强度）细集料：细度模数的影响：随着砂细度模数增加，抗折强度和抗压强度均略有增大。当砂越来越粗时，砂对于嵌锁力的贡献逐渐增强，而嵌锁力提高必然带来抗折强度的增大。含泥量的影响：单位水泥用量：随着水泥用量的增大，混凝土抗折强度增大。单位水泥用量增大100kg/m3时，抗压强度可提高35%左右，砾石混凝土抗折强度仅增加5%，碎石混凝土增加12%左右。水灰比：相同水泥用量时，水灰比增加，抗折强度缓慢下降，抗压强度则下降较快。同时增大单位水泥用量和降低水灰比，抗折强度有较明显的提高。38•⑴断裂；⑵唧泥；⑶拱起；⑷错台；⑸接缝挤碎等。9.1混凝土路面的损坏模式和设计要求•一、损坏模式§水泥混凝土路面的损坏模式•(1)断裂•现象：路面板内的应力超过混凝土强度会出现横向、纵向、斜向或板角的拉断和折断裂缝，严重时，裂缝交叉而使路面板破裂成碎块(称破碎板)。•原因：板太薄或轮载过重和作用次数过多，板的平面尺寸大大(使温度应力过大)，地基过量或不均匀下沉使板底脱空失去支承，施工养生期间收缩应力过大或混凝土强度不足，等等。•⑵挤碎•现象：在接缝(主要是胀缝)附近数十厘米范围内的板因受挤压而碎裂。•原因：胀缝内的滑动传力杆排列不正或不能正常滑动，缝隙内有混凝土搭连或落入坚硬的杂屑等，使路面板的伸张受到阻碍，在接缝处边缘部分产生较高的挤压应力而剪裂成碎决。§水泥混凝土路面的损坏模式47§水泥混凝土路面的损坏模式•⑶拱起•现象：混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的板突然向上拱起。•原因：板收缩时接缝缝隙张开，填缝料失效，硬物嵌满缝隙，致使板受热膨胀时产生较大的热压应力，从而出现这种纵向屈曲失稳现象。采用膨胀性较大的石料(如硅质岩石等)作粗集料，容易引起板块拱起。§水泥混凝土路面的损坏模式•⑷唧泥•现象：车辆行经接缝或裂缝时，由缝内喷溅出稀泥浆的现象。•原因：在轮载的频繁作用下，基层(地基)产生塑性变形累积面同混凝土板脱离接触，水分沿缝隙下渗而积聚在脱空的间隙内，又在轮载作用下积水变成有压水，并同基层内浸湿的细料混搅成泥浆，再沿缝隙喷溅出来，唧泥会使路面板边缘和角隅部分逐步失去支撑，而导致断裂。5§水泥混凝土路面的损坏模式•原因：横缝处传荷能力不足，车轮经过时相邻板端部会出现挠度差，使沿缝隙下渗的水带着基层被冲蚀的碎屑向后方板下运动，把该板抬起。胀缝下部填缝板与上部缝槽未能对齐，或胀缝两侧混凝土壁面不垂直，使缝旁两板在伸胀持压过程中，会上下错位而形成错台。当交通量或地基承载力在横向各块板之间不一致时，纵缝止也会产生错台现象。错台的出现，降低了行车的平稳性和舒适性。(5)错台现象：接缝或裂缝两侧路面板端部出现的竖向相对位移。6露骨(polishedaggregates)89脱皮(Scaling)10水泥路面的设计标准水泥路面结构设计的主要内容–路面结构层组合设计–混凝土面板厚度设计–混凝土面板的平面尺寸与接缝设计–路肩设计–混凝土路面的钢筋配筋设计公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路设计基准期（a）30302020•2.轴载当量换算161100nisiiiPNN==双轮组—三轴双轮组—双轴单轮组—单轴双轮组—单轴22.0822.0543.031024.21007.11022.21====iiiiiiiPPP混凝土路面交通等级•1.设计基准期•3.交通调查和轴载分析交通量车道分布系数单向车道数123≧4车道分布系数1.00.8-1.00.6-0.80.5-0.75交通量调查可获得公路设计基准期初期的年平均日交通量（双向）和车辆组成数据，（轻型车对混凝土路面的疲劳损伤可以忽略不计）。考虑车辆在横断面上分布不均匀，且车道数不同，分布概率也不同。NS=N1×方向系数（一般为0.5）×车道分配系数NS——基准初年年平均日交通量AADT(单向)N1——年平均日交通量（双向）•4.标准轴载累计当量作用次数=365]1)1[(NrrNtse公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路0.17-0.22二级、二级以下公路行车道宽＞7m0.34-0.39行车道宽7m0.54-0.62•临界荷位车辆轮迹横向分布系数交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104）＞2000100～20003～100＜3交通分级•5.交通等级划分水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道临界荷位承受的标准轴载当量累计作用次数分为下表所列四级。水泥混凝土路面的力学特性1、混凝土板的强度及模量﹥﹥基层和土基的强度及模量；2、水泥混凝土板本身的抗压强度﹥﹥抗折强度；3、板块厚度相对于平面尺寸较小，板块在荷载作用下的绕度很小；4、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，如收到约束，会在板内产生翘曲应力；5、荷载重复作用，温度梯度反复作用，混凝土板出现疲劳破坏。9.2弹性地基板的应力分析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。•水泥混凝土路面设计理论：弹性地基上的小挠度薄板理论水泥混凝土路面的力学模式水泥混凝土路面的工作及设计特点1、抗弯拉强度抗压强度，决定路面板厚度的强度设计指标是抗弯拉强度；2、车轮荷载作用主要的影响是疲劳效应；3、温度差造成板内有应力出现翘曲变形及翘曲应力，也有疲劳特性；4、板的使用还受限于支承条件，不均匀支承或板底脱空对板内应力的影响极大；设计要求：1.路基和基层设计：要求密实、均匀、稳定和防冻厚度及E大于规定值。2.混凝土材料组成设计：配合比及材料要达到高强、耐磨和抗冻。3.路面板几何尺寸设计：平面尺寸、板厚设计，以使强度（σp,σt）满足要求。4.接缝及配筋设计：选接缝类型、布置接缝位置、确定接缝构造，以提高接缝传荷能力。•《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2002:以弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础，以100KN单轴双轮标准轴载作用于矩形板纵向边缘中部产生的最大荷载应力控制设计。•设计理论与方法弹性地基板体系理论简介•基本概念：•在弹性力学里，两个平行面和垂直于这两个平行面所围成的柱面或棱柱面简称板；两个板面之间的距离h称厚度；平分厚度h的平面称为板的中面。如果板的厚度h远小于中面的最小边尺寸b（如b/8～b/5），这种板称薄板。在薄板弯曲时，中面所形成的称为薄板弹性曲面，而中面内各点在垂直方向的位移称为挠度。弹性地基板体系理论简介•薄板下的地基有两种：–文克勒地基–弹性半无限地基•弹性地基小挠度薄板理论：•混凝土路面板常做成等厚式，其厚度不到平面尺寸的1/10，在轮载作用下的竖向位移(称作挠度)又比厚度小两个数量级，可把混凝土板看作是均质、各向同性、无重量、等厚的小挠度弹性薄板。•采用此理论时三个基本假设：–垂直于中面方向的应变及其微小，可以忽略不计；–垂直于中面的法线，在弯曲变形后均保持为直线并垂直于中面，故无横向剪切应变；–中面上各点无平行于中面的位移。•※板与基础之间始终保持接触，且面剪应力为零。弹性地基板体系理论简介基（垫）层、路基可看成弹性地基，它对路面只有向上的竖向反力，且地基与板完全接触（不脱离），即挠度相同。在研究竖向荷载作用下的小挠度板问题时，常采用下列三项基本假设：1.σz,εz≈0,W为（x，y)的函数。2.无横向剪应变，γxz=γyz=0。3.中面上各点无x、y方向位移，u=v=0,只有W。弹性地基板体系理论简介板挠曲面微分方程===000xyMMZ•平衡方程：板挠曲面微分方程)(1)(1222222ywxwzEEcccyxccx==)xy(1)(122222xy2y==wwzEEcccccyxwzEEccxyccx==2y11(2）)(2222ywxwDMcx=)(2222xwywDMcy=xywDMcxy=2)1(qpyMyxM2xM22xy22x2=)1(1223cchED=qpywyxwxwD=)2(4422444则板挠曲面微分方程为：由几何方程和物理方程，得出应力—应变—位移方程：qp)drdwr1drwd)(drdr1drd(D22