路基路面工程課程設(shè)計(jì)說明書

1、 金堂大道路面設(shè)計(jì)汽車與交通學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課 程 名 稱: 路基路面工程課程設(shè)計(jì) 課 程 代 碼: 題 目: 年級/專業(yè)/班: 學(xué) 生 姓 名: 學(xué) 號: 開 始 時(shí) 間: 年 5 月 16 日完 成 時(shí) 間: 年 5 月 27 日課程設(shè)計(jì)成績： 學(xué)習(xí)態(tài)度及平時(shí)成績（30）技術(shù)水平與實(shí)際能力（20）創(chuàng)新（5）說明書（計(jì)算書、圖紙、分析報(bào)告）撰寫質(zhì)量（45）總 分（100）指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日目 錄摘 要- 2 -1.基本設(shè)計(jì)資料分析- 3 -2.瀝青路面設(shè)計(jì)- 4 -2.1軸載分析- 4 -2.2 瀝青路面結(jié)構(gòu)- 8 -2.3 各層材料的抗壓模量和劈裂強(qiáng)度- 8 -2.4設(shè)計(jì)指標(biāo)的確

2、定- 8 -2.5路面結(jié)構(gòu)層厚度的計(jì)算- 10 -2.6瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算- 11 -3.水泥混凝土路面設(shè)計(jì)- 14 -3.1 軸載分析- 14 -3.2初擬路面結(jié)構(gòu)- 16 -3.3路面材料確定- 16 -3.4載荷疲勞應(yīng)力- 17 -3.5溫度應(yīng)力計(jì)算- 18 -3.6防凍厚度檢驗(yàn)和接縫設(shè)計(jì)- 21 -4.瀝青和水泥路面設(shè)計(jì)示意圖- 22 -結(jié) 論- 23 -致 謝- 24 -參考文獻(xiàn)- 25 -摘 要本設(shè)計(jì)首先對所給資料進(jìn)行交通分析，并利用軸載換算公式分別計(jì)算出瀝青和水泥路面的累計(jì)當(dāng)量軸次，然后根據(jù)所選材料的性能以及查閱規(guī)范先對瀝青路面的設(shè)計(jì)彎沉值以及容許彎

3、拉應(yīng)力進(jìn)行求解，并進(jìn)一步得出瀝青層的厚度并算出實(shí)際彎沉值與實(shí)際彎拉應(yīng)力從而與規(guī)范所定值相比較，從而判定設(shè)計(jì)是否符合要求。最后，驗(yàn)算冰凍層厚度。收費(fèi)站采用水泥路面設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)步驟同上，最終需要驗(yàn)算綜合疲勞應(yīng)力和最大綜合應(yīng)力是否小于混凝土彎拉應(yīng)力。關(guān)鍵詞： 瀝青路面 混泥土路面 設(shè)計(jì) 1.基本設(shè)計(jì)資料分析道路按一級公路進(jìn)行設(shè)計(jì)，年交通量增長率按6.5%，車道系數(shù)=0.5，公路自然區(qū)劃II2區(qū)，路面寬度為B=24.5m，行車道為四車道2×7.5m，路基處于中濕路段，采用水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面兩種設(shè)計(jì)方案。路基土為粉質(zhì)中液限土，潮濕路段E0=19Mpa，中濕路段E0=29Mpa，干燥路

4、段E0=30Mpa，沿線有砂石，且有碎石、石灰、粉煤灰供應(yīng)。表1-1：交通組成及交通量表車型名稱日交通量奔馳LPK709354五十鈴NPR595G538切貝爾D350533太脫拉138S390長征CZ361693延安SX161508會(huì)客HK6670308貴州GZ661A624宇通ZK6820G518解放SP9134B189湘江HQP4078從設(shè)計(jì)資料可以看得出，本設(shè)計(jì)路段的交通體，車型多樣，且交通量各有不同。路面設(shè)計(jì)時(shí)需要將車輛作用在路面上的車輪荷載換算為標(biāo)準(zhǔn)的當(dāng)量軸次，從而計(jì)算出瀝青路面和水泥路面設(shè)計(jì)時(shí)的累計(jì)當(dāng)量軸次，進(jìn)而判斷出此路段處于何種交通狀態(tài)，以便進(jìn)一步進(jìn)行合理的厚度設(shè)計(jì)，使路面的設(shè)

5、計(jì)彎沉值、彎拉應(yīng)力等指標(biāo)符合規(guī)范要求。本次設(shè)計(jì)資料設(shè)計(jì)路段為一級公路，年交通量增長率按6.5%，II2東北中部山前平原中凍區(qū)。2.瀝青路面設(shè)計(jì)2.1軸載分析我國瀝青路面設(shè)計(jì)以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，表示為BZZ-100。標(biāo)準(zhǔn)軸載的計(jì)算參數(shù)按表2確定。表2-1： 標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)軸載名稱BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載名稱BZZ-100標(biāo)準(zhǔn)軸載P（KN）100單輪當(dāng)量圓直徑d（mm）21.30輪胎接地壓強(qiáng)P（Mpa）0.70兩輪中心距（cm）15d1 當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值設(shè)計(jì)指標(biāo)及瀝青基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，各級軸載（包括車輪的前、后軸）Pi的作用次數(shù)ni應(yīng)按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。Ns=i=1

6、KC1*C2*ni*PiP4.35式中：Ns 以設(shè)計(jì)彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量次數(shù)； ni 被換算車型的各級軸載換算次數(shù)（次/日）； 標(biāo)準(zhǔn)軸載（）； 各種被換算車型的軸載（）； C2 輪組系數(shù)，單輪組為6.4,雙輪組為1.0,四軸組為0.38； C1 軸數(shù)系數(shù)。 被換算車型的軸載級別。當(dāng)軸間距離大于3m時(shí)，按單獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算；當(dāng)軸間距離小于3m時(shí)，按雙軸或多軸進(jìn)行計(jì)算按下面公式計(jì)算：式中：m軸數(shù)。表2-2： 軸載換算結(jié)果車型（）（次/日）C1C2niPiP4.35奔馳LPK709前軸22.00113540.49后軸44.00113549.95五十鈴NPR595G前軸23

7、.50115380.99后軸44.001153815.13切貝爾D350前軸24.00114330.87后軸48.001143317.78太脫拉138S前軸45.401139012.57后軸2×90.002.2139011064.27長征CZ361前軸47.601169327.44后軸2×90.702.2169320334.25延安SX161前軸54.641150836.65后軸2×91.252.2150815303.12會(huì)客HK6670前軸19.00113080.22后軸39.00113085.12貴州GZ661A前軸41.401162413.46后軸45.20

8、1162419.73宇通ZK6820G前軸30.00115182.75后軸55.001151838.45解放SP9134B前軸24.80111890.44后軸72.601118946.94湘江HQP40前軸23.1011780.13后軸73.20117820.08Ns46970.82則其設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)量軸次Ne：Ne=1+t-1*365*N1* 式中 Ne 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量次數(shù)； t 設(shè)計(jì)年限，由材料知，瀝青材料為t=15年；N1 設(shè)計(jì)端竣工后一年雙向日平均當(dāng)量軸次； 設(shè)計(jì)年限內(nèi)的交通量平均增長率，由材料知=0.065 車道系數(shù)，由材料知=0.5。則：Ne=1+t-1*

9、365*N1*=1+0.06515-1*3650.065*46970.82*0.5=2.07*108次利用公路路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)可對上述計(jì)算的一個(gè)車道上的累計(jì)量軸次Ne進(jìn)行驗(yàn)算，實(shí)際計(jì)算和軟件計(jì)算一致，檢驗(yàn)通過。2 以半剛性材料層的層底拉應(yīng)力為指標(biāo)的軸載換算方法為：各級軸載（包括車輪的前、后軸）Pi的作用次數(shù)ni應(yīng)按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)。Ns，=i=1kC1,C2,niPiP8式中：Ns， 以彎拉應(yīng)力為指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次/日）； ni 被換算車型的各級軸載換算次數(shù)（次/日）； 標(biāo)準(zhǔn)軸載（）； Pi 各種被換算車型的軸載（）； C1,軸數(shù)系數(shù)； C2,輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪

10、組為18.5，四輪組為0.09。當(dāng)軸間距離大于3m時(shí)，按單獨(dú)的一個(gè)軸載計(jì)算此時(shí)軸數(shù)為m=1；當(dāng)軸間距離小于3m時(shí)，按雙軸或多軸進(jìn)行計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)為：C1,=1+2*（m-1)根據(jù)上述公式，可得軸載換算結(jié)果：表2-3： 軸載換算結(jié)果車型（）（次/日）C1C2niPiP8奔馳LPK709前軸22.00113540.00后軸44.00113540.50五十鈴NPR595G前軸23.50115380.01后軸44.00115380.76切貝爾D350前軸24.00114330.00后軸48.00114331.22太脫拉138S前軸45.40113900.70后軸2×90.0031390128

11、933.54長征CZ361前軸47.60116931.83后軸2×90.7031693243754.56延安SX161前軸54.64115084.04后軸2×91.2531508187537.41會(huì)客HK6670前軸19.00113080.00后軸39.00113080.16貴州GZ661A前軸41.40116240.54后軸45.20116241.09宇通ZK6820G前軸30.00115180.03后軸55.00115184.34解放SP9134B前軸24.80111890.00后軸72.601118914.59湘江HQP40前軸23.1011780.00后軸73.20

12、11786.43Ns，560261.74則其設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)量軸次Ne為：Ne=1+t-1*365*N1*=1+0.06515-1*3650.065*560261.74*0.5=2.47*1010 次利用公路路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)可對上述計(jì)算的一個(gè)車道上的累計(jì)量軸次Ne進(jìn)行驗(yàn)算，實(shí)際計(jì)算和軟件計(jì)算一致，檢驗(yàn)通過。 綜上可分別得出如下表所示的2種軸載換算次數(shù)，如下表所示：表2-4 軸載換算次數(shù)相應(yīng)指標(biāo)累計(jì)當(dāng)量軸次（次）彎沉值與應(yīng)力2.07*108半剛性基層2.47*10102.2 瀝青路面結(jié)構(gòu)根據(jù)公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D50-2006)并考慮公路沿途有砂石、碎石、石灰、粉煤灰供應(yīng)，基

13、層采用水泥穩(wěn)定碎石（厚度待定），底層采用二灰土（300），采用三層式瀝青混凝土面層，表層采用細(xì)粒式密級配瀝青混凝土（40），中面層采用中粒式密級配瀝青混凝土（60），下面層采用粗粒式密級配瀝青混凝土（100）。2.3 各層材料的抗壓模量和劈裂強(qiáng)度土基回彈模量的確定可根據(jù)查表法查得。各結(jié)構(gòu)層材料的抗壓模量及劈裂強(qiáng)度已參照規(guī)范給出的推薦值確定。表2-5：結(jié)構(gòu)組合參數(shù)層次材料名厚度(cm)抗壓回彈模量強(qiáng)度劈裂（Mpa）15°C模量20°C模量細(xì)粒式瀝青混凝土4200014001.4中粒式瀝青混凝土6180012001.0粗粒式瀝青混凝土10140010000.8 水泥穩(wěn)定碎石待定

14、150015000.6水泥粉煤灰碎石35150015000.4土基30302.4設(shè)計(jì)指標(biāo)的確定1設(shè)計(jì)彎沉值公路為一級公路，則公路等級系數(shù)Ac取1.0；面層是瀝青混凝土，則面層類型的系數(shù)As取1.0；路面結(jié)構(gòu)為半剛性基層瀝青路面，則路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)AB取1.0。ld=600Ne-0.2AcAsAB式中： ld 設(shè)計(jì)彎沉值Ne 設(shè)計(jì)年限內(nèi)的累計(jì)當(dāng)量年標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)Ac 公路等級系數(shù)，一級公路為1.0As 面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0AB 基層類型系數(shù)，半剛性基層為1.0，柔性基層瀝青路面為1.6，若基層由半剛性基層與柔性基層組合而成，通過線性內(nèi)插確定。所以 ld=600Ne-0.2AcA

15、sAB=600*2.07*108-0.2*1.0*1.0*1.0=13.03mm(2) 各層材料按容許層底拉應(yīng)力R，按下列公式計(jì)算：R=spKs式中 ： sp 路面結(jié)構(gòu)材料的極限抗拉強(qiáng)度（Mpa）；R 路面結(jié)構(gòu)材料的容許拉應(yīng)力，即該材料能承受設(shè)計(jì)年限Ne次加載的疲勞 彎拉應(yīng)力（Mpa）； Ks 抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。 對瀝青混凝土面層的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)： Ks=0.09Ne0.22Ac=0.09*2.07*1080.221.0=6.07 對無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集料類的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)： Ks=0.35Ne0.11Ac=0.35*2.07*1080.111.0=2.87 對無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定細(xì)土類的抗拉強(qiáng)度結(jié)

16、構(gòu)系數(shù)： Ks=0.45Ne0.11Ac=0.45*2.07*1080.111.0=3.69表2-6： 結(jié)構(gòu)層容許彎拉應(yīng)力材料名稱sp（Mpa）KsR（Mpa）細(xì)粒瀝青混凝土1.46.070.23中粒瀝青混凝土1.06.070.16粗粒瀝青混凝土0.86.070.13水泥穩(wěn)定碎石0.62.870.17水泥粉煤灰碎石0.43.690.112.5路面結(jié)構(gòu)層厚度的計(jì)算1理論彎沉系數(shù)的確定c ls=10002PE1Fc c=lsE12000PF=f(h1,h2,hn-1;E2E1,E3E2,E0En-1)式中： 當(dāng)量圓半徑；F 彎沉綜合修正系數(shù)，F(xiàn)=1.63ls20000.38(E0P)0.36 令l

17、s=ld,則F=1.63*13.07/(2000*10.65)0.38（30/0.70) 0.36=0.38c=lsE12000PF=13.07×1400/(2000×10.65×0.70×0.38)=3.232確定設(shè)計(jì)層厚度采用三層體系表面彎沉系數(shù)，由諾謨圖算設(shè)計(jì)層厚度。h/=4/10.65=0.376 E2/E1=1200/1400=0.857；由三層體系彎沉系數(shù)諾謨圖查得：=6.22。h/=4/10.65=0.376 =30/1200=0.025；由三層體系彎沉系數(shù)諾謨圖查得K1=1.460。又因?yàn)閗2=cK1=3.01/(6.22*1.460)=

18、0.33，E0E2=0.025，h=0.376，由上查圖5（諾謨圖）得：H/=7.8，H= 10.65×7.8=83。圖2-1：相關(guān)諾莫圖由可知：H=6+102.410001200+h42.415001200+352.415001200=52.75+1.1h4因?yàn)镠=83cm，可知h4=27.5cm，故取h4=28cm。如圖所示： _ _h1=4cm E1=2000MPa h=4cm E1=2000Mpa h2=6cm E2=1600MPa h3=10cm E3=1200MPa H=？cm E2=1800MPah4=28cm E4=3600MPa h5=35cm E5=2400MPa

19、 E0 =30 MPa E0=30MPa 圖2-2： 各層層厚與回彈模量2.6瀝青混凝土面層和半剛性基層、底基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算1瀝青混凝土面層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算（模量采用15°C時(shí)的抗壓回彈模量） _ _h1=4cm E1=2000MPa h=22.5cm E1=1400Mpa h2=6cm E2=1800MPa h3=10cm E3=1200MPa H=50.3cm E2=1000MPah4=28cm E4=3600MPa h5=35cm E5=2400MPa E0 =30 MPa E0=30MPa 圖2-3： 各層層厚與回彈模量h=k=1ihkEkEi=420001200+61800

20、1200+1012001200=22.5H=k=i+1ihk0.9EkEi+1=280.936003600+350.924003600=50.3h = 22.510.65=2.11，查三層連續(xù)體系上層底面拉應(yīng)力系數(shù)諾莫圖，知，故m<R=0.28MPa，所以滿足要求。2水泥穩(wěn)定碎石層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算 _ _h1=4cm E1=2000MPa h=40.99 cm E1=3600Mpa h2=6cm E2=1800MPa h3=10cm E3=1200MPa H=35cm E2=2400MPah4=28cm E4=3600MPa h5=35cm E5=2400MPa E0 =30 MPa E0

21、=30MPa 圖2-4： 各層層厚與回彈模量h=40.99cm ， =35cm由H/=35/10.65=3.286385, =30/2400=0.0125,查表得=0.05MpaH/=3.286385, E2/E1=2400/3600=0.67,查表得n1=2.1H/=3.286385, h/=40.99/10.65=3.8488,查表得 n2=0.62故半剛性基層底面最大拉應(yīng)力，由公式m=Pn1n2得m=0.7×0.05×2.1×0.62=0.046Mpa<R=0.19Mpa滿足要求。3水泥粉煤灰碎石層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算_ _h1=4cm E1=2000MPa

22、 h=44.09cm E1=3600Mpa h2=6cm E2=1800MPa h3=10cm E3=1200MPa H=35cm E2=2400MPah4=28cm E4=3600MPa h5=35cm E5=2400MPa E0 =30 MPa E0=30MPa 圖2-5： 各層層厚與回彈模量 =44.09cm由，可知； 由，可知n1=1.14 由，h = 44.0910.65=4.13，可知n2=0.56故半剛性基層底面的最大拉應(yīng)力,由公式：m=Pn1n2=0.7×0.16×0.54×1.14=0.069<R=0.09MPa,故滿足要求。根據(jù)規(guī)范知：在

23、季節(jié)性冰凍地區(qū)的中濕、潮濕路段，路面設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行防凍厚度的檢驗(yàn)，如小于規(guī)范定的最小防凍厚度時(shí)，應(yīng)增設(shè)或加墊層使路面總厚度達(dá)到要求。路面結(jié)構(gòu)層總厚度h=4+6+10+28+35=83cm，大于最大冰凍深度80cm，所以不考慮凍層深度。3.水泥混凝土路面設(shè)計(jì)3.1 軸載分析由于路面有一個(gè)收費(fèi)站，各種油類對瀝青會(huì)有不同程度的污染且易有車轍，其要求采用水泥混凝土路面。所以，進(jìn)行普通水泥混凝土路面設(shè)計(jì)。（1） 標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸載換算我國公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范以汽車軸重為100kN的單軸荷載作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載，表示為BZZ100。凡前、后軸載大于40KN（單軸）的軸數(shù)均應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)，換算公式為：Ns=i=

24、1nNii*(Pi100)16式中： Ns 100KN的單軸雙輪組標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)的通行次數(shù)； Pi單軸，單輪、單軸-雙輪組、雙軸-雙輪組或三軸-雙輪組軸型i級軸載的總重量（KN）； 軸型和軸載級位數(shù)； Ni各類軸輪型i級軸載的作用次數(shù)； i軸輪系數(shù) 單軸雙輪組：i=1.0；單軸單輪組：i=2.22*103*Pi-0.43 雙軸雙輪組：i=1.07*10-5*Pi-0.22表3-1： 軸載換算結(jié)果車型（）Ni（次/日）iNi i(Pi100)16奔馳LPK709前軸22.0035410.00后軸44.0035410.00五十鈴NPR595G前軸23.5053810.00后軸44.0053810.00切

25、貝爾D350前軸24.0043310.00后軸48.0043310.00太脫拉138S前軸45.4039010.00后軸2×90.003903.4×10-616.10長征CZ361前軸47.6069310.00后軸2×90.706933.4×10-632.39延安SX161前軸54.6450810.03后軸2×91.255083.4×10-626.15會(huì)客HK6670前軸19.0030810.00后軸39.0030810.00貴州GZ661A前軸41.4062410.00后軸45.2062410.00宇通ZK6820G前軸30.005

26、1810.00后軸55.0051810.04解放SP9134B前軸24.8018910.00后軸2×72.601893.6×10-60.27湘江HQP40前軸23.107810.00后軸2×73.20783.6×10-60.13Ns75.12則其設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上的累計(jì)量軸次Ne：Ne=1+t-1*365*N1* 式中： Ne 設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道的累計(jì)當(dāng)量次數(shù)； t 設(shè)計(jì)年限，由材料知，混凝土材料為t=30年；N1 設(shè)計(jì)端竣工后一年雙向日平均當(dāng)量軸次； 設(shè)計(jì)年限內(nèi)的交通量平均增長率，由材料知， =0.065；臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)，如下表8。

27、表3-2：混凝土路面臨界荷位車輛輪跡橫向分布系數(shù)公路等級縱縫邊緣處高速公路、一級公路、收費(fèi)站0.170.22二級及二級以下公路行車道寬>7m0.340.390.540.62則：Ne=1+t-1*365*N1*=1+0.06530-1*3650.065*75.12*0.2=4.73×105次利用公路路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)可對上述計(jì)算的一個(gè)車道上的累計(jì)量軸次Ne進(jìn)行驗(yàn)算，實(shí)際計(jì)算和軟件計(jì)算一致，檢驗(yàn)通過。3.2初擬路面結(jié)構(gòu)因?yàn)橐粋€(gè)車道上的累計(jì)量軸次Ne=4.73×105次，故可知交通屬于中等交通。由以上可知相應(yīng)于安全等級為三級的變異水平等級為中級，根據(jù)一級公路、中等交通等級和中

28、級變異水平等級。查規(guī)范知：初擬普通混凝土面層厚為250mm；基層選用瀝青混凝土，厚為60mm；底基層材料選用水泥穩(wěn)定粒料（水泥用量5%），厚為180mm,墊層為150mm低劑量無機(jī)混合料穩(wěn)定土。普通混凝土板的平面尺寸為寬3.75m；長為4.5m。3.3路面材料確定查表取普通混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為4.5Mpa, 相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為29Gpa。路基回彈模量取30Mpa, 低劑量無機(jī)混合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取600Mpa, 瀝青混凝土基層回彈模量取1000Mpa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1300Mpa。計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量Ex=h12E1+h22E2+h32E3h12

29、+h22+h32=0.182*1300+0.062*1000+0.152*6000.182+0.062+0.152=1012MPaDx=h13E1+h23E2+h33E312+h1+h2+h324(1E1h1+E2h2+E3h3)-1=0.063*1000+0.183*1300+0.153*60012+0.06+0.18+0.1524(10.06*1000+0.18*1300+0.15*600)-1=15.42MN·mhx=(Dx*12Ex)13=(15.42*121012)13=0.57ma=6.221-1.51(ExE0)-0.45=6.221-1.51(101230)-0.45

30、=4.29b=1-1.44ExE0-0.55=1-1.44101230-0.55=0.79Et=a*hxb*E0*ExE013=4.29*0.570.8*30*10123013=265.24MPaEt基層頂面的當(dāng)量回彈模量(MPa)；E0路床頂面的回彈模量(MPa)； Ex基層和底基層或墊層的當(dāng)量回彈模量(MPa)； E1、E2基層和底基層或墊層的回彈模量(MPa)； hx基層和底基層或墊層的當(dāng)量厚度(m)； Dx基層和底基層或墊層的當(dāng)量彎曲剛度(MN·m)計(jì)算；h1、h2基層和底基層或墊層的厚度(m)；普通混凝土面層的相對剛度半徑為：r=0.537*h*EcEt13=0.537*0

31、.25*(31000265.24)13=0.656m3.4載荷疲勞應(yīng)力根據(jù)一級公路、重交通，由路基路面工程查得初擬普通混凝土面層厚度為0.25m。由下列公式求得： ps=0.0770.6h-2 pr=kfkckrps kf=Ne0.057 式中: r 混凝土板的相對剛度半徑（m）； H 混凝土板的厚度（m）； Ec 水泥混凝土的彎沉彈性模量（Mpa）； pr 標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力（Mpa）； kr 考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，縱縫為設(shè)桿拉的平縫，kr=0.87 0.92，縱縫為不設(shè)桿拉的平縫或自由邊界kr=1.0，縱縫為設(shè)桿拉的企口縫，kr=0.76 0.84，； k

32、c 考慮偏載和動(dòng)載因素對路面疲勞損壞影響綜合系數(shù)，按公路等級查下表4-3；表3-3：綜合系數(shù)kc 公路等級高速公路一級公路二級公路三、四級公路kc1.151.101.051.00ps 標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在四邊自由板的臨界荷載處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力（Mpa）。 ps=0.077r0.6h-2=0.0770*0.6560.6*0.25-2=0.957MPa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 kf=Ne0.057=(4.73×105)0.057=2.11根據(jù)公路等級，考慮偏載和動(dòng)載等因素對路面疲勞損壞影響的綜和系數(shù)kc=1.10,則荷載疲勞應(yīng)力為： pr=kfkckrps=2

33、.11*0.957*1.1*0.87=1.93MPa；由表7可知最重荷載Pm為182.5KN，則利用公式：pm=1.47*10-3r0.7hc-2Pm0.94可得pm=1.47*10-3*0.6560.7*0.25-2*182.50.94=2.33MPa；則最重軸載在臨界荷位產(chǎn)生的最大荷載應(yīng)力 p，max=krkcpm=0.87*1.10*2.33=2.22MPa；3.5溫度應(yīng)力計(jì)算面層板最大溫度應(yīng)力t=L3r=4.53*0.656=2.28rad面層板的溫度翹曲應(yīng)力系數(shù)CL=1-sinh2.28*cos2.28+cosh2.28*sin2.28cos2.28*sin2.28+sinh2.28

34、*cosh2.28=1-4.8*1+4.9*0.041*0.04+4.8*4.9=0.79則BL=1.77e-4.48*hcCL-0.1311-CL=1.77e-4.48*0.250.79-0.1311-0.79=0.42所以可利用上述計(jì)算數(shù)據(jù)與下列相關(guān)系數(shù)以及最大溫度應(yīng)力公式：t,max=cEchcTgBL2式中： c混凝土的線膨脹系數(shù)，根據(jù)粗集料的巖性按表11取用； Tg公路所在地50年一遇的最大溫度梯度，按表4-4取用；由表4-4知，II區(qū)溫度梯度范圍為取83-88(/m)，取88/m；采用石灰?guī)r粗集料，由表4-5知水泥混凝土的線性膨脹系數(shù)為7*10-6/。表3-4;水泥混凝土膨脹系數(shù)經(jīng)

35、驗(yàn)參考值公路自然區(qū)劃、溫度梯度Tg(/m)83-8890-9586-9293-98表3-5水泥混凝土膨脹系數(shù)經(jīng)驗(yàn)參考值粗集料類型石英巖砂巖頁巖花崗巖玄武巖石灰?guī)r水泥混凝土線膨脹系數(shù)（10-6/）1212111097計(jì)算得到最大溫度應(yīng)力:t,max=cEchcTgBL2=7*10-6*29000*0.25*88*0.422=0.93MPa則可以確定溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)kt,計(jì)算公式如下：kt=frt,maxtt,maxfrbt-ct可得kt=frt,maxtt,maxfrbt-ct=4.50.930.8280.934.51.323-0.041=0.3式中：t、bt、ct回歸系數(shù)，按所在地區(qū)的公路自然

36、區(qū)劃查表4-6 fr混凝土彎拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，可查表4-7表3-6: 回歸系數(shù)a，b和c系數(shù)公路自然區(qū)t0.8280.8550.8410.8710.8370.834bt1.3231.3551.3231.2871.3821.270ct0.0410.0410.0580.0710.0380.052表3-7:混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值交通等級極重、特重、重中等輕輕水泥混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）>=5.04.54.04.0溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)求得后，可運(yùn)用溫度疲勞應(yīng)力計(jì)算公式：tr=ktt,max計(jì)算得tr=ktt,max=0.3*0.93=0.279 MPa最后，進(jìn)行設(shè)計(jì)狀態(tài)的驗(yàn)證。一級公路的目標(biāo)可靠度

37、為90%。則查表4-8可得可靠度系數(shù)r=1.25。表3-8:可靠度系數(shù)r變異水平等級目標(biāo)可靠度（%）95908580低1.20-1.331.09-1.161.04-1.08-中1.33-1.501.16-1.231.08-1.131.04-1.07高-1.23-1.331.13-1.181.07-1.11所驗(yàn)極限狀態(tài)如下：rpr+tr=1.23*1.93+0.279=2.71MPa<fr=4.5MParp,max+t,max=1.23*2.22+0.93=3.87MPa<fr=4.5MPa,滿足要求。盡管上述已滿足要求，但疲勞極限狀態(tài)的綜合疲勞應(yīng)力為2.71MPa，與材料的彎拉強(qiáng)度

38、標(biāo)準(zhǔn)值相差較大，所以結(jié)構(gòu)厚度需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。將面層厚度減小為230mm,通過上述各公式，再計(jì)算：rpr+tr=1.23*2.90+0.56=4.26MPa<fr=4.5MParp,max+t,max=1.23*2.15+1.25=4.2MPa<fr=4.5MPa，滿足要求。通過此次的計(jì)算可知計(jì)算值和材料彎拉強(qiáng)度相差很小，滿足要求。利用公路路面設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)可對上述計(jì)算的各結(jié)構(gòu)層再進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)算。3.6防凍厚度檢驗(yàn)和接縫設(shè)計(jì)1防凍厚度檢驗(yàn)由公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D40-2011）知，路面防凍厚度為0.50m，而設(shè)計(jì)路面總厚度為0.60m，由于0.50<0.6，故滿足設(shè)計(jì)要求。2接縫設(shè)計(jì) 為避免由溫度產(chǎn)生的應(yīng)力破壞，所以，在混凝土板中設(shè)置橫縫與縱