沥青路面设计(终极版)

课程设计学院：土木与交通学院姓名：999学号：2009000001根本设计资料拟设计路线位于微邱区，该路段设计年限15年，交通量年平均增长8.9%，车道系数η=0.45，该路段处于中国公路自然区划II1区，行车道为四车道，此公路所经地区多处为粉性土，季节性冰冻地区，冻结深度为1.2m路基中湿，回弹模量E=35Mp。交通组成及交通量表车型双向交通量小客车2700风潮HDF650800三菱PV413530黄河JN162A1700江淮HFF3150C07610雷诺JN75850山西SX341850东风YCY--90600龙尼克276658一、沥青路面设计2、轴载分析我国沥青路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，表示为BZZ-100。标准轴载的计算参数按表3-1确定。标准轴载计算参数标准轴载名称BZZ-100标准轴载名称BZZ-100标准轴载P〔KN〕100单轮当量圆直径d〔mm〕21.30轮胎接地压强P〔Mpa〕0.70两轮中心距〔cm〕1．5d1﹚当以设计弯沉值设计指标及沥青基层层底拉应力验算时，凡前、后轴轴载大于40kN的各级轴载的作用次数均换算成标准轴载的当量作用次数。式中：—以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；—被换算车型的各级轴载换算次数〔次/日〕；—标准轴载〔〕；—各种被换算车型的轴载〔〕；C1—轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38；C2—轴数系数。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算那么其设计年限内一个车道上的累计量轴次：式中—设计年限内一个车道的累计当量次数；t—设计年限，由材料知，t=20年；—设计端竣工后一年双向日平均当量轴次；—设计年限内的交通量平均增长率，由材料知，γ=0.089；—车道系数，由材料知η=0.45。车型〔〕〔次/日〕小客车前轴\\\27000后轴\\\27000风潮HDF650前轴13.5\\8000后轴27\\8000三菱PV413前轴49.716.4530162.033993后轴1012.215301217.577254黄河JN162A前轴62.2816.417001386.900556后轴116.221117003269.043583江淮HFF3150C07前轴49.216.4610178.467034后轴96.311610517.7310169雷诺JN75前轴30.516.48500后轴58.51185082.51766745山西SX341前轴23.716.48500后轴68.711850166.0277689东风YCY--90前轴2516.46000后轴78.211600411.747169龙尼克2766前轴6716.45865.01796304后轴102.54.6158297.0534767∑N=7754.118Ne=﹙2﹚验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次时，凡轴载大于40KN的各级轴载的作用次数均按下式换算成标准轴载的当量作用次数。式中：—以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数；—被换算车型的各级轴载换算次数〔次/日〕；—标准轴载〔〕；—各种被换算车型的轴载〔〕；—轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。—轴数系数；车型〔〕CC〔次/日〕C小客车前轴\\\27000后轴\\\27000风潮HDF650前轴13.5\\8000后轴27\\8000三菱PV413前轴49.7118.553036.50049111后轴1012.215301262.610919黄河JN162A前轴62.28118.51700246.2735249后轴116.221117005658.429252江淮HFF3150C07前轴49.2118.561013.40388309后轴96.311610451.1699148雷诺JN75前轴30.5118.58500后轴58.51185011.6591222山西SX341前轴23.7118.58500后轴68.71185042.17672191东风YCY--90前轴25118.56000后轴2×78.211600167.8167362龙尼克2766前轴67118.55815.07323219后轴102.54.6158325.0698931∑N=8230.18369Ne‘2、结构组合与材料选取根据《公路沥青路面设计标准》，路面结构层采用沥青混凝土〔190〕，基层采用水泥稳定碎石〔厚度待定〕，底层采用二灰土〔350〕，采用三层式沥青混凝土面层，表层采用细粒式密级配沥青混凝土〔40〕，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土〔60〕，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土〔90〕。各层材料的抗压模量和劈裂强度土基回弹模量确实定可根据查表法查得。各结构层材料的抗压模量及劈裂强度已参照标准给出的推荐值确定。层次材料名厚度(cm)抗压回弹模量〔20°C〕抗压回弹模量〔15°C〕劈拉强度〔Mpa〕①细粒式沥青混凝土4140020001.4②中粒式沥青混凝土6120018001.0③粗粒式沥青混凝土9100012000.8④水泥稳定碎石25150036000.5⑤二灰土3575024000.25⑥土基—3535—3、设计指标确实定﹙1﹚设计弯沉值公路为一级，那么公路等级系数取1.0；面层是沥青混凝土，那么面层类型的系数取1.0；路面结构为半刚性基层沥青路面，那么路面结构类型系数取1.0。式中：—设计弯沉值—设计年限内的累计当量年标准轴载作用次数—公路等级系数，一级公路为1.0—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0—基层类型系数，半刚性基层为1.0所以﹙2﹚各层材料按容许层底拉应力，按以下公式计算：式中：—路面结构材料的极限抗拉强度〔Mpa〕；—路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加载的疲劳弯拉应力〔Mpa〕；—抗拉强度结构系数。对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数：对无机结合料稳定集料类的抗拉强度结构系数：对无机结合料稳定细土类的抗拉强度结构系数：表2-5结构层容许弯拉应力材料名称〔Mpa〕〔Mpa〕细粒沥青混凝土1.44.160.34中粒沥青混凝土1.04.160.24粗粒沥青混凝土0.84.510.19水泥稳定碎石0.52.480.21二灰土0.253.190.08路面结构层厚度的计算﹙1﹚理论弯沉系数确实定式中：δ—当量圆半径；F—弯沉综合修正系数，。因此：F=1.63×[19.19/2000/10.65]0.38(35/0.70)0.36=0.464=19.19×1400/(2000×10.65×0.7×0.464)=3.883﹙2﹚确定设计层厚度采用三层体系外表弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。h/δ=4/10.65=0.376E2/E1=1200/1400=0.857；由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.35。h/δ=4/10.65=0.376=35/1200=0.029；由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.450。又因为K2=/(K1〕=3.78/〔6.35×1.450〕=0.411，，由上查表得：H/δ=6.5，H=10.65×6.5=69.2。由可知：,因为取H=62cm，可知h4=24.55cm，故取h4=25cm。h1=4cmE1=1400MPah=4cmE1=1400Mpah2=6cmE2=1200MPah3=9cmE3=1200MPaH=62cmE2=1200MPah4=25cmE4=1500MPah5=35cmE5=750MPaE0=35MPaE0=35MPa层地拉应力验算：沥青混凝土面层层底拉应力验算h1=4cmE1=2000MPah=21.5cmE1=1200Mpah2=6cmE2=1800MPah3=9cmE3=1200MPaH=47.3cmE2=3600MPah4=25cmE4=3600MPah5=35cmE5=2400MPaE0=35MPaE0=35MPa；，。查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图，知，故满足要求。水泥稳定碎石层层底拉应力验算h1=4cmE1=2000MPah=37.4cmE1=3600Mpah2=6cmE2=1800MPah3=9cmE3=1200MPaH=35cmE2=2400MPah4=25cmE4=3600MPah5=35cmE5=2400MPaE0=35MPaE0=35MPah==37.4cm，=35cm由h/=37.4/10.65=3.5136,E2/E1=2400/3600=0.667查表得=0.07Mpa由h/=37.4/10.65=3.5136,=35/2400=0.0146,E2/E1=2400/3600=0.667查表得:n1=0.97由=35/2400=0.0146,E2/E1=2400/3600=0.667,H/=3.286385,查表得n2=1.09由公式m=Pn1n2得m=0.7×0.07×0.97×1.09=0.0518Mpa<R=0.21Mpa满足要求。﹙3﹚二灰土土层层底拉应力验算h1=4cmE1=2000MPah=40.34cmE1=3600Mpah2=6cmE2=1800MPah3=9cmE3=1200MPaH=35cmE2=2400MPah4=25cmE4=3600MPah5=35cmE5=2400MPaE0=35MPaE0=35MPa=40.34cm由，0.0146，可知0.25；由，，可知1.10；由，，3.788，可知0.40。由公式0.7×0.25×1.11×0.40=0.078<σr=0.0814，故满足要求，4、防冻层厚度检验根据标准知：在季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，路面设计应进行防冻厚度的检验，如小于标准定的最小防冻厚度时，应增设或加垫层使路面总厚度到达要求。路面结构层总厚度h=4+6+9+25+37=81cm，大于最大冰冻深度45cm，所以不考虑冻层深度。5、剪力验算h1=4cmE1=1400MPah=12.51cmE1=1200Mpah2=6cmE2=1200MPah3=9cmE3=1200MPaH=47.31cmE2=1500MPah4=25cmE4=1500MPah5=35cmE5=750MPaE0=35MPaE0=35MPa1.路面结构的等效换算：h=H=2.计算剪应力和正应力：EE查表得到如下数据：τm=0.457,γ1=1.005，γσ1=1.11，ρ1=1.000，ρ2因而得f=0.3时：τm(0.3)=pτmγ1γ2=0.7×0.457×1.005×σ1(0.3)=pσ1ρ1ρ2=0.7×1.11×1×缓慢制动时：τm0.2=τσ1(0.2)＝σ沥青c=0.5Mp，φ＝３７°，τα=τmcosφ=0.234×σα=σ1－τm(1+sinφ)=0.737－τ=c+σαtg３７°=0.5+0.363×0.75=0.772〔紧急制动时：τm0.5=σ1(0.5)＝στα=τmcosφ=0.507×0.8=0.σα=σ1－τm(1+sinφ)=0.834－0.507×(1+0.6)=τ=c+σαtg３７°=0.5+0.363×0.75=0.517〔2.确定容许剪应力Nt=0.15×N那么缓慢制动时：Kτ紧急制动时：Kτ3.验算剪切条件：对于缓慢制动：τα=0.187〔Mp〕对于紧急制动：τα=0.405(MP)满足条件！二、混凝土路面设计=1\*Arabic1、交通量分析车型双向交通量小客车2700北京BJ130800切贝尔D20530解放CA10B1700黄河JN253610黄河DD690850山西SX341850华龙SK171A600罗曼SQ925158车型〔〕δNi〔次/日N=小客车前轴\027000后轴\027000北京BJ130前轴13.508000后轴27.208000切贝尔D20前轴28.205300后轴54.815300.035056197解放CA10B前轴19.4017000后轴60.854.33358E-0517002.60294E-05黄河JN253前轴55392.705265461016.79575733后轴664.25681E-056103.36602E-05黄河JN360前轴5040930645608后轴1103.80432E-058500.148586473黄河DD690前轴56389.674358685030.98340807后轴1043.85156E-058500.061318115华龙SK171A前轴35.306000后轴76.64.11958E-056000.000347268罗曼SQ9251前轴50409.1340067580.362087591后轴111.37.94363E-09582.55488E-06N—标准轴载累计当量作用次数；t—设计基准年限；γ—交通量年平均增长率，由材料知，γ=0.089；η—临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，混凝土路面临界荷位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0.17～0.22二级及二级以下公路行车道宽>7m0.34～0.390.54～0.62行车道宽≤7m那么设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数NN=2\*Arabic2、初拟路面结构因为交通量3×104＜356922＜100×104次，故可知交通属于中等交通。由以上可知相应于平安等级为三级的变异水平等级为中级，根据二级公路、中等交通等级和中级变异水平等级。查标准知：初拟普通混凝土面层厚为220mm；基层选用石灰粉煤灰料理粒料，厚为180mm；垫层为150mm的低剂量无机结合稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m；长为5m。=3\*Arabic3、确定材料参数取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为4.5Mpa，相应弯拉弹性模量标准值为29Gpa；路基回弹模量为35Mpa；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去600Mpa；石灰粉煤灰料理粒料基层回弹模量取1300Mpa。=====0.312m==4.154==普通混凝土面层的相对刚度半径为：根据二级公路、中等交通，由《路基路面工程》查得初拟普通混凝土面层厚度为0.22m。由以下公式求得：式中γ—混凝土板的相对刚度半径〔m〕；H—混凝土板的厚度〔m〕；Ec—水泥混凝土的弯沉弹性模量〔Mpa〕；σp—标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力〔Mpa〕；kr—考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，kr=0.87～0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.76～0.84，；kc—考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查下表3-3；表3-3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kc1.301.251.201.10σps—标准轴载Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力〔Mpa〕。=，=2.07根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数,那么荷载疲劳应力为：=2.07×0.87×1.2×1.219=2.638MPa=4\*Arabic4、计算温度疲劳应力由《路基路面工程》知，II区最大温度梯度取88﹙℃/m﹚。板长5m，L/r=5/0.642=7.79；混凝土板厚0.22m，Bx=0.72。那么可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：式中：αc—混凝土的温度线膨胀系数；