水泥混凝土路面板厚设计分析

工程科技　民营科技２０１３年第１０期　水泥混凝土路面板厚设计分析　武新明　（黑龙江省龙建路桥第二工程有限公司，黑龙江安达１５１４００）　摘要：通过对水泥混凝土板厚与综合疲劳应力之间的关系，建议结合工程实际情况，充分考虑各种参数的变异性，在保证工程质　量的基础上，选择合适的板厚，控制投资，从而增加投资效益。　关键词：水泥混凝土；面板厚度；设计分析　１设计依据　准期内，在规定的交通和环境条件下，行车荷载疲劳应力和湿度梯度　１．１安全等级与目标可靠度。公路工程结构的设计安全等级，根据结　疲劳应力的总和不超过混凝土强度的概率。　构破坏可能产生的后果的严重程度划分。《公路工程结构可靠度设计　可靠度系数是指为保证所设计的结构具有规定的可靠度，而在　统一标准》（ＧＤ厂Ｉ１５０２８３）规定公路工程结构的设计安全等级为三个等　极限状态设计表达式中采用的单一综合系数。可靠度系数是目标可靠　级，路面工程的安全等级仅考虑高速公路、一级公路和二级公路，相应　度及设计参数变异水平等级和相应的变异系数的函数。设计时，可依　的安全等级要求规定为一级、二级和三级。现行规范的可靠性设计方　据各设计参数变异系数值在各变异水平等级变化范围内的情况选择　法适用于各等级公路，因而除了维持原有安全等级规定外，还为三、四　可靠度系数。　级公路增加—个　十安全等级，即四级，并规定其设计基准期为２０　２荷载疲劳应力分析　年，而相应的目标可靠度与目标可靠度指标是根据前三个等级的数值　２．１标准轴应力盯。　的计算。实际水泥混凝土路面板的基础是由土　逐级递减得到的。　基、垫层或基层组成的层状结构，各层材料具有不同的性质。不同的施　目标可靠度是所设计路面结构应具有的可靠度水平，是可靠度　压面积会影响到不同的地基深度；不同的压力分布会使地基内不同位　结构设计方法的依据。目标可靠度定得较高，则所岗十的路面结构较　置具有不同的应力和应变状态。因此，承载板作用下的荷载——位移　厚，初期建设费用较高，但使用期间的养护费和车辆运行费较低；目标　关系显然不同于混凝土板下地基的压力和挠度关系，由承载板测定得　可靠度定得较低，则初期建设费用可降低，但养护费和车辆运行费较　到回弹模量也就不同于板下地基的弹性模量。因此，按弯沉等效原则　高。因此，选取合适的目标可靠度须通过对不同目标可靠度方案进行　求得的基层顶面当量回弹模量Ｅ．的泊松比　值不能很好地表征地　寿命周期内的费用—效益分析后确定，但这种方法需要分析使用期内　基特陛，需引入一个系数（基层地面当量回弹模量修正系数）ｎ加以修　大量的路面状况和费用的数据，且只能针对个体项目进行。现行规范　正，才能使计算结果符合实际。　采用“校准法”来确定目标可靠度。“校准法”是对按原规范和确定型设　２．２荷载应力系数。１）考虑接缝传荷能力的应力折减系数ｋｒｃ混凝土　计方法设汁的路面进行隐含可靠度的分析，参照隐含可靠度制定目标　路面接缝具有一定的传荷能力。按四边自由的矩形板计算得到的板边　可靠度，则所设计的路面结构接纳了以往工程设计和使用经验，包含　应力，还应按接缝的类型及其传荷能力进行相应的应力折减。接缝传　了原有设计方法相等的可接受ｌ生和经济合理ｌ生。通过分析多条已建混　荷能力可采用弯沉传荷系数Ｌｗ或应力折减系数ｋ　表征。分别为未受　凝土路面的隐含可靠度，并结合国外的数据和沥青路面的隐含可靠　荷板和受荷板边缘的弯沉值。２）荷载疲劳应力系数ｋ　考虑设计基准　度，现行规范规定出了各级公路的目标可靠度指标。各级公路水泥混　期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数ｋ　，依据混凝土双对数形　凝土路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期、目标可靠度指标　式的疲劳方程：　和目标可靠度，应符合表的规定。　水泥混凝土路面可靠度设计标准　ｌ　￡＿　ｌｇ—ｂｌｇＮ　式中盯．『＿—荷载应用；　盯　＿、温度应力。　２．３综合系数ｋｅ。设计方法中采用１００ｋＮ的轴承为标准轴载，这一　轴载为静载。而车辆在行驶过程中，由于路表面的不平整和车量本身　的振动，实际作用在路面上的轴载值是随机波动的，时而高于静载，时　而低于静载。动载对路面结构的不利影响，在路面谢十中可通过引入　—个静载产生的应力的扩大系数来加以考虑，这一系数可称为动荷系　数。试验结构表明，动荷系数服从正态分布，其变异系数随车速增大而　略有增长，并随轴载增加而减小。按我国现有的平整度水平，在　６０ｋｍ／ｈ左右车速时，对于１００ｋＮ的轴载，动荷系数变动在ｌ｜１０～１．２０　各安全等级路面的材料性能和结构尺寸参数的变异水平等级，　之间。　宜按上表的建议选用，也可按施工技术、施工质量控制和管理要求达　车辆荷载主管超载外，常因计量、判断等原因导致实际轴载超出　到和可能达到的具体水平，选用其他等级。但对于高速公路和一级公　额定轴载，使路面实际经受的疲劳损耗比按标准　接　寸算得到的　路的路面，为了保证良好的工程质量，不应降低变异水平等级。　要高。为此，在设计中需引入超载系数，以考虑这一情况。此外，货车在　１．２变异水平等级与变异系数。在路面结构设计参数中，变异Ｉ生较为　前后轴、左右轮荷载量分配的不均衡引起的偏载现象、路面结构厚度　显著且对路面结构疲劳寿命影响较大的结构参数为板厚ｈ、混凝土弯　和材料胜质的变异、交通参数和环境影响预估的偏差，以及计算理论　拉强度大和弯拉弹性模量尺及基层顶面当量回弹模量Ｅｌ四个结构参　与实际的差别等，也将影响疲劳损耗和设计可靠陛。为此，现行规范在　数。统计结果表明，材料胜能和结构尺寸参数均可假定服从对数正态　考虑公路等级设计车速和近年来我国公路路面状况改善等因素的基　分布，其变异水平（用变异系数表征）分为高、中、低三级。　础上，引入综合系数ｋｅ来综合考虑上述各方面的影响。　１．３旧面结构可靠度与可缩度系数。路面结构可靠度可以定义为，在　参考文献　规定的时间内和条件下，路面使用性能满足预定要求的概率。现行路　【１】赵晓燕，唐庆．水泥混凝土路面板厚设计方法的探讨明．中国市政工　面没ｉ怯　范的水泥混凝土结构设计方法仅考虑满足路面的结构性能　程．２００６（４）：９７．　要求，并以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设ｉｒ十极　［２］马峰，傅珍，沈月强．水泥混凝土路面板厚设计的温度应力系数计　限状态。因此，混凝土路面结构可靠度也可以定义为：在规定的设计基　算叨．长安大学学报（自然科学版），２００７（１）：２４６．