正式课程设计——路基路面

1、戈歹理Q*#changshecnnOROG； of sconce &路基路面工程课程设计课题名称：刚性路面结构设计学生姓名：郑航宇学号：0229班级：交工0902专业：交通工程指导教师：陈向阳2012年1月水泥混凝土路面板为刚性路面，具有较高的力学强度，在车轮荷载作用下变形较 小。所以， 混凝土板通常工作在弹性阶段。本水泥混凝土路面设计主要依据 公路水泥混凝 土路面设计规范 (JTG D40 2011) 。在荷载图示方面采用静力作用均布面荷载，在地基模 型方面， 采用温克勒地基模型。 在路面板形态方面， 采用半空间弹性地基有限大矩形板理论。长沙理工大学交通运输工程学院路基路面工程B课程设计任务

2、书一、设计任务及内容： 任务：刚性路面结构设计内容：1、初拟刚性路面结构（结构、材料、层厚、平面尺寸及接缝）；2 、确定材料参数（确定各层回弹模量及当量回弹模量）；3 、荷载及温度疲劳应力计算；4 、检验并确定刚性路面结构；5 、绘制水泥混凝土路面结构图设计、接缝构造图、补强钢筋布置图等。二、设计资料（一）、路面结构设计依据IV5区平原微丘区某地新建高速公路，路基宽 28m双向4车道。预计2012 年末建成通车。2009年调查的交通量组成如表1,每人按本人学号最后1位对应 选择一组交通量进行计算。表1 2009年调查的交通量组成表（双向调查的结果）车型交通量（辆/昼夜）n11112345678

3、90小客车16002000240030003200340031002900270025001中客车SH13013001100900700600500600700800900大客车CA50500600700800900800700650550450小货车BJ130300024001800200016001400150016001700180011中货车CA50600750700900100090800700600500中货车EQ1401000110015001800800700750800850900J1大货车JN15045055065085075080082068085065011日野KB22

4、21600140012001000900700800900600500太脱拉1384060901201008085907570年平均交通量增长率为6%路基平均填土高度为 m , m , m, 土质为 中液限粘土，平均地下水位为 m,平均冻深。试设计混凝土路面结构，并画出路 面结构及横断面图(注：该地盛产石灰、粉煤灰、并有砾石)。三、参考目录1、路基路面工程教材；2、公路水泥混凝土路面设计规范 (JTGD40-2011)，人民交通出版社，2011 年，北京；3、 公路路面设计手册，人民交通出版社，1994年，北京。路基路面工程B课程设计指导书一、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

5、专业课的一个重要环节，也是学生综合运 用所学的知识解决实际问题和独立钻研的良好机会。课程设计在教学上的要求 是：1、培养综合运用所学知识、解决实际问题的独立工作能力；2、系统巩固并提高基础理论课与专业知识；3、掌握路面结构的设计计算方法；4、了解路基路面整体设计与个体设计的有机联系；5、加强与提高设计、计算、绘图及编制说明书的基本技能；6对本专业某些理论性或技术性问题进行比较深入的探讨。二、课程设计的步骤与方法1、研读路面结构设计与计算的有关例题。2、认真分析设计任务书所提供的设计依据。3、刚性路面结构设计(1) 交通参数分析根据公路等级，确定设计基准期、安全等级，选定设计年限及轮迹横向分布

6、系数，计算使用年限内累计当量轴次，确定道路的交通分级。(2) 初拟路面结构根据安全等级所确定的变异水平，初拟路面结构层次、类型和材料组成，各 层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。(3) 确定材料参数根据交通等级，确定混凝土的弯拉强度标准值、弯拉弹性模量标准值，基层、 垫层和路基的回弹模量，计算基层顶面的当量回弹模量和混凝土面层的相对刚度 半径。(4) 计算疲劳应力a) 计算临界荷位处产生的荷载应力；b) 确定接缝传荷能力的应力折减系数，疲劳应力系数，综合系数；c) 计算荷载疲劳应力；d) 计算温度疲劳应力。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

7、计算温度疲劳应力。(5) 检验初拟路面结构按安全等级、变异水平、目标可靠度，按规范公式检验，如不满足，重拟路 面结构，重复(2)(4)步，直到满足要求。计算厚度取整至厘米。(6) 画出最后选定的路面结构图和接缝构造图等。三、课程设计文件装订完成设计任务后，将设计任务书、指导书、设计说明书、计算书及全部设计 计算图表并编好目录，装订成册。水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面板为刚性路面，具有较高的力学强度，在车轮荷载作用下变形较小。所以，混凝土板通常工作在弹性阶段。本水泥混凝土路面设计主要依据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2011)。在荷载图示方面采用静力作用均布面荷载，在地基模型方面

8、， 采用温克勒地基模型。在路面板形态方面，采用半空间弹性地基有限大矩形板理论。1. 行车荷载车辆的类型和轴型由交通调查和预测得知，本路建成初期双向混合交通量组成如下：中客车 CA30A 800辆；大客车 CA50 550辆； 小货车 EQ140 1700;中货车 CA50 600辆；中货车 EQ140 850辆； 大货车JN150 850 ;日野KB222 600 辆；太脱拉 138 75辆。根据交通调查结果，查阅相关资料可得表如下：表车辆轴重参数参考表车型名称前轴重(KN后轴重(KN后轴数交诵量中客车CA30A2X2800大客车CA501550小货车EQ14011700中货车CA501600

9、中货车EQ1401850大货车JN1501850日野KB2221600太拖拉1382X275轴载换算由公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40- 2011）得标准轴载的有关计算参数见表:表标准轴载计算参数标准轴载BZZ-100轴载P (KN100轮胎接地压强p（ MPa单轮传压面当量直径 d （ cm）两轮中心距（cm）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，换算为标准轴载的作用次数。由公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40 2011）有:16PiPs(11)式中：R第i级轴载重（KN）,连轴按每一根轴载单独计;N sN ii 1Ps

10、 设计轴载重（KN）；n 各种轴型的轴载级位数;Ni i级轴载的作用次数;Ns 设计轴载的作用次数。由式（1 1）计算及参阅相关数据得到轴载换算计算表:表轴载换算计算表车型轴重P (KN交通组成Nj (辆/日)当量轴次Ns中客车CA30A前轴800-后轴2X800-大客车前轴550-CA50后轴550小货车EQ140前轴1700-后轴1700中货车前轴600-CA50后轴600中货车EQ140前轴850-后轴850大货车JN150前轴850后轴850日野KB222前轴600后轴600太脱拉138前轴75-后轴2X 8075-Ns则可知本路建成初期每昼夜双向混合交通量换算成标准轴载的作用次数为次

11、/d。交通分析由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2011)可得高速公路的设计基准期为30年，具体数值见表:表可靠度设计指标公路等级高速一级二级三级四级安全等级一级二级三级设计基准期（a）30201510目标可靠度（%9590858070目标可靠度指标则设计基准期内路面所承受的标准轴载累计作用次数为Ni，则有:N365 mit1 1(1-2)其中，t =30 ,ni =,=6%365 2282.15 ,则有Ni10.06 30 165854263.48。0.06田于路面设计依据的父通量是设计车道上的父通量，所以，应对道路父通量乘以方向不均匀系数及车道不均匀系数。方向不均匀系数取，车道

12、不均匀系数取。则有设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数Ns为：NsNi 0.6 0.85 65854263.48 0.6 0.85 33585674.37车道横断面上各点所受的轴载作用次数，仅为通过该车道断面的轴载作用次数的一部分。水泥混凝土路面的临界疲劳荷位为纵缝边缘中部，该处的轮迹横向分布系数，按实际测定结果参照表所示。表 车辆轮迹横向分布系数公路等级纵缝边缘处高速、一级公路、收费站二级及二级以下公路行车道宽7m行车道宽w 7m本公路为高速公路双向四车道，取n =Ne:则，设计基准期内面层临界荷位出得标准轴载累积作用次数Ne Ni 33585674.37 0.227388848

13、.36(1-3)水泥混凝土路面所承受的交通轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为5级，分级范围如表所示：表交通荷载分级交通荷载等级极重特重重中等轻设计基准期内设计 车道承受设计轴载 （100KN）累计作用次数4Ne（ 10）6 1 X 10661X 10 20002000100100 3 320320280300260280240270230260220交通荷载等级中等轻公路等级二级三、四等级三、四等级变异等级高中高中高中面层厚度（mm2502202402102302002201902101803. 路面材料参数确定根据表、表和表，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值为，

14、相应的弯拉强度模量与泊松比为31GPa。砾石粗集料混泥土的线膨胀线ac=11*10A-6/c取中液限粘土的回弹模量为70mpa。取距地下水位时的湿度的调整系数为。由此，路床顶综合回弹模量取为 70*=。水泥稳定砂砾基层的弹性模量取2000mpa。泊松比取，级配砾石底基层回弹模量取为 200mpa,泊松比取。表水泥混凝土弯拉强度标准值交通荷载等级极重、特重、重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（MPa钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa表水泥混凝土线膨胀系数经验参考值粗集料类型石英岩砂岩砾石花岗岩、.一【、t r r 玄武岩石灰岩水泥混凝土线膨胀系数（10 6 / c）1212111097表水泥混

15、凝土强度和弹性模量经验参考值弯拉强度（MPa抗压强度（MPa71115202530364249抗拉强度（MPa弹性模量（GPa151821232527293133计算板底综合回弹模量如下:hi2Eih2200MPanhxhi h1 0.2mi 10.261 n(hx) 0.860.26 ln(0.18)0.860.4140.414Ex200EtEo57.496.2 MPaEo57.4上述式中：e。 路床顶综合回弹模量（MPa；与粒料层总厚度hx有关的回归系数;Ex 粒料层的单量回弹模量（MPa；hx 粒料层的总厚度（m ；n粒料层的层数；Ei、hi第i结构层的回弹模量（MPa与厚度（m。混泥土

16、面层的弯曲刚度板底地基综合回弹模量 Et取为95 MPa 。De、半刚性基层板的弯曲刚度Db、路面结构总相对刚度半径rg为:DeEeh：12(1Ve2)31000 0.25312(1 0.152)41.3MN ?mEbh；12(1 v；)32000 0.2012(1 0.202)1.39MN ?m1.21( )3Et伪（4!f3阴仲上述式中：he、Ee、Ve 混凝土面层板的厚度（m）、弯拉弹性模量（MPa）和泊松比;hb、Eb、vb下层板的厚度（m、弯拉弹性模量（MPa和泊松比;rg双层板的相对刚度总半径（ m ；Et板底地基当量回弹模量（MPa ；De混凝土面层板的截面弯曲刚度（MN ?m）

17、；Db下层板的截面弯曲刚度（MN ?m ）。4. 荷载应力根据标准得，标准轴载和极限载荷在临界荷位处产生的荷载应力为:1 .45 100.65h 2 0.94psrghc Ps1 Db Dc 0.9430.25 2 1.391 -41.31000.941.639MPa31 .45 100.65 h 2 0.94pmrg hc Pm1 D Dc31.45 100.9430.65 0.25 21.39141.31800942.848MPa计算面层荷载疲劳应力和面层最大荷载应力:pr krkfke ps 0.87 2.486 1.15 1.6394.08MPap,max krkc pm 0.87 1

18、.15 2.8482.85MPa上述式中:pr设计轴载在面层板临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa ；PS设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MPa ；p,m ax最重轴载Pm在面层板临界荷位处产生的最大荷载应力（ MPa ；pm最重轴载Pm在四边自由板临界荷位处产生的最大荷载应力（MPa）;kr考虑接缝传荷能力的应力折减系数;考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳应力系数;ke考虑计算理论与实际差异以及动载等因素影响的综合系数;其中：应力折减系数kr0.87 ；综合系数ke 1.15 ；疲劳应力系数kfNe(869 1 04)02.4865. 温度应力由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2011 )，该区处于IV区，查表取最大温度梯度取92C/m。计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数Bl。表最大温度梯度标准值 Tg公路自然区划n、v出vn最大温度梯度(C /m)83889095869293981.1hchbkn2EcEb10.2510.204