水泥混凝土路面设计例题

水泥混凝土路面设计公路自然区划II区拟建一条二级公路，中湿路基为黏质土，采用普通混凝土路面，路面宽9m,设计车道使用初期标准轴载日作用次数为2100，交通量年增长率为5%。试设计水泥混凝土路面。解：1、交通分析查表1可知二级公路的设计基准期为20年，其可靠度设计标准的安全等级为三级。临界荷载位置处的车辆轮迹横向分布系数查表2取0.39.设计基准期内的累计作用次数：21Ook+0.05》。-x21Ook+0.05》。-x0.390.05=988.5xl04次查表3可知属重交通等级。2、 初拟路面结构由表1可知安全等级三级的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级和中级变异水平，查表4初拟普通混凝土面层厚度为0.22m。基层可选用水泥稳定粒料，厚0.18。垫层为0.15m的低剂量无机结合料稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为4.5m,长5m。纵缝为设拉杆的平缝，横缝为不设传力杆的假缝。3、 路面材料参数确定取重交通等级的普通混凝土面层，查表5得弯拉强度标准值5.0MPa，弯拉弹性模量标准值31GPa。中湿路基路床顶面回弹模量查表6得30MPa，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量为600MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量为1300MPa.4、 计算基层顶面当量回弹模量Eh2+Eh2 1300x0.182+600x0.152二ti—二 二1013MPah2+h2 0.182+0.15212Eh3Eh3 (h+h)2 1 1=—1—+2”+12(+ )-112 12 4EhEh11221300X°・183+600X°・153+(°・18+°・15)2( 1 + 1 )-1二2.5712 12 4 1300x0.18 600x0.15

Id! 257h=J12—x=3：12x一二0.312mx3：E3 1013X(E)-0.45(1013「-0.45a=6.22x(E)-0.45(1013「-0.45a=6.22x1-1.511f=6.22x1-1.511EJL v0y130JA-0.55=4.293=1-1.44x(1013Y0-5530丿=0.792=ahbEx013=4.293x0.3120.792x30x0(1013\I30丿13=165MPa5、普通混凝土面层的刚度半径I7-f 'Q1fAfAfAr=0.537h'.Ec0.537x0.22x3： =0.677m\E \1651t6、荷载应力b =0.077r0.60h-2=0.077x0.6770.60x0.22-2=1.259MPa7、修正系数确定k=0.87因纵缝为设拉杆平缝，查表7得到接缝传荷能力的应力折减系数j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k=Nn=(988.5x104)0.057=2.504fek=1.20根据公路等级，查表8可得综合系数广8、荷载疲劳应力b=kkkb=0.87x2.504x1.20x1.259=3.29MPaprjfcps9、翘曲应力II区最大温度梯度查表9取88°C/m。已知板长L=5m,L/r=5/0.67=7.46,普通混凝土的板厚h=0.22m,查图1得Bx=0.71。则混凝土的温度翘曲应力:aEhToaEhTo=—c~cgbtm2X1x10-5x31000x0.22x88

2x0.71=2.13MPa10、温度疲劳应力系数II区的回归系数可查表10，温度疲劳应力系数f(of(o]c5.0(2.13)1.323k=—la—tm-b= x0.828x—0.041totmIfJr2.13[5.0J二0.53211、温度疲劳应力o二ko=0.532x2.13二1.13MPatrttm12、 可靠度系数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%。根据目标可靠度和变异水平等级，查表11得可靠度系数rr=1.13o13、 判断结构是否满足要求r(o+o)二1.13x(3.29+1.13)=4.99<f二5.0MParprtr c普通混凝土面层厚度0.22m可以承受设计基准期内的荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。表1水泥混凝土路面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〔年〕30302020目标可靠度〔％〕95908580目标可靠指标变异水平等级低低冲中中-高

表2车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站二级及二级以下公路彳丁车道宽大于7m行车道宽小于等于7m表3水泥混凝土路面交通分级父通等级特重重中等轻设计车道标准轴累计作用次数Ne(10A4)>2000100-20003-100<3表4水泥混凝土面层厚度的参考范围交通荷载等级极重特重重公路等级-高速一级级高速一级二级变异水平等级低低中低中低中低中面层厚度(mm)>320320~280300~260280~240270~230260~220交通荷载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)250~220240~210230~200220~190210~180表5混凝土弯拉强度标准值父通等级特重重中等轻弯拉强度标准值弹性模量〔GPa〕31312927表6中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围土组公路自然区划IIIIIIVVVI土质砂26-4240-5039-5035-6050-60黏质土25-4530-4025-4530-4530-45粉质土22-4632-5430-5027-4330-45表7各类接缝的传荷系数接缝类型挠度传荷系数应力传荷系数kJ设传力杆胀缝>60<不设传力杆胀缝50-55设传力杆缩缝>75<设拉杆平口纵缝35-55设拉杆企口纵缝77-82

表8综合系数公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路综合系数Kc表9