水泥路面设计

1、公路水泥混凝土路面设计一、轴载换算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，按下式换算为标准轴载的作用次数。nPi16N siN i100i 1i 1.0710 5 Pi0.22（1） ；（3） ；i2.2210 3 Pi 0.43i2.2410 8 Pi 0.22（ 2）（ 4）Ns 100KN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 i 级轴载的总重（KN）；轴型和轴载级位数；Ni 各类轴型i 级轴载的作用次数；i 轴 - 轮型系数，单轴 - 双轮组时， i =1；单轴 - 单

2、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。轴载换算车型Pi (KN)Ni (次/Pi)16i日)i Ni (100小客车前轴16.566526540后轴23.0126540中客车前轴25.555517560.0001SH130后轴45.1017560.0022大客车前轴28.70524.216310.0018CA50后轴68.20116313.5728小货车前轴13.40727.316250BJ130后轴27.40116250中货车前轴28.70524.27050.0008CA50后轴68.2017051.5443中货车前轴23.70

3、569.15310EQ140后轴69.2015311.4682大货车前轴49.00416.57763.5695JN150后轴101.6017761000.37特大车日野前轴50.20412.17565.0674KB222后轴104.3017561482.7595拖挂车前轴60.00381.7515.4918100（3五十铃后轴0510轴）ni Ni ( Pi)162503.8457Nsi 1100上表为双车道双向交通调查结果，取交通量年平均增长率为11.1 。小于 40KN的轴载可略去。调查分析双向交通的分布情况，选取交通量方向分布系数，一般取0.5 ，车道数为 1，所以交通量车道分布系数取

4、1.0 。Ns=0.5 ×1.0 ×2503.8457=1251.9228 次查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) ，此路面属重交通，设计使用年限为20 年。由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) 取轮迹横向分布系数为0.37 ，可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数 Ne 为：N s 11 365N e=10980291.39次二、路面板厚度计算设计道路路基为中湿状态，故按以下步骤进行路面板厚度计算1 、初拟路面结构查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) 表，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.24m, 基层选用水泥稳定碎石

5、（水泥用量为5），厚为 h1=0.20m。垫层选用厚度为h2=0.20m 的天然砂砾。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为4.0m, 长为 5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。2 、材料参数的确定（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量按公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) 表，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值fr5MPa , 相应弯拉弹性模量标准值为Ec31GPa（2）土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) 附录 F，路基回弹模量取 E035MPa 。查附录 F.2, 水泥稳定粒料基层回弹模量取E1 1500MPa ，天然砂砾回弹模量取 ?。2=

6、 175?按式（）计算基层顶面当量回弹模量如下：220.22×1500 + 0.22×175?1+ ?2? =12= 837.5?22?0.22 + 0.22?+ ?12332? = ?11 + ?22+(?1 + ?)2(1+1)- 1?124?11221500 ×0.23 + 175 ×0.23(0.2 + 0.2)21=12+4×(1500 ×0.2+1) -1175×0.2= 2370 ? m12? 112 ×2.37 1?= (?= ()3 = 0.324 ?) 3837.5?a6.2211.15( Ex

7、 ) 0.45 3.98E0= 3.970b1 1.44( Ex ) 0.550.75E0= 0.7491Etahxb E0 ( Ex )3172.96MPaE0= 172.14MPa普通混凝土面层的相对刚度半径按（）计算为Er 0.537h( c )3 0.727m Et= 0.7283 、荷载疲劳应力计算按式（），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为0.6 -2= 0.077 ×0.7280.6×0.24- 2= 1.105? = 0.077? ?因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数kr0.87 。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?=?=?

8、(10980291.39) 0.057 = 2.519。根据公路等级，由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) 附录 B，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数 kc1.20按式（），荷载疲劳应力计算为prkr k f kcps0.872.512 1.20 1.1042.895= 2.906MPa4 、温度疲劳应力由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) 表，区最大温度梯度区 93/m。板长 L = 5m, ?= 5.0/0.728 = 6.868 ,由图 可查普通混凝土板厚 ,h=0.24m, B x=0.65 按式（），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力

9、计算为? =? ? ? = 2.25?2?温度疲劳应力系数 kt ， a 0.855,b0.041, c 1.355 按式（ B.2.3 ）计算为ktfr a( tm )cb 0.549tmfr=0.553再由式（ B2.1）计算温度疲劳应力为? = ? = 0.553 ×2.25 = 1.244? ? ?5、可靠度计算由公路水泥砼路面设计规范 (JTG D40-2002) 表，二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为 85%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查公路水泥砼路面设计规范 (JTG D40-2002) 表，确定可靠度系数 r 1.1

10、0 ，按式（ ）? ?+ ?= 1.10 × 2.906 + 1.244= 4.565?5.0?因而所选的普通混凝土面层厚度 h=0.24m，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。三、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算1 、计算参数混凝土强度等级为C40，查表 F5，得混凝土抗拉强度标准值f t =3.5(MPa) ，粘结刚度系数k s =34(MPa/mm)，连续配筋混凝土干缩应变sh =O.0002。选用 HRB335螺纹钢筋，直径为： ? = 16mm，查附录 F.4 ，得到弹性模?量 Es= 200GPa、屈服强度 f sy =335MPa。2 、横向裂缝间距计算

11、按式，混凝土温缩应力系数为f t3.50.205csh ) 31000 (1 10 5Ec ( c T35 0.0002)初拟配筋率 =O.7，按式，计算钢筋贡献率为Es0.7%2000000.0452Ec31000由 c 0.205,0.0452，查图 ，得 b=5.6 ，代入式 中2b1710mm 1.71mLd4 ks (1)dsEs= 1680mm = 1.68m? = 1.68?满足横向裂缝间距1.0 2.5m 的要求。?3 、裂缝宽度计算根据钢筋贡献率为 = 0.0452, b = 5.6，查图，得裂缝宽度系数? = 0.86，按式计算裂缝宽度为?=?+ ? ? = 0.81?&l

12、t; 1? ? ?4 、钢筋应力计算根据钢筋贡献率为 = 0.0452, b = 5.6，查图，得钢筋温度应力系数 = 3.6，按式计算钢筋应力为?sEs( cT stsT )322MPafsy335=315MPa< ? = 335 ?5 、钢筋间距或根数计算上述计算均满足要求，则初拟的纵向钢筋配筋率是合适的。23.14 ×2钢筋间距为?=0.16?4× 0.007= 0.12?= 120?4 ?× 0.24四、确定结构层设计参数根据公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) 的建议值取定路面各结构层适宜厚度，设计水泥混凝土路面方案如下，并按照上面方

13、法进行验算符合要求。水泥混凝土路面各种设计方案列表如下路基状态结构层层厚（ cm）水泥混凝土面层24中湿水泥稳定碎石基层20级配碎石底基层20五、板的平面尺寸水泥混凝土路面设计采用矩形水泥混凝土板，纵向和横向接缝垂直相交，其纵向两侧的横缝不得互相错位。(1) 纵缝间距过宽容易产生纵向断裂，因而规范规定板宽不超过4.5m，由于单侧行车道路面宽6.0m，故设计板宽取为4.0m。(2) 横缝间距取为 5.0m，使混凝土板尽可能接近正方形，以改善受力状态。(3) 为使混凝土路面使用寿命较长，设计水泥混凝土板厚为 24cm。六、接缝设计1、纵缝设计一次铺筑宽度为3.75m，设置纵向施工缝，纵向施工缝采用平缝形