(完整版)水泥混凝土路面课程设计

1、3水泥混凝土路面设计1 标准轴载交通量分析高速公路设计基准期为 30 年，安全等级为一级，我国公路水泥混凝土路面 设计规范以汽车轴重为 100kN的单轴荷载作为设计标准轴载， 表示为 BZZ 100 凡前、后轴载大于 40KN （单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为：npi 16Nsi1iNi(1p0i0)16式中： Ns 100KN 的单轴 双轮组标准轴数的通行次数；Pi 各类轴 轮型；级轴载的总重（ KN ）；n 轴型和轴载级位数；Ni 各类轴 轮型 i 级轴载的通行次 i 轴轮型系数。则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数: NeNs(1 gr)t 1 365 gr表 1-1

2、轴载换算结果车型Pi (kN)C1C2ni （次 /日）pi 16 i Ni ( i )100东风 EQ140前轴23.7016.40.0后轴69.20115531.530解放 CA10B前轴19.4016.40.0后轴60.85113041.51.075黄河 JN150前轴49.0016.40.03后轴101.6011395509.2式中： Ne 标准轴载累计当量作用次数 （日 ）；t 设计基准年限；gr 交通量年平均增长率，由材料知， gr =0.05； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下（ 表 1-2 ），取 0.20。公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、收费站0.170.22行车

3、道宽 >7m0.340.39二级及二级以下公路行车道宽 7m0.540.62表 1-2 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数Nsni1iNi(10pi0)16=511.835NeNs(1 gr)t 1 365 grNe 248×104因为交通量 100×104<248×104<2000×104 次，故可知交通属于重交通等级。 2拟定路面结构由上述及表 16-20 知相应于安全等级一级的变异水平的等级为低级， 根据高 速公路重交通等级和低级变异水平等级查表 16-17 得初拟普通混凝土面层厚度大 于 240mm。普通混凝土板的平面尺寸为

4、宽 4m ，长 4.5m ，拟定各结构层厚：普 通混凝土面层厚为 250mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为 180mm；二级自然区 划及规范知垫层为 150mm 的天然砂砾，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为 5.0Mpa，路基回弹模量为 30Mpa ；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去 600Mpa；水泥稳定粒料基层回弹模量取 1300Mpa。表 2-1 )表 2-1层位基(垫)层材料名称厚度 (cm)回弹模量 (MPa)1水泥稳定粒料1813002天然砂砾15150土基-303=1013 Mpa h13E1 h23E2Dx122(h1 h2)2 (1)1E1h1 E2h21300 0.183

5、 600 0.15312(0.18 0.15)2 (1(1300 0.18 600 0.15=2.57(MN.m)1112Dx 13 12 2.57 31( x)3 =() 3 =0.312mEX1013hx6.221 1.51(Ex ) 0.45 = 6.221E01.51(1031) 0.45 =4.29330Et1 1.44( Ex )E00.55=110131.44(103103)0.55 =0.79213E0ahxbE0 ( Ex )= 4.293 0.3210.792 3011013 13() 3 =165 Mpa30普通混凝土面层的相对刚度半径为：11Ec 3 31000 3r

6、0.537h( c)3 0.537 0.25 ( ) 3 0.769mEt 165Et3 计算荷载疲劳应力根据高速公路、重交通，初拟普通混凝土面层厚度为 0.25m 由下列公式求得：0.5373 Ec Etps 0.077 0.6h 2kf krkcpskf0.057 e式中 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）；p 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

7、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 3-1；表 3-1 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kc1.301.251.201.10ps 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）。 ps 0.077 0.6h 2= 0.077 （0.769）0.6 0.252 =0.975kf Ne0.057 24800000.057 =2.314 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 kc 1.30,则荷载疲劳应力为 ： p kf krkc ps 2.314 1.3 1.

8、0 0.975 2.93 MPa4.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 4.5mL/r=4.5/0.769=6.0；已知混凝土板厚 0.25m，Bx=0.60，则可知最大温度梯度时混 凝土板的温度翘曲应力：式中：c 混凝土的温度线膨胀系数 ；Tg 最大温度梯度， Tg=88°c/m；c EchTgBxtm2Bx 综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数； tm 最大温度梯度时土板的温度翘取应力（ Mpa）5tm2.1MPacEchTg Bx 1.0 10 5 31000 0.25 88 0.6温度疲劳系数kt fr a( tm)c b，式中 a

9、，b和c为回归系数，按所在地区tmf r公路自然区划查下表 4-1。表 4-1 回归系数 a， b 和 c系数公路自然区a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270ktf r a( tm)c b50.828 (2.1)1.323 0.0410.528tm fr2.15则温度疲劳应力： trKt tm 0.5282.1 1.108MPa综合，高速公路的安全等级为一级， 相应于一级的安全等级的变异水平等级 为低级，目标可靠度为 95。再根据查得的目标可靠度和

10、变异水平等级，确定 可靠度系数 rr 1.20 。rr( pr tr) 1.20 (2.93 1.108) 4.8445 fr 5.0MPa ，故设计的混凝土 面层厚为 250mm 满足要求。由公路水泥混凝土路面设计规范知，路面防冻 厚度满足要求。5 接缝设置 横缝本水泥混凝土路面设计横缝采用三种：胀缝、缩缝、施工缝。 设置胀缝时，由于是高速公路，长远考虑，要设置传力杆，传力杆长度 50cm，传力杆直径 38cm,半段涂以沥青、套上朔料套筒。缩缝采用假缝形式， 只在板的上部设施缝隙， 缝宽 7mm，深度为板厚的 1/5设置施工缝时， 每日施工结束或因临时原因中断施工时， 必须设置横向施 工缝，位置应选在缩缝或胀缝处， 设在缩缝处的施工缝， 采用加传力杆的平缝形 式，设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同(图 5-1)。传力杆长 40cm，直径 20mm。图 5-1 横向施工缝构造图 纵缝纵向缩缝采用假缝形式， 纵向施工缝采用平头