5、水泥混凝土路面的温度应力分析
(1)胀缩应力:温度均匀变化时产生 (2)无限大板的翘曲应力
板内任一点在温差影响下的应变:
;
板中部受到地基摩阻力作用,板中心点不产生平面位移,εx=εy=0,因此:
板纵向边缘中部或窄长板,εx= 0,σy=0,因此:
(3)有限尺寸板的翘曲应力
当气温变化较快时,由于混凝土板导热性能差,在板内产生温度差,当气温升高时板中部有隆起趋势,当气温降低时板边缘和角隅有翘起趋势。由于板的自重、地基反力和相邻板的约束作用,使部分翘曲变形受阻,从而使板内产生应力,这种应力即称为水泥混凝土板的翘曲应力。
威斯特卡德对文克勒地基的作进一步假定来计算温度应力:1) 温度沿板断面呈线性变化;2) 板与地基始终保持接触;3)不计板自重。
(4)温度线性分布时翘曲应力
温度沿板断面呈线性变化:
;
板边中点:
弹性半空间体地基时:
其中:或,计算时,;计算时,。
(5)温度非线性分布时翘曲应力计算
对于较厚的板,采用温度沿板断面呈直线分布的假设,即按板顶和板底的温度差确定的温度梯度计算的温度翘曲应力,会得到偏大的温度翘曲应力值。为此,应考虑由于温度的非线性分布而引起的内应力。我国规范的温度应力计算:
第四节 路面结构的可靠度
1、结构的极限状态
整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,此特定状态称为该功能的极限状态。
2、结构的极限状态分类
(1)承载力极限状态:结构或结构构件达到最大承载力,出现疲劳破坏或不适于继续承载的变形。 (2)正常使用极限状态:结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定限值。
3、结构可靠性的含义
结构可靠性是指结构在规定时间(设计基准期)内、规定条件下(正常设计、正常施工、正常使用和维护)完成预定功能的能力。
其功能要求为:(1)安全性 ;(2)适用性;(3)耐久性。
当结构或构件超过承载能力极限状态,就可能产生以下后果:(1)由于材料强度不够而破坏,或因疲劳而破坏;(2)产生过大的塑性变形而不能继续承载,结构或构件丧失稳定;(3)结构转变为机动体系。超过这一极限状态,结构或其构件就不能满足其预定的安全性要求。
结构的功能要求:
(1)安全性:结构应能承受在正常施工和正常使用的情况下可能出现的各种作用,在设计规定的偶然事件发生时及发生后,结构仍能保持 必需的整体稳定性,不致发生倒塌。
(2)适用性:结构在正常使用期间应具有良好的工作性能。如,不发生过大变形、振幅、过宽裂缝等,以免影响正常使用。
(3)耐久性:结构在正常使用和正常维护条件下应具有足够的耐久性能,以保证结构能够正常使用到预定的设计使用期限。
4、正态分布概率密度曲线有三个数字特征
(1)平均值
(2)标准差
(3)变异系数
(4)正态分布的概念
①正态分布的概率密度函数:
②σ越大,曲线越扁平,随机变量分布越分散。
5、结构上的“作用”
(1)直接作用:是指直接以力的不同集结形式(集中力或均布力)施加在结构上的作用,通常也称为荷载。 (2)间接作用:是指能够引起结构外加变形和约束变形,从而产生内力效应的各种原因。
荷载的分类(随时间的变异性分类)
永久荷载(恒荷载):在结构设计基准期内,其作用量值不随时间变化,或其变化幅度与平均值相比可以忽略不计的荷载。
可变荷载(活荷载):在结构设计基准期内,其作用量值随时间而变化,其变化幅度与平均值相比不可忽略不计的荷载 。
偶然荷载:在结构设计基准期内不一定出现,而一旦出现其量值很大且持续时间很短的荷载。
6、作用与作用效应的不确定性
恒载:材料密度变化,施工偏差引起构件尺寸变化。 活载:大小和位置均变化(超载、减载)。
7、结构抗力的不确定性
(1)结构材料性能的变异性,是影响结构抗力的主要因素; (2)结构构件的几何参数的变异性; (3)结构构件抗力计算模式的不确定性。
8、结构可靠性
(1)引入结构的功能函数:
;
(2)目标可靠指标(object)用表示,为使结构设计安全可靠,经济合理,应对不同情况下的可靠指标作一规定,来作为设计的依据 。
9、可靠度的几何解释和计算方法
(1)两个正态变量R和S的标准差相等,则为平均值点到失效边界上的最短距离。
(2)当极限状态方程中包含多个正态分布随机变量时,根据由两个随机变量情形得出的定义,此时求得可靠度指标是新坐标体系中原点到极限状态曲面的法线距离。
(3)计算方法:Monte-Carle法、一次二阶矩法、JC法等。
10、水泥混凝土路面可靠度的定义
定义:在规定的设计使用年限内,在环境条件和荷载作用下,路面能够发挥其预期功能的概率。
我国水泥混凝土路面设计方法:路面板的车辆荷载疲劳应力及温度疲劳应力之和小于混凝土的极限抗折强度。