路基路面工程剛性路面課程設(shè)計模板

1、高速公路水泥混凝土路面設(shè)計實例一、軸載換算水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計以100KN的單軸-雙輪組荷載作為標準軸載。不同軸輪型和軸載的作用次數(shù)，按下式換算為標準軸載的作用次數(shù)。 （1） ； （2） （3） ； （4）Ns100KN的單軸-雙輪組標準軸載的作用次數(shù)；Pi單軸-單輪、單軸-雙輪組或三軸-雙輪組軸型級軸載的總重（KN）；軸型和軸載級位數(shù)；各類軸型級軸載的作用次數(shù)；軸-輪型系數(shù)，單軸-雙輪組時，=1；單軸-單輪時，按式（2）計算；雙軸-雙輪組時，按式（3）計算；三軸-雙輪組時,按式（4)計算。軸載換算車型(KN)(次/日)小客車前軸16.566567500后軸23.0167500中客車SH13

2、0前軸25.5555120000后軸45.10120000.0059大客車CA50前軸28.70524.212500后軸68.20112502.7382小貨車BJ130前軸13.40727.342500后軸27.40142500中貨車CA50前軸28.70524.215000后軸68.20115003.2858中貨車EQ140前軸23.70569.121250后軸69.20121255.8757大貨車JN150前軸49.00416.521250.02347后軸101.60121252739.4177特大車日野KB222前軸50.20412.115000.0244后軸104.3011500294

3、1.9832拖掛車五十鈴前軸60.00381.7187.50.0529后軸100（3軸）0187.505693.4073上表為雙車道雙向交通調(diào)查結(jié)果， 取交通量年平均增長率為9.5。小于和等于40KN(單軸)和80KN（雙軸）的軸載可略去。調(diào)查分析雙向交通的分布情況，選取交通量方向分布系數(shù)，一般取0.5，車道數(shù)為6，所以交通量車道分布系數(shù)取0.6。Ns=0.5×0.6×5693.4073=1708.02次查公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)，此路面屬重交通，設(shè)計使用年限為30年。由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)取輪跡橫向分布系數(shù)為0.22

4、，可計算得到設(shè)計年限內(nèi)標準軸載累計作用次數(shù)Ne為：二、路面板厚度計算路基的強度和穩(wěn)定性同路基的干濕狀態(tài)有密切關(guān)系，并在很大程度上影響路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計，路基按干濕狀態(tài)不同，分為四類：干燥、中濕、潮濕和過濕。為了保證路基路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性一般要求路基處于干燥或中濕狀態(tài)，當處于過濕狀態(tài)時，路基不穩(wěn)定，冰凍區(qū)春融翻漿，非冰凍區(qū)彈簧，路基經(jīng)處理后方可鋪筑路面。下面對潮濕、中濕、干燥3種狀態(tài)分別討論。（一）干燥狀態(tài)1、初擬路面結(jié)構(gòu)查公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表，初擬普通水泥混泥土路面層厚度為h=0.26m, 基層選用水泥穩(wěn)定碎石（水泥用量為5），厚為h1=0.22m。底基層厚度為h2=

5、0.20m的級配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸寬為3.75m,長為5.0m。縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿假縫。2、材料參數(shù)的確定（1）混凝土的設(shè)計彎拉強度與彈性模量按公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表，取普通混泥土面層的彎拉強度標準值,相應(yīng)彎拉彈性模量標準值為 （2）土基的回彈模量參照公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)附錄F，路基回彈模量取。查附錄F.2,水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取，級配碎石回彈模量取。）計算基層頂面當量回彈模量如下：普通混凝土面層的相對剛度半徑按（B.1.3-2）計算為3、荷載疲勞應(yīng)力計算按式（B.1.3），標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷

6、載應(yīng)力計算為因縱縫為設(shè)拉平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)?？紤]設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。根據(jù)公路等級，由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)附錄B，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)按式（B.1.2），荷載疲勞應(yīng)力計算為 4、溫度疲勞應(yīng)力由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表，區(qū)最大溫度梯度區(qū)88/。板長，由圖B.2.2可查普通混凝土板厚, 按式（B.2.2），最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計算為溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)，按式（B.2.3）計算為再由式（B2.1）計算溫度疲勞應(yīng)力為5、可靠度計算由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D

7、40-2002)表，高速公路的安全等級為一級，相應(yīng)于一級安全等級的變異水平等級為低級，目標可靠度為95%，再根據(jù)查的目標可靠度變異水平等級，查公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表3.0.3，確定可靠度系數(shù)，按式（）因而所選的普通混凝土面層厚度，可以承受設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。（二）中濕狀態(tài)1、初擬路面結(jié)構(gòu)查公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表，初擬普通水泥混泥土路面層厚度為h=0.26m, 基層選用水泥穩(wěn)定碎石（水泥用量為5），厚為h1=0.22m。底基層厚度為h2=0.20m的級配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸寬為3.75m,長為5.0

8、m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿假縫。2、材料參數(shù)的確定（1）混泥土的設(shè)計彎拉強度與彈性模量按公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表，取普通混泥土面層的彎拉強度標準值,相應(yīng)彎拉彈性模量標準值為 （2）土基的回彈模量參照公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)附錄F，路基回彈模量取。查附錄F.2,水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取，天然砂礫回彈模量取。）計算基層頂面當量回彈模量如下：普通混凝土面層的相對剛度半徑按（B.1.3-2）計算為3、荷載疲勞應(yīng)力計算按式（B.1.3），標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計算為因縱縫為設(shè)拉平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)?？紤]設(shè)計基準期內(nèi)

9、荷載應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。根據(jù)公路等級，由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)附錄B，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)按式（B.1.2），荷載疲勞應(yīng)力計算為 4、溫度疲勞應(yīng)力由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表，區(qū)最大溫度梯度區(qū)88/。板長，由圖B.2.2可查普通混凝土板厚, 按式（B.2.2），最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計算為溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)，按式（B.2.3）計算為再由式（B2.1）計算溫度疲勞應(yīng)力為5、可靠度計算由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表，高速公路的安全等級為一級，相應(yīng)于一級安全等級的變異水平

10、等級為低級，目標可靠度為95%，再根據(jù)查的目標可靠度變異水平等級，查公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表3.0.3，確定可靠度系數(shù)，按式（）因而所選的普通混凝土面層厚度，可以承受設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。（三）潮濕狀態(tài)1、初擬路面結(jié)構(gòu)查公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表，初擬普通水泥混泥土路面層厚度為h=0.26m, 基層選用水泥穩(wěn)定碎石（水泥用量為5），厚為h1=0.22m。底基層厚度為h2=0.20m的級配碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸寬為3.75m,長為5.0m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿假縫。2、材料參數(shù)的確定（1）混泥土的

11、設(shè)計彎拉強度與彈性模量按公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表，取普通混泥土面層的彎拉強度標準值,相應(yīng)彎拉彈性模量標準值為 （2）土基的回彈模量參照公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)附錄F，路基回彈模量取。查附錄F.2,水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取，天然砂礫回彈模量取。）計算基層頂面當量回彈模量如下：普通混凝土面層的相對剛度半徑按（B.1.3-2）計算為3、荷載疲勞應(yīng)力計算按式（B.1.3），標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計算為因縱縫為設(shè)拉平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)?？紤]設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。根據(jù)公路等級，由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范

12、(JTG D40-2002)附錄B，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)按式（B.1.2），荷載疲勞應(yīng)力計算為 4、溫度疲勞應(yīng)力由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表，區(qū)最大溫度梯度區(qū)88/。板長，由圖B.2.2可查普通混凝土板厚, 按式（B.2.2），最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計算為溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)，按式（B.2.3）計算為再由式（B2.1）計算溫度疲勞應(yīng)力為5、可靠度計算由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表，高速公路的安全等級為一級，相應(yīng)于一級安全等級的變異水平等級為低級，目標可靠度為95%，再根據(jù)查的目標可靠度變異水平等級，查公路水

13、泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)表3.0.3，確定可靠度系數(shù)，按式（）因而所選的普通混凝土面層厚度，可以承受設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。三、連續(xù)配筋混凝土面層縱向配筋計算1、計算參數(shù)混凝土強度等級為C40，查表F5，得混凝土抗拉強度標準值=3.5(MPa)，粘結(jié)剛度系數(shù)=34(MPa/mm)，連續(xù)配筋混凝土干縮應(yīng)變=O.0002。選用HRB335螺紋鋼筋，直徑為：16mm，查附錄F.4，得到彈性模量Es= 200GPa、屈服強度 =335MPa。2、橫向裂縫間距計算按式(E.O.2-3)，混凝土溫縮應(yīng)力系數(shù)為初擬配筋率=O.7，按式(E.O.2-2)，計算鋼筋貢獻

14、率為由和，查圖E.O.2，得，代入式(E.0.2-1)中滿足橫向裂縫間距1.02.5m的要求。3、裂縫寬度計算根據(jù)鋼筋貢獻率為和，查圖E.0.3，得裂縫寬度系數(shù)，按式(E.O.3)計算裂縫寬度為4、鋼筋應(yīng)力計算根據(jù)鋼筋貢獻率為和，查圖E.0.4，得鋼筋溫度應(yīng)力系數(shù)，按式(E.0.4)計算鋼筋應(yīng)力為5、鋼筋間距或根數(shù)計算上述計算均滿足要求，則初擬的縱向鋼筋配筋率是合適的。鋼筋間距為或每延米縱向鋼筋根數(shù)為1000120=8.39根。四、確定結(jié)構(gòu)層設(shè)計參數(shù)根據(jù)公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002)的建議值取定路面各結(jié)構(gòu)層適宜厚度，設(shè)計水泥混凝土路面方案如下，并按照上面方法進行驗算符合要求

15、。水泥混凝土路面各種設(shè)計方案列表如下路基狀態(tài)結(jié)構(gòu)層層 厚（cm）干 燥水泥混凝土面層26水泥穩(wěn)定碎石基層22級配碎石底基層20中 濕水泥混凝土面層26水泥穩(wěn)定碎石基層20級配碎石底基層20潮 濕水泥混凝土面層26水泥穩(wěn)定碎石基層22級配碎石墊層22五、板的平面尺寸 水泥混凝土路面設(shè)計采用矩形水泥混凝土板，縱向和橫向接縫垂直相交，其縱向兩側(cè)的橫縫不得互相錯位。(1)縱縫間距過寬容易產(chǎn)生縱向斷裂，因而規(guī)范規(guī)定板寬不超過4.5m，由于單側(cè)行車道路面寬11.25m，故設(shè)計板寬取為3.75m。(2)橫縫間距取為5.0m，使混凝土板盡可能接近正方形，以改善受力狀態(tài)。(3)為使混凝土路面使用壽命較長，設(shè)計水泥混凝土板厚為20cm。六、接縫設(shè)計1、縱縫設(shè)計一次鋪筑寬度為3.75m，設(shè)置縱向施工縫，縱向施工縫采用平縫形式，上部應(yīng)