剛性道面和柔性道面.doc

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1、....道面設(shè)計原理與方法路面類型一般按路面所使用的主要材料劃分，如水泥混凝土路面、瀝青路面、砂石路面等。但在進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要從路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征出發(fā)，將路面劃分為柔性路面和剛性路面。剛性路面（rigidpavement）指的是剛度較大、抗彎拉強(qiáng)度較高的路面。一般指水泥混凝土路面。水泥混凝土的強(qiáng)度高，與其他筑路材料比較，其抗壓強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和彈性模量較其他各種路面材料要大得多，故呈現(xiàn)出較大的剛性。在行車荷載作用下，水泥混凝土結(jié)構(gòu)層處于板體工作狀態(tài)，豎向彎沉較小，路面結(jié)構(gòu)主要靠水泥混凝土板的抗彎拉強(qiáng)度承受車輛荷載，通過

2、板體的擴(kuò)散分布作用，傳遞給基礎(chǔ)上的單位壓力較柔性路面要小得多。具有較強(qiáng)的擴(kuò)散應(yīng)力能力。另外，用水泥、石灰、粉煤灰等無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土或碎(礫)石來修筑的基層，通常稱為半剛性基層。此類基層初期強(qiáng)度和剛度較小，其強(qiáng)度和剛度隨齡期增長，所以后期體現(xiàn)出剛性路面的特性，但最終強(qiáng)度和剛度仍遠(yuǎn)小于剛性路面。用半剛性基層修筑的瀝青類路面稱為半剛性基層瀝青路面，這類路面的設(shè)計仍然采用柔性路面理論來設(shè)計。柔性路面（flexible........pavement）指的是剛度較小、抗彎拉強(qiáng)度較低，主要靠抗壓、抗剪強(qiáng)度來承受車輛荷載作用的路面。總體結(jié)構(gòu)

3、剛度較小，在行車荷載作用下的彎沉變形較大，路面結(jié)構(gòu)本身抗彎拉強(qiáng)度較低，它通過各結(jié)構(gòu)層將車輛荷載傳遞給土基，使土基承受較大的單位壓力，路基路面結(jié)構(gòu)主要靠抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度承受車輛荷載的作用。這樣的路面叫柔性路面。柔性路面主要包括各種未經(jīng)處理的粒料基層和各類瀝青面層、碎(礫)石面層或塊石面層組成的路面結(jié)構(gòu)。因?yàn)r青混合料在配合比設(shè)計中有空隙率的考慮，高溫環(huán)境下，碎石作為骨架基本不動，其他的細(xì)微膨脹由預(yù)留的空隙消化，即使多年的路面，空隙完全閉合，膨脹量也可以由瀝青向上發(fā)展消化。更重要的是柔性路面的“柔”，其本身就有一定的低溫抗裂性能，

4、這也是柔性路面優(yōu)勢之一，而且低溫環(huán)境下發(fā)生的部分細(xì)微裂縫在高溫環(huán)境下也能自身愈合。1.剛性路面和柔性路面計算方法分析1.1柔性路面柔性路面的設(shè)計是按照彈性層狀體系理論設(shè)計的。彈性層狀理論體系是由兩層或兩層以上厚度方向上不同材料組成的復(fù)合彈性體。彈性層狀體系的基本假設(shè)如下：（1）各層材料假定為連續(xù)，均勻，各向同性的彈性材料，并服從胡克定律；（2）各層平面無限大，垂直方向具有一定的厚度，最下層是半無限體，或不變形剛體；（3）各層水平無限遠(yuǎn)和最下層無限深度，應(yīng)力和位移分量為零；（4）層間的結(jié)合狀態(tài)可以是完全連續(xù)的，或者是完全光滑的也

5、可以是介于兩者之間的半接觸狀態(tài)，但層間不出現(xiàn)脫空的現(xiàn)象；（5）作用與彈性層狀體系最上層表面的荷載是軸對稱的；（6）體力忽略不計。........彈性層狀體系彈性層狀體系可以看成是多個有限厚彈性層與彈性半空間組成。N層彈性體系通常指由一個彈性半空間體及其上面N-1層有限厚彈性層組成的體系。有限厚彈性層是彈性層狀體系的組成元件，有兩類常見的模型，給定支承力的有限厚彈性層和給定位移約束的有限厚彈性層。（1）給定支承力的有限厚彈性層問題有限厚彈性層的邊界條件可表示為：z=0,r≦a,σz=-q(r)=-q0r>a,σz=-q(r)=0

6、z=h,σz=-p(r)τzr=-g(r)應(yīng)用通解式，邊界條件變?yōu)?.......應(yīng)用漢克爾變化可得求解A,B,C,D的線性方程組。A+(1-2μ)B-C+(1+2μ)D=-(ξ）A-2μB+C+2μD=0其中聯(lián)立方程，求出待定系數(shù)A,B,C,D與已知荷載或支承力的表達(dá)式，然后代回通解可得到相應(yīng)的應(yīng)力和位移分量。（2）給定位移的有限厚彈性層問題當(dāng)有限厚彈性層位于剛性下臥層上時，則剛性下臥層為位移邊界條件。z=0,r≦a,σz=-q(r)=-q0r>a,σz=-q(r)=0τzr=0z=h,w=0τzr=-g(r)邊界條件變成.

7、.......應(yīng)用漢克爾反變換，變?yōu)槠渲新?lián)立求解得到A,B,C,D，代回通解可得到相應(yīng)的位移和應(yīng)力分量大小，此式為剛性下臥層上單層彈性層模型產(chǎn)生的表面位移。（3）雙層彈性層狀體系根據(jù)問題的性質(zhì)，當(dāng)層間連續(xù)接觸時，邊界條件和層間條件如下：z=-hz=0........式中上標(biāo)代表相應(yīng)的層位雙層彈性層狀體系的求解通?？刹捎梅蛛x層法和系數(shù)矩陣法。1.2剛性路面剛性路面的設(shè)計是以彈性地基薄板理論為基礎(chǔ)的。為了簡化分析和計算，引進(jìn)了一些假設(shè)。1.彈性地基假設(shè)（1）溫克勒地基模型捷克工程師溫克勒認(rèn)為，地基反力只與該點(diǎn)的垂直位移有關(guān)，且反力

8、大小與垂直位移w成正比，方向相反，即p=-kw式中，k為常數(shù)，稱作地基反應(yīng)模量。溫克勒地基模型簡單，沒有考慮地基橫向影響。適宜于工程近似分析，當(dāng)?shù)鼗枯^大時較為準(zhǔn)確。（2）帕斯捷納克地基帕斯捷納克認(rèn)為考慮橫向力影響后彈性地基可以表示為式中，k1,Gp為地基反應(yīng)模量，...