刚性路面是由水泥和混凝土材料制成的路面。由于材料的原因，刚性路面具有抗弯强度。刚性路面有几个组成部分，如收缩缝，销杆等，为了设计一个刚性路面，所有这些都进一步解释。

刚性路面特性

在进入刚性路面设计之前，了解刚性路面的某些特性是很重要的。如前所述，刚性路面由混凝土制成，即普通水泥混凝土，钢筋水泥混凝土，或预应力混凝土。

刚性路面层

混凝土板既可作为耐磨面，也可作为基层。但一般来说，刚性路面由混凝土板组成，其下面是颗粒基层或次基层。铺设基层可提高刚性路面的使用寿命。

刚性路面中的荷载传递

与柔性路面不同，刚性路面中的荷载是通过颗粒之间的作用传递的，刚性路面中的荷载是通过板的作用传递的。

刚性路面和柔性路面的主要区别在于，刚性路面的临界应力条件是由于车轮载荷和温度变化而发生在板坯上的最大弯曲应力，而柔性路面的临界应力条件是压应力的分布。

刚性路面设计

Westergard被认为是刚性路面分析的先驱。IRC还采用Westergard方法进行刚性路面的设计，并进行了轻微的修改和建议。

在了解Westergard设计的细节之前，了解路面设计中与混凝土相关的某些术语是很重要的。

• 用于刚性路面的混凝土等级应为M40

• 根据IS456:2000，混凝土的抗弯强度由关系式给出FCR = 0.7*(fck^0.5)，式中FCK为混凝土的特征抗压强度。它也被称为断裂模量或弯曲张力。

• 根据IRC，刚性路面混凝土的弹性模量应为:Ec = 3 * 10^4 MPa(即5000*(fck^0.5)) M40混凝土。

• 混凝土的毒比为0.15

现在让我们讨论一些重要的概念，韦斯特加德已经理论化刚性路面设计。

路基反应的Westergard模量

刚性路面的设计依赖于路基反力模量。它被定义为施加在圆形板上的压力与板的沉降的比率。它用字母k表示，单位是kgf/cm^3。

K = p/Δ

在那里,

K -地基反应模量

P -施加压力

Δ -板块沉降

根据IRC, 75厘米圆形板的沉降应为1.25 mm。因此,

K = p/0.125

刚性路面路基反力最大值为5.5 kgf/cm^3。

板与路基的相对刚度

路基对楼板挠曲有一定的阻力ManBetX万博官网地址下载。这取决于路基材料和板的特性。

底板的合成挠度，也就是路基的变形，是路基压力大小的直接量度。因此，刚性路面的压力变形特性是平板相对于路基刚度的函数。

Westergard创造了这个术语“相对刚度半径(l)”

l = ((Eh^3/12k(1-(µ^2))^(1/4)

在那里,

L -相对刚度半径(cm)

E -水泥混凝土的弹性模量(kg/cm^2)

混凝土的μ -泊松比

H -板厚(cm)

K -路基反力模量(kg/cm^3)

抵抗截面等效面积

顾名思义，这给出了板坯的等效面积，有效地抵抗施加在它上的弯矩。Westergard用车轮载荷分布半径和板厚来近似计算。

B = (1.6a²+ h²)²(1/2)- 0.675h

在那里,

B -抵抗截面等效半径(cm)

A -车轮载荷分布半径(cm)

H -板厚(cm)

为了更好地理解这两个公式，下面以图形格式给出。

刚性路面上的应力

临界载荷位置

有三个位置，即内部、边缘和角落，存在不同的板的连续性条件。

室内载荷:荷载施加在板坯表面内部远离边缘的任何地方

边缘加载:荷载施加在板坯的边缘，任何远离角落的地方

角落里加载:荷载施加在由两条边相交形成的拐角处。

在大多数情况下，由这些载荷引起的临界应力将直接给出。我们应该从给定的荷载中找出最关键的组合，并将该荷载作为设计荷载进行计算。但是，重要的是要了解这些应力是如何从给定的载荷计算出来的。Westergard提供了一个简单的方法来找到所有条件下的应力，如下所示。

车轮载荷的韦斯特加德应力方程

根据韦斯特加德先生的说法，车轮荷载在混凝土中产生的弯曲应力与刚性路面厚度的平方成反比。

流量= (P/h^2) * Q

在那里,

P轮载荷

H -路面厚度

Q -应力系数，Q = l/b

L -混凝土的相对刚度半径

B -车轮的等效接触半径

根据IRC，刚性路面上的车轮载荷为5100 kgf，即51千牛。而刚性路面的厚度不宜小于15cm。

请注意，此公式不能直接用于计算内部、边缘和角落加载的应力，需要更多的组件来计算应力。但是，如果给定了加载类型、载荷和厚度的应力系数，就可以用这个公式来计算临界应力。

温度应力

除了车轮载荷应力外，刚性路面还会受到温度变化引起的应力。板坯深度的温度变化是由温度的日变化引起的，而温度的季节变化则引起板坯温度的总体升高或降低。相应地，应力有两种类型，即，

1. 弯曲应力

2. 摩擦应力

翘曲应力:当混凝土路面的顶部和底部表面同时具有不同的温度时，板坯倾向于向上或向下弯曲。这是由于每天的温度变化造成的。

根据IRC，翘曲应力应由Bradbury先生基于胡克定律的公式确定。

f = α * Δt * E

在哪里

α -热膨胀系数(10 * 10^-6 /°C)

Δt -温度变化

混凝土的E -杨氏模量

摩擦压力:这是由于板坯内部温度的均匀上升和下降导致板坯整体膨胀和收缩造成的。当板与路基接触时，路基试图通过摩擦来抑制这种膨胀/收缩，从而产生摩擦应力。

Sf = WLf / (2*10^4)

在哪里

Sf -发展的单位应力(kg/cm^2)

W -混凝土的单位重量，kg/cm^3

路基约束系数F

L -板长(m)

B -楼板宽度(m)

应力组合

在计算临界应力组合时，需要考虑上述应力组合。最关键的组合只发生在白天，因为车轮载荷应力和翘曲应力引起底部纤维的弯曲张力。而在夜间，当车轮载荷引起的弯曲张力保持不变时，翘曲应力引起最底部纤维的压缩。

考虑下列条件可提供临界组合。

夏天:临界应力组合=车轮载荷应力+翘曲应力-摩擦应力，在边缘区域

冬天:临界应力组合=车轮载荷应力+翘曲应力+摩擦应力，在边缘区域

在角落里:临界应力组合=车轮载荷应力+翘曲应力

在边角处确定的合成应力的较大值不应超过混凝土的断裂模量。

(轮)+ f(扭曲)+ f(摩擦)< =货代= 0.7 * (fck ^ (1/2))

除了设计板的厚度外，还需要设计伸缩缝和收缩缝。

刚性路面中的接头

伸缩缝

伸缩缝是一种组件，设计用于将结构固定在一起，同时安全吸收温度引起的膨胀。根据IRC，混凝土中的膨胀间隙应为25mm，净膨胀间隙为25/2 = 12.5mm。

伸缩缝间距(L)

Δl = L * α * Δt

25/2 = l * 10 * 10^-6 * 28

L = 44.64 m

销的酒吧

销钉棒是沿交通方向(即纵向)放置的大直径棒。销杆的设计强度按车轮荷载的40%计算。销杆的设计取决于以下参数:

• 销杆抗剪强度

• 销杆的弯曲强度

• 销钉附近混凝土的承载强度

收缩关节

在路面表面提供收缩缝以形成一个弱平面，这样裂缝将沿该平面而不是任何其他不希望出现的位置发生。根据销钉杆的存在，收缩缝的长度由两种不同的表达式给出。

情况1:销钉棒不存在

Lc = (2*fct) / (γcc*f)

在那里,

FCT -混凝土中的允许张力= 0.8 kgf/cm^2

γcc -混凝土的单位重量= 2400 kgf/m^3

F -摩擦系数= 1.5

将上式中所有值代入，得到，收缩关节的长度为4.5m。

案例2:在收缩关节处有销钉

Lc = (2* .σst*Ast) / (f*γcc * B * h)

在那里,

对于Fe250， σst -钢的许用拉应力= 140 N/mm^2

Ast -拉伸钢筋面积(mm^2)

F -摩擦系数= 1.5

γcc -混凝土的单位重量= 2400 kgf/m^3

B -路面宽度(m)

H -路面深度(m)

领带夹

拉杆是放置在与交通流垂直方向上的直径较小的拉杆。它用于连接两个面板。设计是基于摩擦而不是车轮负荷。拉杆的长度是两个面板上拉杆展开长度的总和。

练习的问题

至此，我们希望我们已经涵盖了所有与刚性路面设计相关的重要主题。想让我们用简单的方式介绍你感兴趣的话题吗?请在下面的评论中告诉我们。