《路面設(shè)計(jì)原理》講稿--水泥混凝土路面的溫度應(yīng)力分析

《《路面設(shè)計(jì)原理》講稿--水泥混凝土路面的溫度應(yīng)力分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。

1、路面設(shè)計(jì)原理與方法§6-4水泥混凝土路面的溫度應(yīng)力分析混凝土路面受周圍溫度變化的影響，它的線長量與體積量都會(huì)發(fā)生變化?；炷磷鳛橐环N溫度線彈性體，它的變形與發(fā)生變形前后的溫差成正比，其相對(duì)線應(yīng)變?yōu)椋海?-98）式中溫度變形系數(shù)α的取值，如前所述，在實(shí)際計(jì)算中，通常可用α=0.00001；而T為變形前后的溫度差?；炷馏w積的變形為三向線應(yīng)變之的，（6-99）混凝土路面內(nèi)溫度變形是否引起溫度應(yīng)力，主要取決于溫度變形是否受到約束，假如溫度變形能自由地開展，不受約束，則并無溫度應(yīng)力產(chǎn)生，若是變形受到約束，

2、則溫度應(yīng)力隨之而產(chǎn)生。一．溫度均勻分布時(shí)的變形與應(yīng)力3．由于基礎(chǔ)與路面板之間的摩擦阻力引起的應(yīng)力與變形混凝土路面因溫度變化產(chǎn)生的溫度變形受到約束阻力而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。其中路面板與基礎(chǔ)之間存在摩擦阻力是一種主要的約束。這種阻力，不同于一般所認(rèn)為的面板底部與基礎(chǔ)表面之間的滑動(dòng)摩擦。由于現(xiàn)場澆筑的混凝土的水泥漿滲入基礎(chǔ)，與基礎(chǔ)表層材料粘結(jié)成整體，當(dāng)面板出現(xiàn)滑動(dòng)趨勢時(shí)，阻力來自基礎(chǔ)材料內(nèi)部的水平抗剪力。因此，這種摩擦阻力在數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般的摩擦阻力。當(dāng)路面板的溫度改變時(shí)，體積也隨之變化，路面與基層之間的摩

3、擦力對(duì)變形起抑制作用，從而引起路面板內(nèi)部的溫度應(yīng)力。圖6-18表示一長度為L的混凝土路面板在溫度發(fā)生變化時(shí)，所產(chǎn)生的位移δ，作用于板底的摩擦應(yīng)力τ，以及混凝土板體內(nèi)部應(yīng)力σ沿板長L的分布。圖6-18由圖6-18可以看出，位移δ的分布，在板的兩端最大，因?yàn)槎瞬坎皇苋魏渭s束，從端部向板長的中心O點(diǎn)發(fā)展，由于累計(jì)的摩擦阻力逐漸加大，約束逐漸增大，則位移量逐漸減小，至L以后，則完全沒有位移發(fā)生。摩擦阻力的分布與位移的趨勢有關(guān)，據(jù)調(diào)查，當(dāng)位移的趨勢至少為1.5mm時(shí)摩擦應(yīng)力才能產(chǎn)生，因此由面板端部至L的范圍

4、以內(nèi)，τ是均勻分布的。（6-117）式中：τ——路面板與基礎(chǔ)之間的摩擦應(yīng)力；ρ——混凝土的密度(單位重)；h——路面板的厚度；f——摩擦阻力系數(shù)，取值為1.0～2.0，平均取1.5。第78頁路面設(shè)計(jì)原理與方法根據(jù)路面板的位移趨勢與承受摩擦阻力的情況，可以將長度為L的路面板分為滑動(dòng)區(qū)(AB、CD)和固定區(qū)(BC)。在固定區(qū)內(nèi)面板無位移發(fā)生，因而也不產(chǎn)生摩擦阻力。在滑動(dòng)區(qū)，面板產(chǎn)生不同程度的位移，同時(shí)存在摩擦阻力。路面板內(nèi)應(yīng)力σ的分布，對(duì)于兩個(gè)不同的區(qū)段，可分別計(jì)算。在固定區(qū)BC以內(nèi)，面板無位移發(fā)生，

5、形似完全固端約束，其溫度應(yīng)力為：（6-118）式中：Tn——溫差，通?？扇∈┕囟扰c最高(或最低)溫度之差。在滑動(dòng)區(qū)AB、CD以內(nèi)，板體應(yīng)力可按下式計(jì)算：（6-119）式中：x——計(jì)算位置至端部的距離。若將L1代入式(6-119)，即可得到滑動(dòng)區(qū)內(nèi)最大的應(yīng)力(B點(diǎn)、C點(diǎn))即（6-120）由于B點(diǎn)C點(diǎn)的應(yīng)力與固定區(qū)應(yīng)力是相等的，將式(6-120)代入式(6-118)，可以得出滑動(dòng)區(qū)的長度L1。（6-121）由式(6-121)可以明顯看出，滑動(dòng)區(qū)的范圍L1與路面板的長度L無關(guān)，并不同人們認(rèn)為的板越長，

6、滑動(dòng)的范圍越大?；瑒?dòng)區(qū)范圍的影響因素，除了混凝土本身的物理特性(α，E，ρ)之外，主要決定于Tn與f，所以只要選擇適當(dāng)?shù)氖┕ぜ竟?jié)，采用摩擦阻力較大的基層，便可以對(duì)滑動(dòng)區(qū)的范圍進(jìn)行控制。對(duì)于端部A點(diǎn)及D點(diǎn)的位移量δA、δD也可以進(jìn)行如下估算，將完全處于自由無約束狀態(tài)的路面板，因溫度產(chǎn)生的位移，減去約束力所抵消的那部分位移，便可得出δA及δD，（6-122）由式(6-122)可以看出，路面板兩端的最大位移量除了決定于混凝土材料的物理特性之外，主要決定于溫差Tn與摩擦系數(shù)f。若能對(duì)施工溫度及最大溫差嚴(yán)格

7、控制，并且通過選擇基層材料，以增大f值，同樣可以控制端部的位移量。位移量同路面的總長度無關(guān)。這一結(jié)論對(duì)于設(shè)計(jì)長脹縫或無脹縫混凝土路面有現(xiàn)實(shí)意義。由式(6-122)還可以看出，為了控制位移，應(yīng)該選取f值較大的基層材料。早期的混凝土路面結(jié)構(gòu)，采用很厚的砂墊層，結(jié)果由于f值很小而產(chǎn)生過大的推移，因此，大部分國家已不再使用。三．考慮地基支承作用時(shí)，水泥混凝土路面的溫度應(yīng)力溫度沿著混凝土路面板的厚度方向分布不均勻時(shí)，板體就有可能產(chǎn)生不均勻的變形而引起翹曲。假如翹曲受到阻止，就產(chǎn)生翹曲應(yīng)力。如對(duì)于對(duì)稱形拋物線

8、分布與對(duì)稱形圓曲線分布，由于板體本身變形的自我約束，因而即使沒有外界約束，也不會(huì)產(chǎn)生翹曲，此時(shí)，假如沒有外荷載作用，則不會(huì)產(chǎn)生豎向位移，因而在這種情況下，地基支承對(duì)溫度應(yīng)力無關(guān)。此外，假如邊界受到嚴(yán)格的嵌制作用，則板體也無產(chǎn)生翹曲的可能，則地基支承也不會(huì)產(chǎn)生作用。只有當(dāng)板體內(nèi)部的自我約束及邊界條件不能完全阻止路面板的翹曲，面板有可能產(chǎn)生向上或向下的豎向位移時(shí)，地基支承將通過它的與位移方向相反的反作用力，部分地限止了板體的位移，致使板內(nèi)的溫度應(yīng)力更加復(fù)雜化。威斯特卡德研究了溫克勒地基