圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台16.1 复习笔记
【知识框架】
混凝土路面结构特征 混凝土路面结构设计内容 概述 混凝土路面结构设计原则 混凝土路面结构设计理论与方法 混凝土路面交通等级 小挠度弹性薄板的基本假设 弹性地基板体系理论简介 板挠曲面微分方程 温克勒地基板的荷载应力分析 水泥混凝土路面应力分析 弹性半空间体地基板的荷载应力分析 水泥混凝土路面温度应力分析 路面可靠度的定义和极限状态函数 路面结构的目标可靠度 水泥混凝土路面可靠度设计 设计参数均值的取值和变异系数范围 路面结构可靠度的计算 路面结构的可靠性设计 面层混凝土板 水泥混凝土路面结构组合设计 混凝土路面基层结构 混凝土路面垫层结构 混凝土路面的路基结构 目标可靠度与疲劳极限状态方程式 弯拉应力分析及厚度设计 我国水泥混凝土路面设计方法 接缝设计 混凝土面板配筋设计 加铺层结构设计 混凝土路面板厚度计算示例 水泥混凝土路面设计 【重点难点归纳】
一、概述
1．混凝土路面结构特征（1）水泥混凝土路面的特点
同柔性路面相比，水泥混凝土路面有其自身的特点：
①混凝土路面板的弹性模量及力学强度大大高于基层和土基的相应模量和强度；②混凝土的抗弯拉强度远小于抗压强度，约为其1/7～1/6，因此取水泥混凝土板的抗弯拉强度指标作为设计指标；
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圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台③混凝土板与基层或土基之间的摩阻力一般不大，可把水泥混凝土路面结构看作是弹性地基板，用弹性地基板理论进行分析计算。
（2）水泥混凝土路面的破坏类型
水泥混凝土路面在行车荷载和环境因素的作用下可能出现的破坏类型主要有：①断裂；②唧泥；③错台；④拱起；⑤接缝挤碎等。
从保证路面结构承载能力的角度，混凝土路面结构设计应以防止面层板断裂为主要设计标准；路面板为防止荷载及温度的综合作用产生的疲劳开裂，必须使荷载疲劳应力（σp）与温度疲劳翘曲应力（σt）之和不超过混凝土的抗弯拉强度。
2．混凝土路面结构设计内容
水泥混凝土路面结构设计主要包括以下内容：
①路面结构层组合设计；②混凝土面板厚度设计；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。
3．混凝土路面结构设计原则
（1）路面结构设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，密切结合本地区实践经验，将混凝土路面板按重要工程结构的要求完成设计，尽可能使用当地材料修建。
（2）在满足交通量与使用要求的前提下，应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则进行混凝土路面设计方案的比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠的方案。
（3）应结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果，积极、慎重地运用行之有效的新材料、新工艺、新技术，以达到确保工程质量与耐久性的目的。
（4）路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护，自然生态的平衡，有利于施工、养
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圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台护工作人员的健康与安全。
（5）为确保工程质量，应尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。（6）对于地处不良地基的路段，应采取有效措施加快稳定路基沉降。4．混凝土路面结构设计理论与方法
混凝土路面设计方法以弹性地基板的荷载应力、温度应力分析方法为基本理论，以混凝土路面板的弯拉应力作为极限状态和设计控制指标。混凝土的极限控制指标用疲劳极限应力表示。在地基模型方面，一般采用温克勒地基模型和弹性半空间均质地基模型。
《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2002）列出的设计方法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。设计方法采用了可靠度设计方法，以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态。
5．混凝土路面交通等级（1）混凝土路面设计基准期
路面设计基准期是指计算路面结构可靠度时，考虑各项基本度量与时间关系所取用的基准时间。
混凝土路面设计基准期与公路等级有关，通常可参照表16-1-1选定。
表16-1-1 公路混凝土路面设计基准期参考值
（2）标准轴载及轴载当量换算
水泥混凝土路面结构设计以100kN单轴—双轮组荷载为标准轴载。不同轴—轮型和轴载的作用次数，应按式（16-1-1）换算为标准轴载的作用次数。
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100i?1n台(16-1-1)
式中，NS为100kN的单轴—双轮组标准轴载的通行次数；Pi为各类轴—轮型i级轴载的总重（kN）；n为轴型和轴载级位数；Ni为各类轴—轮型i级轴载的通行次数；δi为轴—轮型系数。
单轴—双轮组：
?i?1.0
单轴—单轮组：
（16-1-1a）
?i?2.22?103Pi?0.43
双轴—双轮组：
（16-1-1b）
?i?1.07?10?5Pi?0.22
三轴—双轮组：
（16-1-1c）
?i?2.24?10?8Pi?0.22
（3）交通调查与轴载分析
（16-1-1d）
通过当地交通量观测站历年统计资料进行交通调查，用于分析并提出设计车道的年平均日货车交通量ADTT以及设计基准期内的交通量年平均增长率gr。
公路通行车辆在横断面上的分布是不均匀的，根据统计规律，车道数不同，分布概率不同。调查获得的双向年平均日货车交通量，应乘以方向系数（通常为0.5）和车道分布系数（表16-1-2）才能得到设计车道在设计基准期初期的年平均日货车交通量ADTT（单向）。
表16-1-2 交通量车道分布系数
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圣才电子书 www.100xuexi.com十万种考研考证电子书、题库视频学习平台各种轴型不同轴载级位的标准轴载当量换算系数按式（16-1-2）计算。
Kp,ij??ij()16
100Pij（16-1-2）
式中，Kp，ij为各种轴型不同轴载级位的标准轴载当量换算系数；i为轴型（单轴、双轴、三轴）；j为轴载级位；Pij为i种轴型j级轴载的轴重（kN）；δ为i种轴型j级轴载的轴—轮系数，按式（16-1-1）确定。
由轴载谱和轴载当量换算系数Kp，ij即可按式（16-1-3）计算得到设计车道在设计基准期初期的标准轴载日作用次数Ns。
Ns?ADTT1000?n?(Kiijp,ij?Pij) （16-1-3）
式中，Ns为设计车道设计基准期初期的标准轴载日作用次数；ni为每1000辆2轴6轮以上客、货车辆中i种轴型出现的次数；Pij为i种轴型j级轴载的频率（以分数计）。
设计基准期内交通量的年平均增长率gr可以通过交通观测点多年的交通统计资料进行分析，同时参考当地经济与交通发展的宏观形势，并根据公路的等级及其承担的功能，通过论证后确定。
（4）标准轴载累计当量作用次数Ne
设计基准期内混凝土面板临界荷位处所承受的标准轴载累计当量作用次数Ne，可以通过式（16-1-4）计算确定。
tNs??(1?g)?1?r???365?? Ne?gr（16-1-4）
式中，Ne为标准轴载累计当量作用次数；t为设计基准期（年）；gr为交通量年平均增长率；η为临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表16-1-3选用。
表16-1-3 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数
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邓学钧《路面路基工程》(第3版)(复习笔记 水泥混凝土路面设计)
