水泥混凝土路面结构设计(doc23页)

1、指导老师 :学生班级：学号:姓名:刘红燕2008 级 2 班3080219124王 利中国民航飞行学院空中交通管理学院2010年 11 月 20 日目 录一、课程设计目的及要求0二、课程设计的内容及其要求0三、课程设计步骤与方法11.水泥混凝土路面结构设计具体步骤如下：12 课程设计内容和时间安排（自己安排的时间是8 天完成）23 评价标准 ;2四、课程设计背景资料2水泥混凝土路面设计2五、课程设计背景资料高速公路水泥混凝土路面设计（据学号选题如下）4六、设计步骤51.选定高速公路路面设计资料52.轴载换算53.路面板厚度计算74.确定结构层设计参数135.设计路面结构图绘制（CAD截图）如下

2、：146.接缝设计16七、设计过程的个人见解18八、参考资料18路基路面课程设计任务一、课程设计目的及要求路基路面课程设计是交通工程专业在校进修专业课的一个重要环节，也是学生综合运用所学知识解决现实问题和独立钻研的好机会.路基路面的课程设计是对路基路面工程课堂教学的必要补充和深化，通过设计让我们可以更加切合实际地和灵活地掌握路基路面的基本理论，设计理论体系， 加深对路基路面设计方法和设计内容的理解，加强设计、计算、绘图及编制说明书的基本技能，进而提高和培养了分析、解决工程实际问题的能力。二、课程设计的内容及其要求课程设计内容分路基设计和路面设计两部分内容，在路面设计内容里还包括机场道面设计内容

3、。 以教师提供的设计资料为主，学生在查阅相关文献资料的基础上，结合当地的气候条件、地质条件、水文条件以及给定的交通条件，拟定路基路面的设计方案，对路基的稳定性、路面结构厚度的计算和验算。课程设计要求设计计算条理清晰，计算的方法和结果能符合我国现阶段路基路面设计和机场道面设计规范的要求。水泥混凝土路面设计是本人及本报告的主要内容。任务： 水泥混凝土路面结构设计三、课程设计步骤与方法课程设计首先要熟悉课程设计的指导书，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1.水泥混凝土路面结构设计具体步骤如下：第一：（ 1）水泥标准荷载的作用次数（ EXCEL 完成计算）（ 2）确定

4、交通量分级，选定设计年限及轮迹横向分布系数（ 3）计算设计使用年限内累计当量轴次第二：（ 4）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（ 5）确定材料参数，确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量，基层垫层和路基的回弹模量，基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量（ 6）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，综合系数c.计算荷载疲劳应力d.计算温度应力第三（ 7）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（ 8）检验初拟路面结构按 rprtrfr5.0MPa0.95fcm p+

5、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。第四画图（ 9）画出最后选定的路面结构图第五整理报告（ 10）编写设计说明书2 课程设计内容和时间安排（自己安排的时间是8 天完成）（ 1）布置设计任务。 教师提供路基路面课程设计的基本资料， 并交待课程设计的目的、方法、要求等。 0.5 天（ 2）路基设计资料分析、设计方案的拟定。1 天2010 年 11 月 18 日查找资料1 课本2 水泥路面设计人民交通出版社2003年 6 月 第一版黄晓明主编3公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)校内网上有分享，http:/share.

6、/share/234101645/4115573432（ 3）路基结构形式设计、绘制，路基边坡稳定性验算。 1 天（ 4）整理及编写整理路基工程课程设计的设计报告、计算书整理。2010 年11 月 19 日1 天 2010 年11月 20 日（ 5）路面设计资料分析、确定路面等级和面层类型。1天2010 年11 月22 日（ 6）路面结构设计、路面结构参数及设计参数确定；路面厚度计算和应力验算，提出合理的路面合理的路面结构型式；作图。2天 2010年 11 月23 24日（ 7）整理及编写整理路面工程课程设计的设计报告、计算书整理。2 天2010 年11月25 27日3 评

7、价标准 ;参照优秀的标准：能够熟练综合运用所学知识，全面独立完成设计任务，设计过程中能够提出自己的见解；设计方案合理，设计计算正确，数据可靠；图面质量整洁，能很好地表达设计意图；计算书表达清楚，文字通顺。四、课程设计背景资料水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面设计（双向 4 车道高速公路） 路面结构设计图、水泥混凝土路面分块布置图、水泥混凝土路面接缝设计图，至少完成其一（一张 A3 图纸）水泥混凝土路面设计计算书。双向四车道：共有四条车道，比如往南有两条车道，相向往北也有两条，就是双向四车道。按国家颁布的相关标准，同时也和全世界通用标准相差无几，城市道路每车道宽度为3.75米，交叉路口分流车道每车

8、道为2.3-2.5 米，干线公路（包括高速公路）每车道宽为3.75米，路肩（高速公路紧急停车带）为1.5-2.5 米。2. 设计任务书和指导报告要求：交通量根据学生班级及学号尾数按照表1 采用，若学号尾数超过34，则 35 号选用 5 号的资料， 36 号选用6 号的资料，依此类推。（选定红色的）表 1交通量（辆 / 昼夜）路基中湿， E 35MPa路基干燥， E 50MPa学生学号0102030405060708091011121314151617尾数小客车3100 3018 2900 2654 2700 2620 2580 2500 2300 3100 3018 2900 2654 270

9、0 2620 25802100中客车600 658 700 756 800 834 869 9001000 600 658 700 756 800 834 8691100SH130大客车720 691 650 631 530 501 458 410 305 720 691 650 631 530 501 458 210CA50小货车1500 1534 1600 1625 1700 1725 1768 1800 1900 1500 1534 1600 1625 1700 1725 17682000BJ130中货车810 781 720 705 610 585 556 510 550 810 78

10、1 720 705 610 585 556 450CA50中货车750 640 800 531 850 864 897 900 950 750 640 800 531 850 864 8971000EQ140大货车800 772 700 776 850 798 726 650 600 800 772 700 776 850 798 726 780JN150特大车日800 843 900 756 600 688 654 500 400 800 843 900 756 600 688 654 450野 KB222拖挂车五8085885158606265658085885158606258十铃交通量

11、10.2 11.5 12.3 11.1 8.9 9.1 9.4 9.7 9.910.2 11.5 12.3 11.1 8.9 9.1 9.411.0年平均增长率（ %）水泥混凝土路面设计交通量与土基资料注：上表为双车道双向交通量调查结果，学生采用相应的交通量与路基资料。表 1（续）水泥混凝土路面设计交通量与土基资料交通量（辆 / 昼夜）路基干燥， E 50MPa路基中湿， E 35MPa学生学号1920212223242526272829303132333418尾数小客车3100 3018 2900 2654 2700 2620 2580 2500 2300 3100 3018 2900 26

12、54 2700 2620 25802100中客车600 658 700 756 800 834 869 9001000 600 658 700 756 800 834 8691100SH130大客车1720 1691 1650 1631 1530 1501 1458 1410 1305 1720 1691 1650 1631 1530 1501 14581210CA50小货车1500 1534 1600 1625 1700 1725 1768 1800 1900 1500 1534 1600 1625 1700 1725 17682000BJ130中货车810 781 720 705 610

13、585 556 510 550 810 781 720 705 610 585 556 450CA50中货车750 640 800 531 850 864 897 900 950 750 640 800 531 850 864 8971000EQ140大货车800 772 700 776 850 798 726 650 600 800 772 700 776 850 798 726 780JN150特大车日800843 900 756 600 688 654 500 400800 843 900 756 600 688 654 450野 KB222拖挂车 五808588515860626565

14、8085885158606258十铃交通量年平均增10.211.5 12.3 11.18.9 9.1 9.4 9.7 9.910.2 11.5 12.3 11.18.9 9.1 9.411.0长率（ %）水泥混凝土路面设计交通量与土基资料注：上表为双车道双向交通量调查结果，学生采用相应的交通量与路基资料。五、课程设计背景资料高速公路水泥混凝土路面设计（据学号选题如下）设计资料：本公路等级为高速公路，双向四车道，据表得，交通量年平均增长率为11.1%，查得设计年限为30 年，该路段处于中南地区，选取广州，属7 区。表 1交通量（辆 / 昼夜）路基中湿， E 35MPa路基干燥， E 50MPa学

15、生学号0102030405060708091011121314151617尾数小客车3100 3018 2900 2654 2700 2620 2580 2500 2300 3100 3018 2900 2654 2700 2620 25802100中客车600 658 700 756 800 834 869 9001000 600 658 700 756 800 834 8691100SH130大客车720 691 650 631 530 501 458 410 305 720 691 650 631 530 501 458 210CA50小货车1500 1534 1600 1625 170

16、0 1725 1768 1800 1900 1500 1534 1600 1625 1700 1725 17682000BJ130中货车810 781 720 705 610 585 556 510 550 810 781 720 705 610 585 556 450CA50中货车750 640 800 531 850 864 897 900 950 750 640 800 531 850 864 8971000EQ140大货车800 772 700 776 850 798 726 650 600 800 772 700 776 850 798 726 780JN150特大车日800 843

17、 900 756 600 688 654 500 400 800 843 900 756 600 688 654 450野 KB222拖挂车 五8085885158606265658085885158606258十铃交通量年平均增10.2 11.5 12.3 11.18.9 9.1 9.4 9.7 9.910.2 11.5 12.3 11.18.9 9.1 9.411.0长率（ %）水泥混凝土路面设计交通量与土基资料注：上表为双车道双向交通量调查结果，学生采用相应的交通量与路基资料。六、 设计步骤1.选定高速公路路面设计资料主要设计指标： 全线按照平原丘陵山区公路修建， 路基宽度为 24m，双

18、向 4 车道，中央分隔带 3.0m，土路肩为 2 3.00m，行车道为 4 3.75m，中央两左侧路缘带 2 0.75m。设计车速： 80 100km/h 。根据交通量情况和公路性质设计机动车道的路面结构。设计交通量标准轴载为BZZ-100 。交通组成如下表所示，交通量年增长率r=11% 。2.轴载换算（ 1）水泥标准荷载的作用次数(EXCEL 完成计算 )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。n16PiN si N ii 2.2210 3 Pi0.43 （公式 2）（ ( 公式 1） ；i 1100i

19、 1.0710 5 Pi0.22（ ( 公式 3） ； i 2.2410 8 Pi0.22（ ( 公式 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）；n 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。表 2水泥（ EXCEL ）轴载换算结果表（弯沉）PiiN ii Ni16车型(KN)(次 /日 )i N i ( Pi / 1

20、00)前轴16.5665265417649100小客车后轴231265426540中客车前轴25.555517564165560.00014SH130后轴45.117567560.0022大客车前轴28.7524.2631330770.20.0007CA50后轴68.216316311.382小货车前轴13.4727.3162511818630BJ130后轴27.41162516250中货车前轴28.7524.27053695610.00078CA50后轴68.217057051.54中货车前轴23.7569.1531302192.10EQ140后轴69.215315311.47大货车前轴49

21、416.57763232043.57JN150后轴101.617767761000.37特大车日野前轴50.2412.1756311547.65.067KB222后轴104.317567561482.76拖挂车前轴60381.75119466.75.492五十铃后轴100（3 轴）05100np i )16Nsi N i (2501.655i1100轴载换算结果表注：轴载小于25KN的轴载作用不计。上表为四车道双向交通调查结果，取交通量年平均增长率为11.1 。小于和等于40KN(单轴 ) 和 80KN（双轴）的轴载可略去( 设计过程中能够提出自己的见解 )。调查分析双向交通的分布情况，车道数

22、为4。课本P283 查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)，高速公路一级，设计使用年限为30 年。P297 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0.22 ，可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数Ne 为：N s 11 365( 公式 5)N e2501 . 655( 1 11 .1 %) 301 3650.22 = 40754177.2 1次11 .1% 2000 0000 次，此路面属特重交通。依据参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) :参考一3.路面板厚度计算路基的强度和稳定性同路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影

23、响路面结构的设计，路基按干湿状态不同，分为四类：干燥、中湿、潮湿和过湿。为了保证路基路面结构的稳定性一般要求路基处于干燥或中湿状态，当处于过湿状态时，路基不稳定， 冰冻区春融翻浆，非冰冻区弹簧，路基经处理后方可铺筑路面。下面对潮湿、中湿、干燥3 种状态分别讨论。本设计报告标准为干燥状态依据参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) :参考二、初拟路面结构查公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) 表 4.4.6校内网上有分享，/share/234101645/4115573432依据参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2

24、002) :参考三初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.26m,基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5），厚为 h1=0.22m。底基层厚度为h2=0.20m 的级配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为 3.75m, 长为 5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。、材料参数的确定（ 1）混凝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 3.0.6 ，参考四取普通混泥土面层的弯拉强度标准值f r 5MPa , 课本 P298 表 10-19相应弯拉弹性模量标准值为EGPa 。c31（ 2）土基的回弹模量参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002

25、) 附录 F，设计要求路基回弹模量取E050MPa 。查附录 F.2, 水泥稳定粒料基层回弹模量取E11500MPa ，级配碎石回弹模量取 E2250MPa 。依据参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) :参考五计算基层顶面当量回弹模量如下：E xh12 E1h22 E20.22215000.202250h12h220.2220.20 2934.389MPa( 公式 6)D xE1h13E2h23h1 h2211)112124(E2h2E1h1(公式 7)15000.2232500.2030.220.20 21111212415000.222503.413MNm0.20(公式

26、8)hx12D x3123.4130.353m3Ex934.389(公式 9)E x0.45934.3890.45a6.22 16.2211.513.8951.5142E0( 公式 10)E x0. 55934 .3890. 55b1 1.4411.440.739(公式 11)E0421133bEx0.739934.389EtahxE0E03.895 0.3535042253.732MPa(公式 12)普通混凝土面层的相对刚度半径计算为r0.537h3Ec0.5370.26 3310000.6928mEt253.732(公式 13)、荷载疲劳应力计算标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为ps

27、0.077r 0.6 h 20.0770.7350.60.26 20.947MPa( 公式 14)因纵缝为设拉平缝，查表10-21 课本 P300，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k f N en0.057( 公式 15)19985088.92.601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kc1.30。依据参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) :参考六荷载疲劳应力计算为prk r k f k cps0.872.6011.300.94

28、72.791 MPa( 公式 16)、温度疲劳应力由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) 表 3.0.8 ，参考七该路段处于中南地区，选取广州，属 7 区最大温度梯度区86-92 / m ，取值为 88 / m 。板长 l5m ， l / r 5 / 0.735 6.808( 公式 17)依据参照公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) :参考八图 B.2.2可查普通混凝土板厚h0.26m, Bx0.59 ,按式（ B.2.2 ），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为c Ec hTgBx1 10 5310000.26 88tm20.59 2.057MPa ( 公式

29、 18)2温度疲劳应力系数K1，计算为frc51. 323ktatmb2.057( 公式 19)fr0.8410.058 0.490tm2.0575计算温度疲劳应力为tr kt tm 0.490 2.057 1.009MPa( 公式 20)、可靠度计算由公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002) 表 3.0.1 ，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为 95%，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 3.0.3 ，参考九确定可靠度系数rrprtr1.26 ,1.262.791 1.0094.79

30、MPafr5.0MPa( 公式 21)因而所选的普通混凝土面层厚度h0.26m=26cm，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。4.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26干燥水泥稳定碎石基层22级配碎石底基层20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

31、超过4.5m，由于单侧行车道路面宽7.5m，故设计板宽取为3.75m。(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20cm。5.设计路面结构图绘制（ CAD截图）如下：图 1水泥路面设计平面图图 2水泥路面设计剖面图上未显示出的图形内容如下纵向和横向施工缝：填料 6缝53拉杆防锈涂料100纵向施工缝填料缝防锈涂料传力杆6.接缝设计、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式，上部应锯切槽口，图5-5横向施工缝构造 ( 单位 :mm)深度为 35mm，宽度为6mm，槽内灌塞填缝料。图 3填料缝653拉杆防锈涂