普通水泥混凝土路面厚度計(jì)算示例

1、公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D40-2002示例：普通水泥混凝土路面厚度計(jì)算示例公路自然區(qū)劃II區(qū)擬新建一條二級(jí)公路，路基為粘質(zhì)土，采用普通混凝土路面，路面寬9m。經(jīng)交通調(diào)查得知，設(shè)計(jì)車(chē)道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為2100。試設(shè)計(jì)該路面厚度。解：1.交通分析由表3.0.1 （課本16-20），二級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為 20年，安全等級(jí)為三級(jí)。由表A.2.2 （課本16-3）， 臨界荷位處的車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)取 0.39。取交通量年平均增長(zhǎng)率為 5%。按式（A.2.2）（課本16-4）計(jì) 算得到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車(chē)道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)為-+11 x3652100x（l+O.05）2O-

2、lx365 f対= 9.885x10® 次屬重交通等級(jí)?？煽慷仍O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表1420公路技術(shù)等級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路" 三、四級(jí)公路安全籌級(jí)一級(jí)二級(jí)三級(jí)皿級(jí)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（年）303020加口標(biāo)可靠度95W8580目標(biāo)可帝指標(biāo)1.64L281.040.4變異水平等級(jí)低|低中中屮心高表A. 2. 2車(chē)輛輪跡橫向分布系數(shù)公路等級(jí)縱縫邊緣處高速公路、一級(jí)公路、收費(fèi)站0.17 0.22二級(jí)及二級(jí)以下公路行車(chē)道寬7m0.34 0.39行車(chē)道寬 7m0.54 0.622. 初擬路面結(jié)構(gòu)由表3.0.1 （課本16-20），相應(yīng)于安全等級(jí)三級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)。根據(jù)二級(jí)公路、重交通等級(jí)和中級(jí)

3、變異水平等級(jí)，查表446 （課本16-17）,初擬普通混凝土面層厚度為0.22m?；鶎舆x用水泥穩(wěn)定粒料（水泥用量5%），厚0.18m。墊層為0.15m低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬4.5m,長(zhǎng)5.0m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。水誕混凝土面層厚度的參考范圍表16-17交通等級(jí)特>'公路等級(jí)一繚-二纏一繳二級(jí)變異水平竽級(jí)低中中低中中面層厚度5T生260工2»爭(zhēng)240270*24020-230250-220交遹籌級(jí)中等輕公路等級(jí)二級(jí)三、四純?nèi)?、四?jí)三、四級(jí)變異水平等級(jí)高中中高中面層厚度（IW）240-210230 -200220-20023

4、0| 2203. 路面材料參數(shù)確定按表3.0.6 （16-23、16-25）,取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5.0MPa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為31GPa。表3.0.6混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值交通等級(jí)特重重中等輕水泥混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（ MPa）5.05.04.54.0鋼纖維混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa） J6.06.05.55.0中濕路基路床頂面回彈模經(jīng)驗(yàn)齧考值范圍（MPG表6-26(16*51d)(16-5彎拉強(qiáng)度(MPa1,01.52.02.53.0抗壓強(qiáng)度(MPa)5.07.71K014.919.3彎拉彈性模ffi(GPa)1015搏2t23彎拉強(qiáng)3.54.04.55.05.5

5、抗壓強(qiáng)度(MIW24.229.735,841.84&A彎拉彈性模M(GPa)2527293133查附錄F.1 (表16-14),路基回彈模量取 30MPa。查附錄F.2 (表16-27)，低劑量無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回 彈模量取600MPa,水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1300MPa。穩(wěn)定粒料基層和土基醬拉強(qiáng)度和抗壓回彈模表16-14'項(xiàng)目抗彎拉強(qiáng)度(朋匕)抗壓回彈術(shù)泥穩(wěn)定粒料1.01300-1600二灰穩(wěn)定粒料10 .iy»-i600土基30-80按式(B . 1. 5)(式16-53)計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下:E,基層頂面當(dāng)量回彈模Q(MPa),分新建公路與歸路改

6、建兩類(lèi)，分別按式(16-51)與式 (16-52)計(jì)算確定。新建公路的基層頂面當(dāng)量回彈模量值：(16-51a)(16-51b)(16-51c)f F 7沖6 = 1 1( 16-51f)丈中：£0路床頂面的回彈模量查用表16-26的參考值；E.基層和底基層或墊層的當(dāng)量回弾模.Eg基層和底基層或墊層的回彈模量(MPa),查用表1&27的參考值；九基層和底基層或墊層的當(dāng)暈厚度(m);久一基層和底基層或墊層的當(dāng)最彎曲剛度(MN-m);£、h?基層和底基層或墊層的厚度(rn);公路自然區(qū)劃±組1IllIVVVI土質(zhì)砂26-4240-5039-5055-6050-6

7、0粘質(zhì)十25-4530-4025-4530-4530-45粉質(zhì)土22-4632-5430-5027-4330*45墊層和基屋材糾回彈模經(jīng)驗(yàn)參考值范圍表1&2?瓦=警:滬二郃蘭傅述=1013(MPa) nE 隔 E2hl (ftt +a =r+nr + 41300x0.18J600 x 0.153=-12 12(OJS + 015)1/1 亠4 匸二二二二一二= 2.57(MN-m)hx = 12DX/EX = 12x2.57/1013 二 0.312(m)億n-4.293 x 0, 312°792 x 30 x0.182 + 0,1521盼】1_ I -1300x0.18 +

8、 600x0.(5)=：6.22x 1 - L51 x1013 _0 45n30丿-0-55= 0.792= 4.293)1/3 = 165( MPa)(B.1.3.2)(課本 16-50b)計(jì)算為Et =血爲(wèi)(乎)普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑按式r = 0. 537h 7X/c =0.537 x0.22x 31 000/165 = 0.677(m) ITr - 0*537/i(16-50b)材料類(lèi)型回彈模1（ MPa）材料類(lèi)型回蟬模鑿話(huà)中、粗砂SO "00石荻粉煤灰樽定粒料1300- 1700天然砂礫150-200水洗穩(wěn)定粒料1300-1700未篩分碎石180*220瀝青碎石（粗粒

9、式,20乜）600 -800級(jí)配碎礫掃（第層）200-250瀝青混瞬土 （粗粒式20弋）800- 1200級(jí)配碎碑石（基層）|250 -350瀝青混擬土（中粒式,加七）tOOU- 1400石東土200 -700多孔隙水泥碎石水泥剤量9壽 11%）1300- 1700石灰対煤灰土 1600-900多孔隙瀝青碎石（旬七，瀝育含繪2.5% -3丹懷）600800式中:r混凝土板的相對(duì)剛度半徑（ni）;h混凝土板的厚度（珥）；&水泥混瞬土的彎拉彈性模最（甌內(nèi)）,可査用表16-25的參考值:4. 荷載疲勞應(yīng)力按式（B.1.3） （16-52a）,標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為% = 6

10、 077 "2 = 0,077x0,677° 啟 x0-22'2 = E259(MPa)因縱縫為設(shè)拉桿平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)kr=0.87。考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)kf = Ne“ =(9.885 106)0.057 =2.504。根據(jù)公路等級(jí)，由表b.1.2(16-24)，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)心=1.20。按式(B . 1. 2)，荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為S = %各=0.87 X 2,504 x E 20 X L 259 = 3.29(MPa)% = £&心叫(16-49)式中注產(chǎn)一標(biāo)淮

11、軸載P.在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力(MPa);瓦考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，縱縫為設(shè)拉桿的平縫:民二G.8J0”92,縱縫 為不設(shè)拉桿平縫或自由邊界：/Cr=kOT縱縫為設(shè)拉桿的企口縫；Kr = 0.76-0.84;札考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)，按公路等匾査表16-24 確定*綜合系ffc &表16-24公翳噪級(jí)高速公路一級(jí)公路二級(jí)公路三.四級(jí)公路1.301.251,20i.0K一-考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)，按式(16-53)計(jì)算確 定口£ = N；(1653)式中：畋一設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)按式(15/)計(jì)算

12、確定J廿一與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土 t =0.057;碾壓混凝土和貧混凝土 t/ = 0.065;鋼纖維混凝土剪值按式(16-54)計(jì)算確定。v = 0,053 - 0.017 *(16-54)式中鋼纖維的體積率();.L、鋼纖維的長(zhǎng)度(mm)；d鋼纖維的直徑5. 溫度疲勞應(yīng)力由表 3.0.8(16-28) ,n 區(qū)最大溫度梯度取88C/ m)。板長(zhǎng) 5m, l / r =5/0.677=7.39，由圖 B.2.2(16-14)可查普通混凝土板厚h=0.22m , Bx=0.71。按式(B.2.2)(16-56)，最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算為

13、溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt,按式(B.2.3)(16-57)計(jì)算為比=魚(yú)警© 二 lx ICHxdl 弊 x0.22x88 x0 71 = 2. 13(MPa)再由式(B.2.1)(16-55)計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為tr = kptm =0.532x2.13 = L 13( MPa)% -tutra(16-55)式中：韓臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力(MPa);最大溫度梯度時(shí)混凝土板的蠱度翹曲應(yīng)力(MPa),按式(16-56)計(jì)算確定。聲呦二氣紐艮(16-56)式中：化混凝土的溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)(1/C),通?？扇? >105/；?B-最大溫度梯度査表16-28取用；最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值Tt萩1&

14、amp;2S.公路自然區(qū)劃ll.v1UIV.VIVII總?cè)疁剽芴荻?X；/rn)83-8890-9586-929398注乂海拔髙時(shí)”取高值;濕度大時(shí),販低值=罠一綜舍溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力作用的溫度應(yīng)力系數(shù)，可按l/r和五斎圖16-14確定* I板長(zhǎng)，即橫縫間距仏)；7B9 1Q|1Ur圖匾14溫度應(yīng)力乘數(shù)$&考慮溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)，按式(16-57)計(jì)算確定。盒 MH"(16 一 57)式中：俚"和c回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然匿劃查表16-29確定。查表3.0.1(16-20),二級(jí)公路的安全等級(jí)為三級(jí)，相應(yīng)于三級(jí)安全等級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)，目標(biāo)可靠度為85%。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級(jí)，查表3.0.3(16-22)，確定可靠度系數(shù)r=1.13。按式(3.0.3)兒(知 + %)= L 13 x(3*29 + 1 二4 9