【文章內(nèi)容簡介】 Kc——考慮超載和動載等因素對路面疲勞損壞的綜合影響系數(shù)。 (1) σps的計算 根據(jù)大量的計算結(jié)果，可以繪制出單軸軸載作用于縱縫邊緣中部的應(yīng)力計算用圖，如圖284。同時，利用同樣的計算結(jié)果可回歸出荷載應(yīng)力的計算公式，對于作用荷載為標(biāo)準(zhǔn)軸載的情況，則該式可簡化為： (2)Kr的計算 混凝土路面的接縫具有一定的傳荷能力?？v縫通常有三種形式：不設(shè)拉桿的平縫或假縫，設(shè)拉桿的平縫或假縫，設(shè)拉桿的企口縫。第一種接縫，由于在使用過程中，其縫隙會逐漸變寬而喪失傳荷能力，類似于自由縱邊，第二和第三種縱縫，由于拉桿將相鄰板拉住，具有一定的傳荷能力，企口縫比平縫的傳荷能力大些。 ~(剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值)；不設(shè)拉桿的平縫或自由邊。(3)Kf的計算混凝土路面承受行車荷載的重復(fù)疲勞作用，其疲勞應(yīng)力系數(shù)可按式(2812)確定。 Kf= (2812)4．溫度應(yīng)力計算 混凝土面板內(nèi)的溫度沿其截面呈非線性分布。它一方面使混凝土面板由于板頂和板底的溫度差而產(chǎn)生翹曲應(yīng)力，另一方面出于板截面的平面變形而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。溫度梯度作用在板邊緣中點(diǎn)處產(chǎn)生的溫度疲勞心力，可按式(2813)確定。 σt=Ktσtm (2813)式中：σtm ——最大溫度梯度時混凝土而板的溫度應(yīng)力，MPa； Kt——考慮溫度應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。 (1) σtm的計算最大溫度梯度時混凝土面板的溫度應(yīng)力(MPa)，按式(2814)確定(2)Kt的計算混凝土路面承受著不斷變化的溫度梯度作用，為了考慮其累計疲勞損耗，采用了與考慮荷載應(yīng)力累計疲共損耗相同的方法，依據(jù)等效疲勞損耗原則和混凝土疲勞方程，將經(jīng)歷日變化和年變化的溫度應(yīng)力等效地轉(zhuǎn)換成由最大溫度應(yīng)力和疲勞溫度應(yīng)力系數(shù)組成的疲勞溫度應(yīng)力。混凝土的溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)Kt，按所在地區(qū)公路自然區(qū)劃和最大溫度應(yīng)力與混凝土設(shè)計彎拉強(qiáng)度的比值σtm/fcm，由表2810確定。 (2)板厚的確定 按路面所承受的交通等級，參照表2811選擇初估板厚，由式(289)和2813分別求得荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力。當(dāng)兩者之和不大于混凝土設(shè)計彎拉強(qiáng)度fcm的103％和不低于fcm的95％時，則初估板厚可作為設(shè)計板厚。否則，應(yīng)改選切估板厚，或改變板的平面尺寸，重新計算，直到滿足上述要求為止。 三、混凝土板厚的計算步驟 1．收集交通資料，包括：初始年日平均交通量和交通組成(即各種車輛的比例)，方向分配系數(shù)(來向和去向的比例)和車道分配系數(shù)(每個方向有兩個以上車道時每個車道的比例)，交通量的年平均增長率。 2．利用以上資料，計算設(shè)計車道上的初始年日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)Ns；按表281確定公路的交通等級；按表282確定其設(shè)計使用年限T；根據(jù)公路的交通組成狀況和車道寬度，按表283選定輪跡橫向分布系數(shù)η；然后計算設(shè)計車道使用年限內(nèi)的標(biāo)難軸載累計作用次數(shù)Ne。 3．初擬路面結(jié)構(gòu)，包括：路基干濕類型和土質(zhì)，墊層類型和厚度，基層類型和厚度，面板初估厚度和平面尺寸。 4．根據(jù)混凝土設(shè)汁彎拉強(qiáng)度的最低要求，進(jìn)行混凝土混合料組成設(shè)計。通過對混合料的強(qiáng)度測試，確定28天或90天設(shè)計彎拉強(qiáng)度fcm，并且確定混凝土的彎拉彈性模量Ec。 5．確定基層頂面計算回彈模量Etc。對于新建公路，按初擬路面結(jié)構(gòu)，確定各層的彈性模量，并利用圖281確定基層頂面當(dāng)量回彈模量；對于老路，用承載扳或彎沉法確定基層頂面的當(dāng)量回彈模量Et。然后，按式(285)和式(286)計算基層頂面的計算回彈模量。 6．計算荷載疲勞應(yīng)力σp。先利用圖284確定標(biāo)準(zhǔn)荷載產(chǎn)生的荷載應(yīng)力；依據(jù)縱縫類型相交通等級，選定應(yīng)力折減系數(shù)Kr和綜合影響系數(shù)Kc(表284)。由第2步中得到的Ne，按式(2812)計算確定疲勞荷載應(yīng)力系數(shù)Kf。將以上各項相乘后即得到荷載疲勞應(yīng)力σp。 7．計算溫度疲勞應(yīng)力σt。由表286，按公路所在自然區(qū)劃選取最大溫度梯度Tg，按式(2811)計算路面結(jié)構(gòu)的相對剛度半徑r，按相對板長L／r和板厚h，出圖285查取溫度應(yīng)力系數(shù)Kx。由式(2814)計算確定最大溫度梯度時的溫度應(yīng)力σtm、按σtm/fcm和公路所在地區(qū)的自然區(qū)劃，查表2810確定溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)Kt。σtm同Kt相乘即得到溫度疲勞應(yīng)力σt。 8．檢驗σt與σp之和是否滿足下列要求： 0．95fcm≤σp十σt ≤如滿足，則初估定厚度可以作為設(shè)計厚度。如不滿足，則重新擬定路面結(jié)構(gòu)，重復(fù)第5步以下的計算，直到上述要求滿足為止，設(shè)計厚度取整至厘米。 四、設(shè)計示例 河南某地(Ⅱ5區(qū))一級公路擬建水泥混凝土路面，由交通調(diào)查和預(yù)測得知，設(shè)計車道在使用初期的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)為880次／日 。路基土的回彈模量為20Mpa。試確定混凝土面板所需厚度和板平面尺寸。 [解] 1．交通分析 由表281和表282，此路面屬重交通，設(shè)計使用年限為30年。取交通量年平均增長率為5％。由式(283)，可計算得到設(shè)計年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù)Ne為 2．初擬路面結(jié)構(gòu) 由表2811初估混凝土面層厚24cm?；鶎舆x用水泥穩(wěn)定砂礫，厚20cm，E2=400Mpa。墊層為天然砂礫，厚20cm，E3=150MPa。板的平面尺寸選為寬3．75m?？v縫為拉桿平縫，橫縫為不設(shè)傳力桿的縮縫(假縫)。 3．板和地基模量值的確定 按表285，取混凝土的設(shè)計抗彎強(qiáng)度fcm=，彎拉彈性模量Ec＝104MPa由墊層和路基的模量比E3／E0＝150／20＝7．5，墊層厚20cm，查圖281，可得墊層頂面的當(dāng)量模量為Et’／E0＝2．44，Et＝2．44x 20＝48．8MPa。由基層和Et’的模量比E2／E’t＝400／48．8＝8．20，基層厚20cm，查圖281，可得Et’＝2．54，由此，基層頂面的當(dāng)量模量Et＝2．54x 488＝124MPa。滿足表288中對基層頂面當(dāng)量回彈模量的要求(100MPa)。由式(287)，計算荷載應(yīng)力時的模量修正系數(shù)n為：基層頂面的計算回彈模量Etc＝nEt=1．76x124＝218．2MPa 由式(286)，基層頂面的計算回彈模量Etc 0．35124＝43．4MPa。 4．荷載疲勞應(yīng)力 由Ec／Etc＝30x104／218．2==。由表284，可得板邊緣中部的最大應(yīng)力為σps＝1．49MPa。 因縱縫為設(shè)拉桿平縫，取應(yīng)力折減系數(shù)Kr＝o．87。由表284，選用重交通的綜合系數(shù)Kc=1．35。 按式(2812)，得疲勞應(yīng)力系數(shù)Kf為 Kf=＝(4．268106)＝2．20于是，荷載疲勞應(yīng)力為 σp=KrKfKcσps＝O．87x 2．201．351．49＝3．85MPa 5．溫度疲勞應(yīng)力 河南Ⅱ5區(qū)，由表286取最大溫度梯度Tg＝176。C／cm 由式(2811)，混凝土結(jié)構(gòu)的相對剛度半徑為 r＝0．537h(Ec／Etc)1/3＝(30000／43．4)1/3＝114cm板長為5m，L/r=5／1．14＝4．386。當(dāng)L/r=4．386和h＝24cm時，由圖285可查到Kx＝由式(2814)，得板邊緣中點(diǎn)在最大溫度梯度時的溫度應(yīng)力為：混凝土的設(shè)計抗彎拉強(qiáng)度為fcm=5MPa。由δtm／fcm＝／=，查表2810可得到Ⅱ5區(qū)的溫度應(yīng)力疲勞作用系數(shù)為Kt＝ 由此，由式(2813)。計算溫度疲勞應(yīng)力為 σt＝Ktσtm=2．04＝1．16MPa 6．檢驗初擬厚度 σp十σt＝3．85+＝5．01MPa=≤σp十σt =≤=因而，所選路面厚度(24M)可以承受荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用，選用這—結(jié)構(gòu)。 第104節(jié) 水泥混凝土路面的構(gòu)造 一、接縫設(shè)置的原因混凝上面層是由一定厚度的混凝土面板組成的，具有熱脹冷縮的性質(zhì)。由于一年四季氣溫的變化，混凝土板會產(chǎn)生不同程度的膨脹和收縮。而在一晝夜戶，白天氣溫升高，混凝土板頂面溫度較底面為高，這種濕度坡差會造成面板的中部突起。夜間氣溫降低，混凝土板頂面溫度較底面為低，會使板的周圍和角隅翹起；(如圖286a)。這些變形會受到面板與基礎(chǔ)之間的摩阻力和粘結(jié)力，以及板自重和車輪荷載等的約束。致使板內(nèi)產(chǎn)生過大的應(yīng)力，造