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

水泥混凝土路面厚度計(jì)算書軸載換算表1.1日交通車輛情況表序號(hào)汽車型號(hào)流量(輛/天)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=Y§N(1)16sii100i=1其中§為軸-輪系數(shù)，單軸-雙輪組時(shí)，§=1，單軸-單輪時(shí)，按下式計(jì)算:ii§=2.22X103P-0.43ii雙軸-雙輪組時(shí)，按下式計(jì)算：§=1.07X10-5P-0.22ii表1.2軸載換算結(jié)果表車型P/kNi§iNiP§N(—)16ii100桑塔納前軸后軸21.0599.5123342.0x10-5五十鈴前軸后軸42445.8640191.68

解放CA10B前軸19.4620.2920945.23x10-6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2x110.03.8x10-6172.97x10-4累 計(jì)2813確定交通量相關(guān)系數(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。取丫二5%。2.2車輛輪跡橫向分布系數(shù)耳表2.1車輛輪跡橫向分布系數(shù)耳公路等級(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0.352.3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)作用次數(shù)，可按下式計(jì)算確定。Ne代入數(shù)據(jù)得N二0.05x0.35二1188x104次2813x[(1+0.05)20-l]x代入數(shù)據(jù)得N二0.05x0.35二1188x104次初擬路面結(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5mx4.5m（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二11x10-6/。C。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：E=80x0.8=64Mpa。0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：E丄(h2E)E丄(h2E)xi=1i=1h2

ihE=230MPah21h=￡h=h=0.20mTOC\o"1-5"\h\zx i1i=1a=0.26ln(h)+0.86=0.26xln(0.20)+0.86=0.442x77， C\o"CurrentDocument"E=E(E)a=64x(2^)0.442=113MPat0E 640

式中EtE0式中EtE0Ehxx-路床頂面的回彈模量（MPa）；-基層和底基層的當(dāng)量回彈模量（MPa）,按式（B.1.5-2）計(jì)算；-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。t混凝土面層板的彎曲剛度De,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：g=31000X°25=31000X°253=41.29MN.m12x(1-0.152)c12（1-v2）cDEh3D= b~b—b12（1-v2）=2000X°23=1.39MN.m12x(1-0.22)=2000X°23=1.39MN.m12x(1-0.22)r=1.21XgD+D) c bEt丿13=1.21x(41.29+1.39\113丿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:1.45X10-3b= XpsD1+——bc=1.561MPar0.65Xh-2Xp0.94gs1.45X10-3bpmXr0.65Xh-2Xp0.94Dg m1+bDc=1.780Mpa式中bps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P在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力（MPa）；mEcC-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二kkkb 《規(guī)范》（B.2.1）prrfcps式中a——標(biāo)準(zhǔn)軸載P在臨界荷位處產(chǎn)生的疲勞應(yīng)力（MPa）；prsa——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）;pssk——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=rr（0.87~0.92）（剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值），由于縱縫為設(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)K=0.87；rkf――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（B.2.3）條計(jì)算；k――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c路等級(jí)為二級(jí)，按表B.2.1取值k=1.05。c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)：K二N九 《規(guī)范》（B.2.3T）fe式中K――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；ee九——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，九二0.057；即：K=N九=（1188x104）0.057=2.658fe故標(biāo)準(zhǔn)軸載P在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的疲勞應(yīng)力計(jì)算為：sa=kkka二0.87x2.532x1.05x1.561二3.611Mpaprrfcpsa二kka二0.87x1.05x1.780=1.60Mpap,max rcpm6、溫度疲勞應(yīng)力由表3.0.10，最大溫度梯度取92C/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。L1h h 10.25 0.2k=(-n-+?)-1=( + )-1=4627MPa/mn2E E 2310002000cb

丫廠_DxD—- b14- 41.29x1.39 _(D+D)kc b n(41.29丫廠_DxD—- b14- 41.29x1.39 _(D+D)kc b n(41.29+1.39)x4627i4=0.131mU=——n-g c4=— =0.224(k4—D)3 (4627x0.1314—41.29)x0.8753n4 cgt= = =1.943 3x0.875g1sinh(1.94)cos(1.94)+cosh(1.94)sin(1.94)C=1—( )-L1+gsin(1.94)cos(1.94)+cosh(1.94)sinh(1.94)=1—( 1 )x0.280=0.7711+0.224B=1.77xe—4.48xhcxC—0.131(1—C)L L L=1.77xe—4.48x0.25x0.771—0.131(1—0.771)=0.445式中aa式中aa-cTg(°C/m)；混凝土的線膨脹系數(shù)（1*c），通常可取為11x10-6/°C；按式（B.3.2）計(jì)算面層最大溫度應(yīng)力:最大溫度梯度，由《規(guī)范》表3.0.8,^區(qū)最大溫度梯度取T按式（B.3.2）計(jì)算面層最大溫度應(yīng)力:at,maxaEhTat,max=—c―ccgB2L11x10—6x31000x0.25x92= x0.445=1.79MPa溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)K,可按式（B.3.4）計(jì)算:tfaK=——￥—[a（— ）件一c]tatftt,max式中A、b和c——回歸系數(shù)，由于該公路建在得，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W2區(qū)，查《規(guī)范》表B.3.4MPa)，f=5.0MPa；YYat,maxfa 5 1.79K [a(_^mx)bt—c]二x[0.837x( )1.382-0.038]二0.459tatft1.79 5t,max最大溫度梯度時(shí)混泥土板的溫度翹曲應(yīng)力（MPa）；計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力，按式（B.3.1）得:g二Kg二0.459x1.79二0.82Mpatrttm式中G——在臨界荷載位置處的溫度疲勞應(yīng)力（MPa）；trK——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t7、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：Q+g）</PY ty yQ+g）a/PmtmY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)，Y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=1.10；rG——面層板在臨界荷位處產(chǎn)生的行車荷載疲勞應(yīng)力（MPa）；PYg科 面層板在臨界荷位處產(chǎn)生的溫度梯度疲勞應(yīng)力（MPa）；/——最重的軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的溫度梯度疲勞應(yīng)力（MPa）；tYG——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tY（MPa）；/——普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa）,/=5MPa；YY即：Y(G+g)二1.10x(3.611+0.82)二4.87(Mpa)</(二5.0MPa)rPrtr rY(g+G)二1.10x(1.60+1.79)二3.73(Mpa)</(二5.0MPa)rP,max t,max r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)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)1）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14x700x600（直徑x長(zhǎng)度x間距表523）。縱縫構(gòu)造和傳力桿布置如圖8-1和圖8-2所示。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）4.5025014x700x600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14~13，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9-1、9-2和10-1所示。32@300傳力桿圖9-1橫向施工縫構(gòu)造（單位:cm，鋼筋直徑