混凝土路面设计.doc

黄 冈 职 业 技 术 学 院道路路面工程沥青(水泥)混凝土路面工程设计书班 级： 08道桥班 姓 名： 龚 钦 指导老师： 贾 老 师 设计任务书一、课程设计的目的和要求 课程设计是高等学校学生在校学习专业课得一个重要环节，也是学生综合运用所学知识解决实际问题和独立钻研的好时机。课程实际在教学上的要求是： 培养综合运用所学知识、解决实际问题的独立工作能力； 系统巩固并提高基础理论课与专业知识； 了解路基路面整体设计与个体设计的有机联系； 提高与加强设计、计算、绘图及编制说明书的基本技能。 课程设计的步骤与方法 研读路面结构设计与计算的有关例题。 认真分析设计任务书所提供的设计依据。 进行车辆荷载换算（包括计算荷载、验算荷载）； 路面结构设计 （1）沥青路面结构设计 a . 计算标准轴载的作用次数； b . 确定道路的交通分级，选定设计年限及车道系数 c . 计算使用年限内累计当量轴次 d . 确定容许回弹弯沉值 LR e . 确定各路段干湿类型和路基与各层的回弹模量值； f . 进行路面结构组合设计（每路段选两个结构组合方案，通过计算比较确定一个）； g . 按三层体系理论计算路面厚度，确定采用方案。 h .绘制路面结构图。 （2）水泥混凝土路面设计： 计算标准荷载的作用次数； 确定交通量分级，选定设计年限及轮迹横向分布系数； 计算设计使用年限内累计当量轴次； 初拟路面结构，包括结构层次、类型和材料组成，各层的厚度、面板平面尺寸和接缝构造； 确定材料参数，确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层垫层和路基得回弹模量，基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量； 计算荷载疲劳应力： a . 查应力计算图得最大荷载应力； b . 定接缝传荷系数，疲劳应力系数，综合系数； c . 计算荷载疲劳应力； d . 计算温度应力。 由自然区划选最大温度梯度；按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的翘曲温度应力，最后计算温度疲劳应力。 检验初拟路面结构 按 0.95fcm p+t 1.03fcm 公式检验，如不满足，重拟路面结构，重新计算，直到满足要求为止。计算厚度取整至厘米。 画出最后选定的路面结构图。 二、 设计资料4a区某大城市主干道，车行道拟建两快车、两重车的四车道，全宽15m（交通性质：机动车与非机动车分道行驶）。预计使用初期的交通量及其组成如表所列（已包括大于40KN的通过次数），交通量增长率4。不利季节（春融时）土基模量E0=27.0MPa，路基系粘性土，属中湿类型。初拟路面结构组合如图，试分别设计水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的结构层厚度，水泥混凝土路面需进行接缝设计。面层 E1二灰砂砾 E2天然砂砾 E3160MPa土基 E027.0MPa初拟路面结构图（GQ-4表）轴载分配和换算表(GQ-2表)轴载等级计算轴重（KN）每日作用次数Ni(次/日)（Pi/P）16后轴数系数iBZZ-100的轴次（次/日）设传力杆不设传力杆45-50503000.000015110.004650-60602000.000282110.056460-70703000.003323110.996970-80804000.0281471111.259080-90904990.1853021192.465790-1001002001.0000011200.0000100-110110324.59493711147.0391110-1201201618.48842611295.8148双后轴110-120（轴距1.3m）120(双)318.4884260.232.39设传力杆12.7570不设传力杆132.5620三、 需提交的文件和图纸1、 详细的设计计算书（水泥混凝土路面应包括横向缩缝设传力杆与不设传力杆的两种解答）（1） 沥青混凝土路面 确定结构方案； 确定设计参数； 计算待求层厚度； 弯拉应力计算； 剪应力计算。（2） 水泥混凝土路面 确定结构方案； 确定设计参数； 初拟混凝土板尺寸； 应力计算； 接缝设计。2、 提交如下设计图（A3图幅，比例自定，最好用计算机绘制）；（1） 标准横断面图（根据有关参考资料确定横断面形式）；（2） 路面结构图；（3） 水泥混凝土路接缝构造图、配筋设计图。四、 参考设计计算步骤1、 沥青混凝土路面（1） 确定结构方案；（2） 路面设计弯沉：交通参数；设计弯沉；土基回弹模量；（3） 计算待求层厚度：多层体系换算；厚度计算；（4） 弯拉应力计算：沥青层层底；半刚性基层层底；（5） 剪应力验算（6） 防冻层厚度验算。2、 水泥混凝土路面（1） 确定结构方案；（2） 初拟混凝土板尺寸；（3） 确定设计参数：交通参数；材料参数；当量回弹模量；计算回弹模量；（4） 计算荷载应力、温度应力；（5） 检验板的初拟尺寸；（6） 防冻层厚度验算；（7） 接缝和配筋设计。沥青路面设计说明书路面结构设计步骤说明新建沥青路面按以下步骤进行路面结构设计：(1) 根据设计任务书和路面等级及面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。(2) 按路基土类型和干湿状态，将路基划分为几个路段，确定路段回弹模量值。(3) 根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几中可能的路面结构组合及厚度方案，根据选用的材料进行配合比实验及测定结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。(4) 根据设计弯沉值计算路面厚度。对二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构层组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。沥青路面结构设计算书沥青路面结构层计算 （1）轴载分析 本设计的累计当量轴次的计算以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示。标准轴载的计算参数按下表GQ-1确定。标准轴载计算参数（GQ-1表）标 准 轴 载BZZ-100标 准 轴 载BZZ-100标准轴载P（kN）100单轮传压面当量圆直径d(cm)21.30轮胎接地压力p（MPa）0.70两轮中心距（cm)1.5d 1）以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力 轴载换算由表GQ-2表可知：轴载换算结果表（弯沉）轴载等级计算轴重（KN）每日作用次数Ni(次/日)BZZ-100的轴次（次/日）45-5050300110.00460.04650-6060200110.05640.05660-7070300110.99690.996970-80804001111.259011.259080-90904991192.465792.465790-10010020011200.0000200.0000100-1101103211147.0391147.0391110-1201201611295.8148295.8148747.6365 标准轴载的当量轴次 累计当量轴次为：2）验算半刚性基层底拉应力的轴载换算公式为： 计算结果如表GQ-3所示(参考GQ-2表)轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）（GQ-3）轴载等级计算轴重（KN）每日作用次数Ni(次/日)BZZ-100的轴次（次/日）45-5050300110.00460.067850-6060200110.05640.237460-7070300110.99690.998470-80804001111.25903.355480-90904991192.46579.615990-10010020011200.000014.1421100-1101103211147.039112.1259110-1201201612.2295.814817.199357.7422 注：轴载小于50的轴载作用不计累计当量轴次 为： （2）路面结构组合材料选取经计算路面设计使用年限内一个车道上累计标准轴次为250万次左右，根据规范推荐结构，并考虑到当地材料供用条件，决定上面层采用细粒式密集沥青混凝土路面（4cm），中面层采用中粒式沥青混凝土（6cm），下面层采用粗粒式沥青混凝土（8cm），基层采用二灰砂砾基层（厚度待定），底基层采用天然砂砾(20cm)。（3）各层材料的抗压模量与劈裂强度的选定由下表可知：本路段面层结构材料的设计参数为：材料名称20的抗压模量(MP)劈裂强度（MP）高度（cm）细粒式密集配沥青混凝土16001.64细粒式密集配沥青混凝土14001.26细粒式密集配沥青混凝土12001.08二灰砂砾17000.8?天然砂砾16020土基27（4）土基回弹模量的确定该路段处于4a区，为粘性土，中湿类型，稠度1.0，查路基路面工程表14-9 14-11得土基回弹模量E0=35.5MP。由于指导书中GQ-4表中初拟定土基回弹模量E0=27.0MP（5）设计指标的确定 设计弯沉值 所以： 各层材料容许层底拉应力 所以密集沥青混凝土面层：所以： 细粒式沥青混凝土为 中粒式沥青混凝土为：粗粒式沥青混凝土：二灰砂砾： 天然砂砾：6、设计资料总结，设计弯沉，抗压模量，已拟定的各结构层厚度，容许拉应力等资料汇总表。设计资料汇总表材料名称h（cm）20的抗压模量容许拉应力（MPa）细粒式密集配沥青混凝土416000.68细粒式密集配沥青混凝土614000.51细粒式密集配沥青混凝土812000.43二灰砂砾？17000.49天然砂砾201600.17土基27（7）确定石灰土层厚度 计算容许弯沉值 计算弯沉综合修正系数F 计算理论弯沉系数用多层体系换算，将六层体系按照弯沉等效的原则换算为思层体系。换算图式如图GQ-5图所示。 细粒式沥青上面层 h1=4 E1 沥青面层 E1 中粒式沥青中面层 h2=6 E2 二灰砂砾 粗粒式沥青下面层 h3=8 E3 天然砂砾 h5 E5二灰砂砾基层 h4=? E4 土基 E0天然砂砾 h5=20 E5 土基 E0=27 图GB-5 多层体系换算示意图根据中面层弯拉应力等效公司计算： 面层为密集沥青面层厚度为为:所以：面层的厚度=15CM用三层体系为计算体系，将四层体系按照弯沉等效的原则换算为三层体系。换算图式如图GQ-6所示 E1=1600 H E4=1700 土基 E0=27由已知参数求的：图7 GQ-6 多层体系换算示意图由只材料可知：根据表面弯沉三层体系表面弯沉系数诺谟图，可得=5.80，K1=1.87。由公式： 得：由于： ， , ,查诺谟图得：所以：H=34.08 计算二灰砂砾基层厚度h4根据公式： 取最小厚度：（8）各层底弯拉应力的验算换算成当量三层体系，此时第一层用15抗压模量，其余各层抗压模量不变 h=2200 E1=2200 H E4=1700 土基 E0=27 h= 15 E1=2200 h2= 39 E3=1700 h3= 20 E4=160 土基 E0=27体系换算示意图 确定允许弯拉应力查表知沥青混凝土和天然砂砾的抗弯拉强度分别为: 沥青混凝土和天然砂砾的抗弯拉强度结构系数分别为： 其容许弯拉应力分别为：MPMP 验算弯拉应力沥青混凝土层和二灰砂砾的计算回弹模量分为E1=