二級(jí)公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、水泥混凝土路面厚度計(jì)算書(shū)1軸載換算表1.1日交通車輛情況表序 號(hào)汽車型號(hào)流量（輛慶）前軸重（kN）后軸重（kN）后軸數(shù)輪組數(shù)1桑塔納2334212五十鈴4019423解放CA10B209419.460.85124黃河JN15085649.0101.6125黃河JN16218059.5115.0126交通SH3611749.852X110.022軸載換算公式如下:N =堂 5 N（100）16 i=1其中5，.為軸-輪系數(shù)，單軸-雙輪組時(shí)，5 i = 1，單軸-單輪時(shí)，按下式計(jì)算:5 = 2.22 x 103 P -0.43雙軸-雙輪組時(shí)，按下式計(jì)算：5 . = 1.07 X 10 -5 P -

2、0.22表1.2軸載換算結(jié)果表車型P / kN5N5 N (-)16.100桑塔納前軸后軸21.0599.5123342.0 x 10 -5五十鈴前軸后軸42445.8640191.68解放CA10B前軸19.4620.2920945.23 x10-6后軸60.85120940.7黃河JN150前軸49.0416.468563.9后軸101.618561103.5黃河JN162前軸59.5383.118017.0后軸115.011801684.4交通SH361前軸60.0381.72171.8后軸2 x 110.03.8 x 10 -6172.97 x 10 -4累計(jì)28132確定交通量相關(guān)系

3、數(shù)。2.1設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)交通量的年平均增長(zhǎng)率?？砂垂返燃?jí)和功能以及所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和交通發(fā)展情況，通過(guò)調(diào)查分析， 預(yù)估設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的交通增長(zhǎng)量，確定交通量年平均增長(zhǎng)率y。取y= 5%。2.2車輛輪跡橫向分布系數(shù)門表2.1車輛輪跡橫向分布系數(shù)門公路等級(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)以下公路行車道寬7m0.34 0.39行車道寬W7m0.54 0.62注：車道或行車道寬或者交通量較大時(shí)，取高值；反之，取低值。由規(guī)范得：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)，取0.35。2.3計(jì)算基準(zhǔn)期內(nèi)累計(jì)當(dāng)量軸次。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)水泥混凝土面層臨界荷位處所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用

4、次數(shù)，可按下式計(jì)算確定。N = N x1 + y)一11365門 e2813 x(1+ 0.05)2。1x 365代入數(shù)據(jù)得N=0.05x 0.35 = 1188 x104 次查表3.0.7，屬重交通等級(jí)。3初擬路面結(jié)構(gòu)。由規(guī)范得，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)變異水平等級(jí)，查規(guī)范初擬普通混凝土面層厚度為0.25m。基層 選用水泥穩(wěn)定碎石（水泥用量5%），厚0.20m。墊層為級(jí)配碎石，厚0.2m。普 通混凝土板的平面尺寸為5m x4.5m（長(zhǎng)x寬）?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。4路面材料參數(shù)確定。根據(jù)規(guī)范，查表3.0.8，取普通混凝土面層的

5、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。玄武巖粗集料水泥混凝土線性膨脹系數(shù)a = 11 x 10-6 / C。查表E0.0.1-1和表E0.0.1-2，取土基回彈模量為80Mpa，取調(diào)整系數(shù)為0.8，由此，路 床頂綜合回彈模量取為：0=80 x0.8=64Mpa。查表E0.0.2-2，取水泥穩(wěn)定碎石彈性回彈模量為2000Mpa，泊松比為0.2，級(jí)配碎石底 基層回彈模量為230Mpa。按式（B.2.4.1）式（B.2.4-4）計(jì)算板底地基綜合回彈模量。新建公路的基層頂面當(dāng) 量回彈模量和基層當(dāng)量厚度計(jì)算如下：i =12i=1舊=230MPa h 2h =芝 h = h

6、= 0.20mi=1a = 0.26ln(h ) + 0.86 = 0.26 x ln(0.20) + 0.86 = 0.442E = E (E)a = 64 x (2)0.442 = 113MPa t 0 E064式中E,基層頂面的當(dāng)量回彈模量（MPa）；E0 路床頂面的回彈模量（MPa）；E：基層和底基層的當(dāng)量回彈模量（MPa），按式（B.1.5-2）計(jì)算；h:基層和底基層的當(dāng)量厚度（m），按式（B.1.5-3）計(jì)算；取板底綜合回彈模量E,取為64MPa?；炷撩鎸影宓膹澢鷦偠菵c，半剛性基層板的彎曲剛度Db，路面結(jié)構(gòu)總相 對(duì)剛度半徑r為：31000 x 0.253 =41.29MN.m1

7、2 x (1 - 0.152)D = e、c 12（1 - V2）c2000 x 0.23 =1.39MN.m12 x (1 - 0.22)Eh 3D =bbb 12（1 - V2）b（r = 1.21 Xg3 = 1.21 x(41.29 +1.39 13 = 0.875m5、荷載應(yīng)力按式（B.4.1-1），標(biāo)準(zhǔn)軸載和極限荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力為:b = 1.45 x 10-3 x ps1 D1 +bc=1.561MPar 0.65 X h-2 X p0.94bpm1.45 x 10-3D X r 0.65 X h-2 X p0.941 + b gmDc=1.780Mpa式中 bps

8、標(biāo)準(zhǔn)軸載P在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力（MPa）； sY 水泥混凝土面層相對(duì)剛度半徑（m）；h混泥土板的厚度（m）；水泥混泥土的彎拉彈性模量（MPa）；標(biāo)準(zhǔn)軸載？皿在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力（MPa）；Ecb -pm計(jì)算面層荷載疲勞應(yīng)力，計(jì)算面層最大荷載應(yīng)力。b = kk k b規(guī)范（B.2.1）pr r f c ps式中b ,標(biāo)準(zhǔn)軸載P在臨界荷位處產(chǎn)生的疲勞應(yīng)力（MPa）；。:一一標(biāo)準(zhǔn)軸載P在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(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)拉桿平縫時(shí)，k = （0.870.92）（剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值），由于縱縫

9、為設(shè)拉桿的平縫，基層為半剛性基層，故接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)氣=0.87；kf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)/系數(shù)，按式 （B.2.3）條計(jì)算；kc 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)，根據(jù)該公 路等級(jí)為二級(jí)，按表B.2.1取值勺=1.05。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)：七=NX規(guī)范（B.2.3-1）式中Kf 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)；N 計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)，N = 1220X104次；人-一與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，普通混泥土、鋼筋混泥土、連續(xù)配筋混泥土，X= 0.057 ；艮即 K = NX =

10、 （1188x104）0.057 = 2.658 f故標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的疲勞應(yīng)力計(jì)算為：b = kk k b = 0.87 x 2.532 x 1.05 x 1.561 = 3.611Mpapr r f c psb = kkb = 0.87 x 1.05 x 1.780=1.60Mpi6、 溫度疲勞應(yīng)力由表3.0.10，最大溫度梯度取92 C/m，按B.3.3和B.5.2計(jì)算綜合溫度翹 曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)B廣71 h h、1 0.250.2、k = （-c + -b）-1 = （1）-1 = 4627MPa / mn 2 E 氣2 31000 2000-D x

11、D -14-41.29 x 1.39 一c b(D + D )kcb n(41.29 +1.39) x 462714 = 0.131m巳=_ (七丫4 - Q )* = _ (4627 x 0.874 41.29) x 0.1313 = 0 224 J (ky4 D )y3 (4627x0.1314 41.29)x0.8753 = ./ 一 L =5= 1943y3 x 0.875.gC = 1 ( 1 )sinh(1.94)cos(1.94) + cosh(1.94)sin(1.94)L 1 + g sin(1.94)cos(1.94) + cosh(1.94)sinh(1.94)=1 (1

12、) x 0.280 = 0.7711 + 0.224B = 1.77 x e 4.48xhc x C 0.131(1 C )= 1.77 x e -4.48x0.25 x 0.771 0.131(1 0.771) = 0.445式中a 最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力(MPa)；tya c 混凝土的線膨脹系數(shù)(%C)，通?？扇?1x10-6/ C ;TC最大溫度梯度，由規(guī)范表3.0.8,丑區(qū)最大溫度梯度取T =92(C/m)；按式(B.3.2)計(jì)算面層最大溫度應(yīng)力:a =0E1Tbt ,max2 Lx 0.445 = 1.79MPa11 x 10-6 x 31000 x 0.25 x 9

13、22溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)%,可按式(B.3.4)計(jì)算:K =- a (a)bt - c t 氣max fy式中a、b和c回歸系數(shù)，由于該公路建在 丑2區(qū)，查規(guī)范表B.3.4 得，a=0.837,b=1.382,c=0.038；f 普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)，f =5.0MPa；。：?jiǎn)∫灰蛔畲鬁囟忍荻葧r(shí)混泥土板的溫度翹曲應(yīng)力(MPa)；K = - a (S,max)bt C 一上 x 0.837 x (hZ9)1.382 0.038 = 0.459t a trf t 1.795計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力，按式(B.3.1)得:b = K。= 0.459 x 1.79 = 0.82Mpa式中b比在

14、臨界荷載位置處的溫度疲勞應(yīng)力(MPa);K：考慮溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)，按B.3.4條確定；7、結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核水泥混泥土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂 作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，即：Y (b +b ) V fy pY ty yYY (b pm +bm ) V f式中Y 可靠度系數(shù)，查規(guī)范表3. 0. 1,二級(jí)公路的安全等級(jí)為二級(jí)， 目標(biāo)可靠度為85%，目標(biāo)可靠指標(biāo)為1.04,變異系數(shù)取中等，查規(guī)范表3-1， 確定可靠度系數(shù)y,二1.10；b 面層板在臨界荷位處產(chǎn)生的行車荷載疲勞應(yīng)力(MPa)；pyb 面層板在臨界荷位處產(chǎn)生的溫度梯度疲勞應(yīng)力(MPa)； tb 最

15、重的軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的溫度梯度疲勞應(yīng)力(MPa)； tb 所在地區(qū)最大溫度梯度在臨界荷位處產(chǎn)生的最大溫度翹曲應(yīng)力 t(MPa)；f普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)，f =5MPa；即：YY (b +b ) = 1.10 x (3.611 + 0.82) = 4.87(Mpa) f= 5.0MPa)Y (b+b) = 1.10 x(1.60+1.79) = 3.73(Mpa) f (= 5.0MPa)滿足要求。因而，所擬的路面結(jié)構(gòu)層，可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜 合疲勞作用，以及最重軸載在最大溫度梯度時(shí)的一次作用。擬定的厚為0.25m的 普通混凝土面層，0.2m的水泥穩(wěn)

16、定碎石基層，0.20m的級(jí)配碎石組成的路面結(jié)構(gòu) 滿足要求。8水泥板接縫設(shè)計(jì)縱縫設(shè)計(jì)：縱向施工縫采用設(shè)拉桿平縫形式，上部鋸切槽口，深度為35mm，寬度為5mm，槽內(nèi)灌塞填縫料。因一次鋪筑寬度等于4.5m，故可不設(shè)置縱向縮縫?？v縫與路線 中線平行，采用螺紋鋼筋，設(shè)在板厚中央，并對(duì)拉桿中部100mm范圍內(nèi)進(jìn)行防銹 處理。因面層厚度為25mm，兩縱縫間距為4.5m，所以拉桿尺寸為14x700 x600（直徑x長(zhǎng)度x間距表5.2.3）?？v縫構(gòu)造和傳力桿布置如圖8-1和圖8-2 所示。525r拉桿直徑、長(zhǎng)度、間距（mm）面層厚度（mm）到自由邊或未設(shè)拉桿縱縫距離（m）4.5025014 x 700 x 6

17、00圖8-1縱向施工縫構(gòu)造（單位:cm，鋼筋直徑為mm。）圖8-2拉桿布置（單位：cm）2）橫縫設(shè)計(jì)：每日施工結(jié)束或因臨時(shí)原因中斷施工時(shí)，必須設(shè)置橫向施工縫。其位置應(yīng)設(shè) 在縮縫或脹縫處。縮縫處的伸縮縫采用加傳力桿的平縫形式。設(shè)在脹縫處的施工縫，其構(gòu)造與脹縫相同，橫向縮縫可等間距或變間距布置，因此交通為重交通， 所以采用設(shè)傳力桿假縫形式。頂部應(yīng)鋸切槽口，設(shè)置傳力桿時(shí)槽口深度宜為面層 厚度的1413，槽口寬度為3-8mm，槽內(nèi)填塞填縫料，傳力桿采用光圓鋼筋， 其傳力桿的尺寸間距和要求與脹縫相同，由表5.3.5選用，最外側(cè)傳力桿距縱向 接縫或自由邊的距離在150-250mm之間。橫縫構(gòu)造和傳力桿布置如圖9-