《路面设计原理》讲稿水泥混凝土路面的温度应力分析.doc
《《路面设计原理》讲稿水泥混凝土路面的温度应力分析.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《路面设计原理》讲稿水泥混凝土路面的温度应力分析.doc(7页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、6-4 水泥混凝土路面的温度应力分析 混凝土路面受周围温度变化的影响,它的线长量与体积量都会发生变化。混凝土作为一种温度线弹性体,它的变形与发生变形前后的温差成正比,其相对线应变为: (6-98)式中温度变形系数的取值,如前所述,在实际计算中,通常可用=0.00001;而T为变形前后的温度差。混凝土体积的变形为三向线应变之的, (6-99) 混凝土路面内温度变形是否引起温度应力,主要取决于温度变形是否受到约束,假如温度变形能自由地开展,不受约束,则并无温度应力产生,若是变形受到约束,则温度应力随之而产生。一温度均匀分布时的变形与应力 3 由于基础与路面板之间的摩擦阻力引起的应力与变形 混凝土路
2、面因温度变化产生的温度变形受到约束阻力而产生温度应力。其中路面板与基础之间存在摩擦阻力是一种主要的约束。这种阻力,不同于一般所认为的面板底部与基础表面之间的滑动摩擦。由于现场浇筑的混凝土的水泥浆渗入基础,与基础表层材料粘结成整体,当面板出现滑动趋势时,阻力来自基础材料内部的水平抗剪力。因此,这种摩擦阻力在数量上远远超过一般的摩擦阻力。当路面板的温度改变时,体积也随之变化,路面与基层之间的摩擦力对变形起抑制作用,从而引起路面板内部的温度应力。图6-18表示一长度为L的混凝土路面板在温度发生变化时,所产生的位移,作用于板底的摩擦应力,以及混凝土板体内部应力沿板长L的分布。图6-18由图6-18可以
3、看出,位移的分布,在板的两端最大,因为端部不受任何约束,从端部向板长的中心O点发展,由于累计的摩擦阻力逐渐加大,约束逐渐增大,则位移量逐渐减小,至L以后,则完全没有位移发生。摩擦阻力的分布与位移的趋势有关,据调查,当位移的趋势至少为1.5mm时摩擦应力才能产生,因此由面板端部至L的范围以内,是均匀分布的。 (6-117)式中:路面板与基础之间的摩擦应力; 混凝土的密度(单位重); h路面板的厚度; f摩擦阻力系数,取值为1.02.0,平均取1.5。 根据路面板的位移趋势与承受摩擦阻力的情况,可以将长度为L的路面板分为滑动区(AB、CD)和固定区(BC)。在固定区内面板无位移发生,因而也不产生摩
4、擦阻力。在滑动区,面板产生不同程度的位移,同时存在摩擦阻力。 路面板内应力的分布,对于两个不同的区段,可分别计算。在固定区BC以内,面板无位移发生,形似完全固端约束,其温度应力为: (6-118)式中:Tn温差,通常可取施工温度与最高(或最低)温度之差。在滑动区AB、CD以内,板体应力可按下式计算: (6-119)式中:x计算位置至端部的距离。若将L1代入式(6-119),即可得到滑动区内最大的应力(B点、C点)即 (6-120)由于B点C点的应力与固定区应力是相等的,将式(6-120)代入式(6-118),可以得出滑动区的长度L1。 (6-121)由式(6-121)可以明显看出,滑动区的范围
5、L1与路面板的长度L无关,并不同人们认为的板越长,滑动的范围越大。滑动区范围的影响因素,除了混凝土本身的物理特性(,E,)之外,主要决定于Tn与f,所以只要选择适当的施工季节,采用摩擦阻力较大的基层,便可以对滑动区的范围进行控制。对于端部A点及D点的位移量A、D也可以进行如下估算,将完全处于自由无约束状态的路面板,因温度产生的位移,减去约束力所抵消的那部分位移,便可得出A及D, (6-122) 由式(6-122)可以看出,路面板两端的最大位移量除了决定于混凝土材料的物理特性之外,主要决定于温差Tn与摩擦系数f。若能对施工温度及最大温差严格控制,并且通过选择基层材料,以增大f值,同样可以控制端部
6、的位移量。位移量同路面的总长度无关。这一结论对于设计长胀缝或无胀缝混凝土路面有现实意义。由式(6-122)还可以看出,为了控制位移,应该选取f值较大的基层材料。早期的混凝土路面结构,采用很厚的砂垫层,结果由于f值很小而产生过大的推移,因此,大部分国家已不再使用。三考虑地基支承作用时,水泥混凝土路面的温度应力 温度沿着混凝土路面板的厚度方向分布不均匀时,板体就有可能产生不均匀的变形而引起翘曲。假如翘曲受到阻止,就产生翘曲应力。如对于对称形抛物线分布与对称形圆曲线分布,由于板体本身变形的自我约束,因而即使没有外界约束,也不会产生翘曲,此时,假如没有外荷载作用,则不会产生竖向位移,因而在这种情况下,
7、地基支承对温度应力无关。此外,假如边界受到严格的嵌制作用,则板体也无产生翘曲的可能,则地基支承也不会产生作用。只有当板体内部的自我约束及边界条件不能完全阻止路面板的翘曲,面板有可能产生向上或向下的竖向位移时,地基支承将通过它的与位移方向相反的反作用力,部分地限止了板体的位移,致使板内的温度应力更加复杂化。威斯特卡德研究了温克勒地基上路面板的温度翘曲应力。他假设温度沿路面板的厚度方向呈线性分布,板与地基始终保持接触,无空隙,从而推演了路面板由于地基约束而产生的翘曲应力。 1 威斯特卡德-布拉德伯利法计算温度应力根据弹性薄板基本假定得出的形变方程,再加上温度变形的影响,可由式(6-3)写成为: (
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 路面设计原理 路面 设计 原理 讲稿 水泥 混凝土 温度 应力 分析
链接地址:https://www.31ppt.com/p-2650593.html