【《L高速公路段基路面综合设计中的路面结构设计验算计算案例》5700字】

L高速公路段基路面综合设计中的路面结构设计验算计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u27414L高速公路段基路面综合设计中的路面结构设计验算计算案例 1298421.1复合式水泥混凝土第一方案 1272031.1.1设计参数 1212971.1.2设计与验证 2310001.2复合式水泥混凝土第二方案 6269451.2.1设计参数 6100721.2.2设计与验证 6258041.3公路沥青路面设计（对比方案） 1069011.3.1设计参数 10276171.3.2设计与验证 111.1复合式水泥混凝土第一方案1.1.1设计参数设计交通标准荷载采用BZZ-100，其具体数据如下：表3标准轴载数据表设计轴载100KN单轮接地当量圆半径21.30cm轮胎接地压强1.70Mpa两轮中心距31.95cm标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ=100公路等级:高速公路。变异水平的等级:低级。表4公路交通量表序号路面行驶车辆名称前轴数前轴重(KN)后轴数后轴重(KN)拖挂部分的轴数拖挂部分轴重(KN)交通量1标准轴载0011000012700可靠度系数:1.33。上面层类型:沥青混凝土上面层。下面层类型:普通混凝土下面层。标准轴载公路交通量：2021~2051的30年交通增长率：表5年平均交通增长量率表序号分段时间(年)交通量年增长率159.5％2107.5％3105.5％454％其行驶方向分配系数取0.5，车道分配系数取0.85，轮迹横向分布系数为0.22，设计轴载100kN，最重轴载150kN。复合式水泥混凝土路面的设计基准期为30年，其设计车道使用初期设计轴载日作用次数为5398次/日。设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数为4.190163E+07次，路面承受的交通荷载等级判定为特重交通荷载等级。按规定取路基综合回弹模量在80Mpa以上，本设计取80Mpa。1.1.2设计与验证在此对结构和参数进行初步拟定，为沥青混凝土上面层和普通混凝土下面层，加以级配碎石基层以及水泥稳定粒料底基层。预设计板厚下图：沥青混凝土上面层40mm普通混凝土下面层286mm级配碎石200mm水泥稳定粒料200mm新建路基图5复合式水泥混凝土第一方案预设图根据规范要求，重以上交通荷载等级要求的混凝土弯拉强度为5Mpa，本设计下面层的混凝土弯拉强度为5Mpa。弯拉模量取31Gpa则下面层混凝土弹性模量取31000Mpa，混凝土下面层板长度取4.5m。永州地区的地区公路自然区划为Ⅳ，面层最大温度梯度为88℃/m。本设计根据规范需要，下面层需设置拉力杆，接缝应力折减系数取0.87，混凝土线膨胀系数取11×10经计算得板底地基当量回弹模量Et上板层得弯曲刚度：根据公式：D计算。下板层弯曲刚度为：根据公式：D计算。总半径相对刚度：根据公式：r计算。则可得100kN作用力下的荷载应力为：根据公式：σ结果为：σps下层材料无需验算荷载应力。应力折减系数为kr考虑了理论和实际的差异后加上动载一类因素影响的综合系数为：kc荷载疲劳应力系数为：kf由此荷载疲劳应力为：根据公式：σ计算得：σpr最重轴载在最大四边的自用板的临界荷载位置处的荷载应力为：根据公式：σ计算得：σpm则最重轴载在临界荷载位置上产生的最大荷载应力为：根据公式：σ计算得：σp,max若要求温度翘曲力和内应力温度系数BL根据参数kn、rβ、ξ、t来求出C公式如下：kγξ=−t=根据公式：C由上述条件计算可得：C根据公式：BL计算得：温度翘曲力和内应力温度系数BL由于所处Ⅳ区最大温度梯度为88℃/m,则最大温度应力为：根据公式：σ计算得：σt,max温度的疲劳应力系数为ktⅣ区的at根据公式k计算得：ct则温度疲劳应力为：根据公式σtr计算得：σtr混凝土下面层荷载疲劳应力σpr混凝土下面层温度疲劳应力σtr考虑可靠度系数后混凝土下面层综合疲劳应力γr混凝土下面层最大荷载应力σ混凝土下面层最大温度应力σt,max考虑可靠度系数后混凝土下面层最大综合应力γr由此可得不考虑沥青上面层影响时混凝土下面层的设计厚度286mm符合标准。并推算得考虑沥青上面层影响折减后的混凝土下面层的设计厚度：276mm。通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改，即按规范需求加6mm磨耗层并且要按照10mm向上取整。最后得到路面结构设计结果如下:沥青混凝土上面层50mm普通混凝土下面层290mm级配碎石200mm水泥稳定粒料200mm新建路基图6复合式水泥混凝土第一方案设计图该方案各项应力利用率高，接近5MPa，但结构臃肿且造价较高，下面是一个在结构造价方面更好些的方案。1.2复合式水泥混凝土第二方案设计参数设计交通标准荷载采用BZZ-100，其具体数据如下：表6标准轴载数据表设计轴载100KN单轮接地当量圆半径21.30cm轮胎接地压强1.70Mpa两轮中心距31.95cm标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ=100公路等级:高速公路。变异水平的等级:低级。可靠度系数:1.33。上面层类型:沥青混凝土上面层。下面层类型:普通混凝土下面层。标准轴载公路交通量见表4。2021~2051的30年交通增长率同表5。其行驶方向分配系数取0.5，车道分配系数取0.85，轮迹横向分布系数为0.22，设计轴载100kN，最重轴载150kN。复合式水泥混凝土路面的设计基准期为30年，其设计车道使用初期设计轴载日作用次数为5398次/日。设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数为4.190163E+07次，路面承受的交通荷载等级判断为特重交通荷载等级。按规定取路基综合回弹模量在80Mpa以上，本设计根据材料取150Mpa。设计与验证在此对结构和参数进行初步拟定，为沥青混凝土上面层和普通混凝土下面层，加以级配碎石基层以及水泥稳定粒料底基层。预设计板厚下图：沥青混凝土上面层40mm普通混凝土下面层300mm中粒式沥青混凝土60mm级配碎石200mm新建路基图7复合式水泥混凝土第二方案预设图根据规范要求，重以上交通荷载等级要求的混凝土弯拉强度为5Mpa，本设计下面层的混凝土弯拉强度为5Mpa，弯拉模量取31Gpa。则下面层混凝土弹性模量取31000Mpa，混凝土下面层板长度取4.5m。永州地区的地区公路自然区划为Ⅳ，面层最大温度梯度为88℃/m。本设计根据规范需要，下面层需设置拉力杆，接缝应力折减系数取0.87。混凝土线膨胀系数取11×10经计算得板底地基当量回弹模量Et上板层得弯曲刚度：根据公式：D计算得：Dc下板层弯曲刚度为：根据公式：D计算得：Db0总半径相对刚度：根据公式：r计算得：rg则可得100kN作用力下的荷载应力为：。根据公式：σ结果为：σps下层材料无需验算荷载应力。应力折减系数为kr考虑了理论和实际的差异后加上动载一类因素影响的综合系数为：kc荷载疲劳应力系数为：kf由此荷载疲劳应力为：根据公式：σpr计算得：σpr最重轴载在最大四边的自用板的临界荷载位置处的荷载应力为：根据公式：σ计算得：σ则最重轴载在临界荷载位置上产生的最大荷载应力为：根据公式：σ计算得：若要求温度翘曲力和内应力温度系数BL根据参数kn、rβ、ξ、t来求出C公式如下：kγξ=−t=根据公式：由上述条件计算可得：C根据公式：BL计算得：温度翘曲力和内应力温度系数BL由于所处Ⅳ区最大温度梯度为88℃/m,则最大温度应力为：根据公式：σ计算得：σt,max温度的疲劳应力系数为ktⅣ区的at根据公式k计算得：kt则温度疲劳应力为：根据公式σtr计算得：σtr混凝土下面层荷载疲劳应力σpr混凝土下面层温度疲劳应力σtr考虑可靠度系数后混凝土下面层综合疲劳应力γr混凝土下面层最大荷载应力σ混凝土下面层最大温度应力σt,max考虑可靠度系数后混凝土下面层最大综合应力γr由此可得不考虑沥青上面层影响时混凝土下面层的设计厚度300mm符合标准。并推算得考虑沥青上面层影响折减后的混凝土下面层的设计厚度：290mm。于此开始对设计层厚度数值进行化整根据规范及使用要求对路面厚度进行更具体详细的修改，即按规范需求加6mm磨耗层并且要按照10mm向上取整。最后得到路面结构设计结果如下:沥青混凝土上面层50mm普通混凝土下面层300mm中粒式沥青混凝土60mm级配碎石200mm新建路基图8复合式水泥混凝土第二方案设计图1.3公路沥青路面设计（对比方案）设计参数设计交通标准荷载依然采用为BZZ-100，其具体数据如下：表7标准轴载数据表设计轴载100KN单轮接地当量圆半径21.30cm轮胎接地压强1.70Mpa两轮中心距31.95cm标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ=100对其中沥青层层底拉应力计算中的累计当量轴次及设计弯沉值计算。轴载换算如下：根据《公路沥青路面设计规范》JTGD50—2017.中表3.0.2规定。高速公路沥青混凝土路面第一次投入运行使用年限为15年，在公路运行后路面的第一次维修的时间同为15年。本公路经计算后的交通量平均增长率为8.2％（15年）。其它参数：方向系数0.55，车道系数0.5，目标可靠度1.65，而公路投入后运作的首个运营年的双向年平均日交通量12700辆/日。计算得初始年设计车道大型客车和货车年平均日交通量3492辆/日。且在设计使用年限的设计车道累计大型客车和货车交通量为3.515099E+07辆。其交通荷载判定为特重型交通，其中整体式货车的比例占五成，而半挂式货车的比例则占三成。其计算的车辆类型满载比例如下表：表8车辆满载比例车辆类型2类3类4类5类6类7类8类9类10类11类满载车比例0.120.120.360.270.480.330.570.420.470.37由此可推算得：设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数为8.314345E+07次（当验算沥青混合料层疲劳开裂时）。设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数为NZB2=6.42408E+09轴次（当验算无机结合料稳定层疲劳开裂时）。通车至首次针对车辙维修的期限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数为NZB3=8.314345E+07轴次（当验算沥青混合料层永久变形量时）。设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累作用次数为1.470881E+08次（当验算路基顶面竖向压应变时）。设计与验证路面结构层初步设计为：设计的起始层厚度设定为320mm。各层初定设计为：表9沥青路面结构层初步设计表层位结构层名称厚度(mm)模量(Mpa)泊松比无机结合料材料弯拉强度(Mpa)沥青混合料车轴试验永久变形量(mm)1细粒式沥青混凝土40110000.25—12中粒式沥青混凝土60100000.25—0.93粗粒式沥青混凝土60100000.25—0.94水泥稳定碎石？75000.251.4—5级配碎石1802500.35——6新建路基—810.4——为水泥稳定碎石层进行疲劳开裂验算:：设计层厚度H(4)=620mm。季节性冻土地区调整系数取:Ka温度调整系数：KT2水泥稳定碎石又有公式kc推算得现场综合修正系数k第四层无机结合料稳定层层底拉应力σ=0.102Mpa。由此，由公式N推算得第四层无机结合料稳定层疲劳开裂寿命N设计使用年限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数NZB2=6.42408E+09轴次。则根据规范，第四层无机结合料稳定层疲劳开裂验算已满足设计要求。为沥青混合料层进行永久变形量验算：沥青混合料层永久变形等效温度TPEF=26.4℃。通车至首次针对车辙维修的期限内设计车道上的当量设计轴载累计作用次数NZB3=8.314345E+07轴次，即Ne3又有d1=−1.35×10计算出d1和d在由kRi=(d1+由公式R得出各层的变形量：根据上述公式，各分层的混合料永久变形量分别为：第一分层、第二分层、第三分层、第四分层、第五分层、第六分层沥青混合料永久变形量依次分别为永久变形量Ra1=1.6mm、永久变形量Ra2=3.05mm、永久变形量量R合计沥青混合料层永久变形量R又有沥青混合料层容许永久变形量R则根据规范要求，沥青混合料层永久变形量符合标准。为沥青面层进行低温开裂指数验算：路面所在地区低温设计温度T=0℃。又有表面层沥青弯曲梁流变试验蠕变劲度S沥青结合料类材料层厚度H路基类型参数b=2。由公式CI=1.95×10推算得沥青面层低温开裂指数CI=−1.5条。低于沥青面层容许低温开裂指数CIR=3条。那么根据规范，沥青面层低温开裂指数值符合设计标准。且有第1层沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求为9365次/mm。第2层沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求为10945次/mm。第3层沥青混合料车辙试验动稳定度技术要求为10945次/mm。对于路面防冻结构厚度进行验算：公路的多年最大冻深Zmax