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公路 2002 年 8 月 第 8 期
H IGHWA Y A ug N o
中图分类号:U 416. 216
文献标识码: A
水泥混凝土路面的荷载应力分析
谈至明, 姚祖康, 田 波
同济大学 上海市 200092
摘 要: 介绍新《公路水泥混凝土路面设计规范》中普通混凝土路面结构 单层和双层 的荷载应力计算理论和
方法, 车辆荷载和结构边界条件的处理, 有限元计算结果的回归, 理论解的修正, 以及综合系数的确定方法。
关键词: 水泥混凝土路面; 荷载应力
车辆荷载是水泥混凝土路面结构的主要外部作 式中: Rp s为标准轴载 P s 在四边自由板临界荷位
用之一, 其重复作用是水泥混凝土面层的结构疲劳 处产生的荷载应力; k r 为考虑接缝传荷能力的应力
断裂的直接肇因。新《公路水泥混凝土路面设计规 折减系数; 为考虑设计基准期内荷载应力累计疲
范》中, 设计标准轴载 100 单轴双轮组作用于 劳作用的疲劳应力系数; 为考虑偏载和动载等因
水泥混凝土路面结构临界荷位处 板纵向边缘中部 素对路面疲劳损坏的综合系数。
产生的疲劳荷载应力的计算式为: 下面介绍上述荷载应力计算方法中的计算理
1 论、方法, 车辆荷载和结构边界条件的处理, 有限元
Rp r k r k f k c Rp s
层铺筑前应更换破碎板, 修补裂缝, 磨平错台, 压浆 结在一起, 围绕一个共享的中和面弯曲, 加铺层处于
填封板底脱空, 清除接缝中失效的填缝料和杂物, 并 受压状态, 旧混凝土板处于受拉状态。因此, 旧混凝
重新封缝。此外, 还须采用铣刨、喷射高压水或钢珠、 土板的应力和弯拉强度在设计中起控制作用。
酸蚀等方法, 打毛清理旧混凝土面层表面, 并在清理
后的表面涂敷乳胶和环氧树脂等高强的粘结剂
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文档介绍：
文章编号: Z Z00ZD 08-0015-04 中图分类号: U41 Z1 文献标识码: A水泥混凝土路面的荷载应力分析谈至明9 姚祖康9 田波同济大学上海市 Z000 ZD摘要: 介绍新公路水泥混凝土路面设计规范中普通混凝土路面结构单层和双层D 的荷载应力计算理论和方法9车辆荷载和结构边界条件的处理9有限元计算结果的回归9理论解的修正9以及综合系数的确定方法0关键词: 水泥混凝土路面; 荷载应力车辆荷载是水泥混凝土路面结构的主要外部作用之一9其重复作用是水泥混凝土面层的结构疲劳断裂的直接肇因0 新公路水泥混凝土路面设计规范中9设计标准轴载 100 kN 单轴双轮组D 作用于水泥混凝土路面结构临界荷位处板纵向边缘中部D产生的疲劳荷载应力的计算式为:6pT= T f C 6ps 1D式中: 6ps为标准轴载 Ps 在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力; T 为考虑接缝传荷能力的应力折减系数; f 为考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数; C 为考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的综合系数0下面介绍上述荷载应力计算方法中的计算理论~ 方法9车辆荷载和结构边界条件的处理9有限元收稿日期:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::: Z00Z-07-18层铺筑前应更换破碎板9修补裂缝9磨平错台9压浆填封板底脱空9清除接缝中失效的填缝料和杂物9并重新封缝0此外9还须采用铣刨~ 喷射高压水或钢珠~酸蚀等方法9打毛清理旧混凝土面层表面9并在清理后的表面涂敷乳胶和环氧树脂等高强的粘结剂9以使加铺层混凝土与旧混凝土面层混凝土结合成整体0 由于结合式加铺层薄9层内不设拉杆和传力杆9加铺层的接缝形式和位置必须与旧混凝土面层完全对应9以防加铺层产生反射裂缝或与旧混凝土面层之间出现层间分离0 结合式加铺层与旧混凝土板粘结在一起9围绕一个共享的中和面弯曲9加铺层处于受压状态9旧混凝土板处于受拉状态0 因此9旧混凝土板的应力和弯拉强度在设计中起控制作用0 9 pOsitiOn Design Of Cement COncrete PaVementLIU BO-ying1 9 YAO zu-kangZ1. China ~ighway Planning and design Institute ~PdID COnsultants9 INC. 9 Beijing 1000109 CZ. TOngji UniVersity9 Shanghai Z000 Z9 ChinaDAbstract: The reguirements as well as features Of pOsitiOn design in newly issuedSpecificatiOns fOr Cement COncrete PaVement design fOr ~ighway are intrOduced in this paper.Key wOrds: cement cOncrete paV pOsitiOn; design公路 Z00Z 年 8 月第 8 期~IG~WAY Aug. Z00Z NO. 8计算结果的回归理论解的修正以及考虑偏载和动载等因素的综合系数的确定方法和推导过程O 考虑接缝传荷折减系数的定义和数值未做调整与现有规范相同; 水泥混凝土板的疲劳特性尚无成熟的成果在轴载换算公式中保留了现有规范的 16 次方的关系由此得到疲劳应力系数 f ( = N0. 057 6 D 的指数项为 0. 057O1 设计理论和分析方法在分析车辆荷载作用下的水泥混凝土路面结构效应荷载应力时水泥混凝土路面通常假设为弹性地基上的板O 常用的弹性地基的力学模型有 2种: Winkler 地基模型和弹性半空间体地基模型O 这两种地基模型与实际地基情况均有出入首先它们将地基视为均质体而不能反映路面结构的层状特点; 其次 Winkler 地基模型忽略了地基结构的横向联系而弹性半空间体地基模型则夸大了这种联系O因此理论分析结果需加修正O弹性地基上板的解析解主要局限于无限大板的场合矩形板的解析解极少仅限于几种特殊条件O而水泥混凝土路面的情况较为复杂它被接缝划分为有限尺寸的矩形板板间常有传力杆和( 或D 拉杆联系; 另外还有荷载的动态效应等O 因此目前水泥混凝土路面力学分析的实用方法为数值分析法其中最常用的是有限元法O在新设计规范中水泥混凝土路面结构被处理为弹性半空间体地基上的薄板其主要力学假设为:路面板的弯曲是小挠度板截面竖向拉压和剪切形变可以忽略; 板与地基层间竖向连续水平向光滑无摩阻; 板等截面~ 且材料各向同性O 对于双层水泥混凝土路面结构除了上述假定之外还增加了 2 个假设: ( 1D 双层板层间竖向连续; ( 2D 双层板的泊松比相等O 结构分析计算采用有限元位移法O2 荷载图式和临界荷位车辆荷载有 3 种基本类型: 单轴单轮~ 单轴双轮~ 双轴双轮和三轴双轮O 载重卡车的双轮中心轮距变化在 25~ 34 cm 轮距为 165~ 186 cm 轴距为112~ 140 cmO 根据我国主要载重卡车的情况和保守( 路面结构不利D 原则 3 种基本类型的荷载图式选择如图 1O单位: cm图 1 荷载图示轮胎压印( 接地形状D 采用矩形其宽度取 22 cm和 25 cm 轮胎的接地压力用 Ikeda 给出的轮胎接地压力与轮重和内压的经验关系式( 2D 得到[2]见表 1Op= 0. 004 2P/ + 0. 29pz + 0. 145 ( 2D式中: p 为轮胎接地压力( MpaD ; P/ 为双轮重( kND ; pz 为轮胎内压( MpaD O表 1 轮印和轮压P/ /kN 20 40 60 80 100 120pz /Mpa 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1. 0 1. 05p/Mpa 0. 40 0. 52 0. 63 0. 74 0. 85 0. 95单轮轮宽/cm 22 22 22 24 24 24荷载应力和温度应力产生的综合疲劳损耗为最大的轴载作用位置称之为临界荷位O 分析表明除了纵缝为企口加拉杆且横缝为假缝之外临界荷位均为纵缝边缘中部( 同原规范D O3 四边自由矩形板荷载应力的有限元解轴载作用于四边自由矩形板的临界荷位处产生的板结构最大弯矩与轴载类型和大小~ 面板厚度~混凝土弹性模量~ 地基模量以及板的平面尺寸有关O路面板平面尺寸变化不大板宽变化为 3. 5 ~4. 5 m 板长为 4. 5 ~ 5. 5 m 最常见的为 3. 75& 5 m和 4& 5 m 两种平面尺寸变化对轴载作用临界荷61 公路 2002 年第 8 期位处的板应力应变影响甚微9一般可不予考虑9选择平面尺寸为 4 5 m 的板G 对板结构最大弯矩与轴载类型\ 大小9面板厚度\ 混凝土弹性模量以及地基模量的关系进行了大量的计算9归纳其规律发现2混凝土面板厚度\ 弹性模量以及地基模量对板结构最大弯矩的影响9可用一个综合参数水泥混凝土路1
内容来自淘豆网转载请标明出处.水泥混凝土路面板合理平面尺寸研究--《长安大学》2007年硕士论文
水泥混凝土路面板合理平面尺寸研究
【摘要】：水泥混凝土路面最常见的病害主要是断板、表面的不规则裂缝和裂缝处的损坏。在行车荷载和温度应力的反复作用下,水泥混凝土路面中裂缝或接缝处由于应力集中和水的进入等原因将进一步导致如唧泥、错台、坑洞等病害发生,致使路面结构破坏。开展水泥混凝土路面板合理平面尺寸的研究,并找出接缝长度和路面板厚度之间的相关性规律,对提高水泥混凝土路面结构抗裂性能,优化路面结构设计,改进现有路面设计方法都具有非常重要的意义。
本文首先通过对大量国内外相关文献和研究成果进行研究和总结,以普通水泥混凝土路面为研究对象,运用有限元法分析了不同平面尺寸、不同厚度尺寸的水泥路面板的温度翘曲应力和荷载应力。经分析,得出了四边自由的路面板荷载应力和温度翘曲应力的尺寸效应规律,以及传力杆或水平拉杆对非自由板的应力折减作用。其次分析计算了钢筋对水泥混凝土路面温度翘曲应力与荷载应力的影响,综合各影响因素后得出了寿命期内普通水泥混凝土路面和钢筋水泥混凝土路面的尺寸设计原则。最后,通过统计分析软件对计算结果分析研究,在现行设计规范的设计原则下,同时考虑路面板的荷载应力和温度应力的尺寸效应影响,推荐出不同情况下的普通水泥混凝土路面和钢筋水泥混凝土路面平面尺寸组合。
【关键词】：
【学位授予单位】：长安大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2007【分类号】：U416.216【目录】：
摘要5-6Abstract6-9第一章 绪论9-16 1.1 课题的提出及意义9-10 1.2 国内研究现状10-14 1.3 主要研究内容及技术路线14-16第二章 水泥混凝土路面板的有限元分析仿真模拟16-27 2.1 水泥路面板的有限元仿真原则16-17 2.2 路面板温度翘曲应力分析需要考虑的问题17-20 2.3 路面板荷载应力分析需要考虑的问题20-26 2.4 本章小结26-27第三章 水泥混凝土路面板荷载应力的尺寸效应研究27-40 3.1 水泥混凝土路面板荷载应力尺寸效应概述27-28 3.2 路面层间接触问题的有限元求解28-36 3.3 平面尺寸对板底最不利荷位荷载应力的影响规律研究36-37 3.4 板厚对板底最不利荷位荷载应力的影响规律研究37-38 3.5 非自由板的荷载应力折减系数研究38-39 3.6 本章小结39-40第四章 水泥混凝土路面板温度翘曲应力的尺寸效应研究40-53 4.1 水泥混凝土路面板三维尺寸对温度翘曲应力的影响40-41 4.2 平面尺寸对温度翘曲应力的影响规律研究41-48 4.3 板厚对温度翘曲应力的影响规律研究48-51 4.4 非自由板的温度翘曲应力折减系数研究51-52 4.5 本章小结52-53第五章 钢筋混凝土路面板合理尺寸研究53-62 5.1 钢筋混凝土路面的设计要点53-54 5.2 加筋对混凝土路面板应力的影响54-56 5.3 温缩及干缩应力对钢筋混凝土路面板尺寸的影响56-61 5.4 本章小结61-62第六章 水泥混凝土路面板推荐尺寸62-70 6.1 水泥混凝土路面板平面尺寸设计方法研究62-66 6.2 普通水泥混凝土路面板推荐尺寸66-68 6.3 钢筋混凝土路面板推荐尺寸68-69 6.4 本章小结69-70主要结论及进一步研究的建议70-72 7.1 主要结论70-71 7.2 进一步研究的建议71-72参考文献72-76攻读学位期间取得的研究成果76-77致谢77
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水泥混凝土路面的荷载应力分析
【摘要】：介绍新《公路水泥混凝土路面设计规范》中普通混凝土路面结构 (单层和双层 )的荷载应力计算理论和方法 ,车辆荷载和结构边界条件的处理 ,有限元计算结果的回归 ,理论解的修正 ,以及综合系数的确定方法
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：U416.216【正文快照】：
车辆荷载是水泥混凝土路面结构的主要外部作用之一 ,其重复作用是水泥混凝土面层的结构疲劳断裂的直接肇因。新《公路水泥混凝土路面设计规范》中 ,设计标准轴载 (1 0 0 k N单轴双轮组 )作用于水泥混凝土路面结构临界荷位处 (板纵向边缘中部 )产生的疲劳荷载应力的计算式为 :
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