路基路面课设电子参考

1、2 新建水泥混凝土路面设计步骤3.1轴载换算并计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数Ne 水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，按式1换算为标准轴载的作用次数。 （1） (2 ) 或 (3 ) 或 (4 ) 式中： Ns100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数； Pi单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型级轴载的总重（KN）； 轴型和轴载级位数； 各类轴型级轴载的作用次数； 轴-轮型系数，单轴-双轮组时，=1；单轴-单轮时，按式（2）计算；双轴-双轮组时，按式（3）计算;三轴-双轮组时,按式(4)计算一、工程概况东青高速公路青州

2、段，北起东营，南止青州，途经广饶、桓台等县市，是山东省高速公路干线网的重要组成部分，为构建山东中部地区大交通体系，发挥高速公路的经济带动作用，促进山东半岛内陆地区的经济发展，将产生重要影响。其中青州段桩号为84K+331.5106K+856.5，全长22.525KM。该路段地处5区，属东部湿润季冻区，鲁豫轻冰区，多年平均最大冻深为45cm，平均最低气温为-13，最高气温37.5，年平均降雨量为960mm，潮湿系数为0.51.00，地温地貌类型属冲积平原，地势平坦，土质为粘性土，据调查和设计要求，路床表面距地下水位平均为1.8m。沿线有碎石、水泥、石灰建筑材料，该地区靠近西部有博山有火力发电场，

3、设计时若采用粉煤灰，供量充足。 二、交通资料序号汽车车型载重KN自重KN前轴后轴1后轴2后轴3作用次数次日1红岩CO30290180.0120.062.0119.0119.03502江淮HF150804245.1101.54203黄河SPP200200.0114.650.7113.376.7576.751364湘江HQP401409823.173.273.23205尤尼克2766170.090.067.0102.5102.5102.580交通调查资料为2012年，设计计算年限的起算年为2015年，交通量按交通量年增长率为10%考虑。对水泥混凝土全设计年限内均采用4.5%。轴载换算汇总表：车型P

4、i红岩CO30290前轴62.0350376.3862.8次后轴119.03503.74E-06江淮HF150前轴45.1420431.58533.5次后轴101.54201尤尼克2766前轴67.080364.0348次后轴102.5808.09E-09湘江HQP40前轴23.1320575.442次后轴73.23204.16E-06黄河SPP200前轴50.7136410.39845.6次后轴113.3136290.43后轴76.751364.12E-06累计1489拟建一级公路，查水泥混凝土路面设计规范(JTJ D40-2002)各级公路水泥混凝土路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期

5、、目标可靠指标和目标可靠度，应符合下表的规定 可靠度设计标准公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路 安全等级一级二级三级四级设计基准期（a）30302020目标可靠度（）95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级低低中中中高可知此水泥混凝土路面路面的设计年限为30年从交通调查资料为2012年，设计年限的起算年为2015年，有三年N1=N(1+r)3=1489(1+0.1)3=1982次/日因此设计基准期内水泥混凝土面层临界荷位处所承受的标准轴载累计作用次数可按下式计算： 式中：Ne标准轴载累计作用次数；t 设计基准期； 交通量年平均增长率； 临界荷位处的

6、车辆轮迹横向分布系数，按下表选用。 车辆轮迹横向分布系数表 公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.170.22二级及二级以下公路行车道宽>7m0.340.39行车道宽7m0.540.62该公路为一级公路，车辆轮迹横向分布系数取0.17，且设计年限20年内，交通量年平均增长率为 10%=16089617次 水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级，分级范围如下表。 交通分级交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数Ne（104）2000100200031003由表可知该公路为重交通等级。3.2初拟路面结构 根据路基土质和水温

7、状况、路面材料性质与供应情况以及交通繁重程度，初拟路面结构断面，包括结构层次、类型选择和厚度。混凝土面层的厚度依据交通等级可参照下表所列的范围选择。 水泥混凝土面层厚度的参考范围交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低中低中低中低中面层厚度（mm）260250240270240260230250220交通等级中等轻公路等级二级三、四级三、四级三、四级变异水平等级高中高中高中面层厚度（mm）240210230200220200230220 查得重交通等级的一级公路的变异水平等级为中，得初拟水泥混凝土面层厚度为0.25m。基层类型宜依照交通等级按下表选用。混凝土预制块面层应采用

8、水泥稳定粒料基层。适宜各交通等级的基层类型交通等级基层类型特重交通贫混凝土、碾压混凝土或沥青混凝土基层重交通水泥稳定粒料或沥青稳定碎石基层中等或轻交通水泥稳定粒料、石灰粉煤灰稳定粒料或级配粒料基层基层类型厚度适宜的范围（mm）贫混凝土或碾压混凝土基层120200水泥或石灰粉煤灰稳定粒料基层150250沥青混凝土基层4060查上表，基层选用水泥稳定材料，厚0.20m，垫层为0.15m低剂量石灰土稳定土 查路基路面工程（王春生 编著）420页表18.3.6（混凝土弯拉强度和弹性模量）取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为fm=5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为30MPa。路基回弹模量取40MPa。

9、低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取500MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPa。 3.3确定基层顶面的当量回弹模量公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002中，对水泥混凝土路面荷载应力分析计算，采用了弹性三层体系模型，即地基、基层和面层板。当面层板下设有基层和底基层时，依据“等弯曲刚度”的原则将基层和底基层换算为回弹模量和厚度当量的单层结构，而用一个基层顶面当量回弹模量和基层当量厚度来替代。基层和垫层的当量模量Ex，当量厚度hx:混凝土面板Ec 混凝土面板Ec基层和底基层的当量模基层E1厚度h1量Ex当量厚度hx垫层E2厚度h2 土基E0土基E0基层顶面的当量模量Et:混凝

10、土面板 Ec基层和底基层的当量模量 混凝土面板 EcEx当量厚度hx基层顶面的当量模量Et土基E0式中：Et基层顶面的当量回弹模量(MPa)；Ex基层和底基层(或垫层）的当量回弹模量(MPa)；E0路床顶面的回弹模量(MPa)；E1 、 E2基层和底基层(或垫层）的回弹模量(MPa)；hx基层和底基层(或垫层）的当量厚度(m)；Dx基层和底基层的当量弯曲刚度(MN-m)；h1、 h2基层和底基层的厚度(m)；a、b 与Ex / E0有关的回归系数。=200Mpa>100Mpa满足规范规定基层顶面的当量回弹模量规定，见下表交通等级特重重中等轻当量回弹模量Et(MPa)12010080603

11、.4确定混凝土的设计弯拉强度，混凝土的弯拉弹性模量混凝土的设计弯拉强度不得低于下表所列。设计弯拉强度以龄期28天的弯拉强度为标准（在尺寸为15cm15cm15cm的梁式试件上采用三点加载试验测定）。当混凝土浇筑后90天内不开放交通的，可采用90天龄期强度，其值一般一28天龄期强度的1.1倍计。 混凝土设计弯拉强度和弹性模量交通等级特重重中等轻设计弯拉强度（Mpa）5.05.04.54.0弯拉弹性模量（Mpa）30302827 混凝土的弯拉弹性模量以实验室实测为宜，无条件时，可按设计弯拉强度参照表选定，可得混凝土的弯拉弹性模量Ec=30000MPa3.5 计算作用于在板边缘中点处产生的温度疲劳应

12、力 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力 tm=(c·Ec·h·Tg·kx )/2 Ec =30000MPa Tg =0.83 h=0.24式中： tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)； c混凝土的线膨胀系数(1)，通常可取为1×10-5； Tg最大温度梯度， Bx综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按r和h查用图B.2.2确定； 板长，即横缝间距(m)。 r 混凝土板的相对刚度半径(m) 普通混凝土面层的相对刚度半径为： 其中： h混凝土板的厚度(m) Ec水泥混凝土的弯拉弹性模量(MPa) Et基层顶面当量回弹模量(

13、MPa) L/r= 50.713=7.01 温度应力系数Bx图解过程如下： 最终查图可知Bx=0.64 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力按式(B.2.2)计算。 式中： tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)； c混凝土的线膨胀系数(1)，通常可取为1×10-5； Tg最大温度梯度，查表3.0.8取用； Bx综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按r和h查用图B.2.2确定； 板长，即横缝间距(m)。 r 混凝土板的相对刚度半径(m) 表3.0.8 最大温度梯度标准值Tg公路自然区划、最大温度梯度(/m)8883909586929398注：海拔高时，取高值；湿

14、度大时，取低值。 在临界荷位处的温度疲劳应力按式(B.2.1)确定。 式中： tr临界荷位处的温度疲劳应力(MPa)； tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)，按B.2.2条确定； kt考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按B.2.3条确定。 式中：a、b和c回归系数，按所在地区的公路自然区划查表B.2.3确定。表B23 回归系数a、b和c系 数公路自然区划IIIIIVV11a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270 计算温度疲劳应力为

15、 3.6计算荷载疲劳应力 标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按式(B12)确定。 式中： pr标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力(MPa)； ps标准轴载PS在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力(MPa)，按 计算确定； kr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时，kr =O.87O.92(刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值)；纵缝为不设拉杆 的平缝或自由边时，kr =1.O；纵缝为设拉杆的企口缝时，kr=0.76 O.84； kf 考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按B.1.4条 计算确定； kc考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的

16、综合系数按公 路等级查表B12确定。表B12 综合系数kc公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kc1.301.251.201.10 式中： kf设计基准期内的荷载疲劳应力系数； Ne设计基准期内标准轴载累计作用次数，按附录A式(A22)计算； 与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，=O.057；碾压混凝土和贫混凝土，=0065；钢纤维混凝土,按式(B.1.4-2)计算确定。 式中： f钢纤维的体积率()； 钢纤维的长度(mm)； 钢纤维的直径(mm)。3.7应力复核 水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其表达式采用式（3 .0 .3）。 （3 .0 .3）式中： r可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按表3 .0 3确定； p r行车荷载疲劳应力（MPa），计