水泥混凝土路面厚度計算

水泥混凝土路面厚度計算

2021/5/91貧混凝土或碾壓混凝土基層應以設計基準期內(nèi)行車荷載不產(chǎn)生疲勞斷裂作為設計標準。其極限狀態(tài)設計表達式為：設計標準：水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設計應以面層板在設計基準期內(nèi)，在行車荷載和溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生疲勞斷裂；驗算標準：面層板在設計基準期內(nèi)，在最重軸載和最大溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生極限斷裂。其極限狀態(tài)設計表達式分別為：一、水泥混凝土路面設計標準及驗算標準2021/5/92二、水泥混凝土板厚度計算流程交通分析，確定交通荷載等級路面結(jié)構(gòu)的組合設計，初擬路面結(jié)構(gòu)按照初擬路面結(jié)構(gòu)組合形式，選擇相應力學分析模型；根據(jù)選定的力學模型計算混凝土面層板的最大荷載應力、荷載疲勞應力、最大溫度應力及溫度疲勞應力。面層板極限狀態(tài)檢驗貧混凝土或碾壓混凝土為基層、下面層板時，計算其荷載疲勞應力，檢算其極限狀態(tài)。面層或基層的極限狀態(tài)不滿足要求時，改選混凝土面層板厚度或(和)整調(diào)基層類型或(和)厚度，重新計算。計算厚度加6mm磨損厚度后，按10mm向上取整，作為混凝土面層的設計厚度。2021/5/932021/5/94水泥路面的設計軸載及軸載換算1交通分析——交通荷載分級按疲勞斷裂設計標準進行結(jié)構(gòu)分析時，以軸重100kN的單軸-雙輪組荷載作為設計軸載。對極重交通荷載等級的水泥混凝土路面，宜選用貨車中占主要份額特重車型的軸載作為設計軸載。各級軸載作用次數(shù)按按等效疲勞損壞原則換算為設計軸載的作用次數(shù)。設計軸載累計作用次數(shù)2021/5/95交通調(diào)查與分析初期年平均日貨車交通量（雙向）方向分配系數(shù)，一般0.5-0.6車道分配系數(shù)設計車道的年平均日貨車交通量（ADTT）貨車交通量的年平均增長率gr

軸載調(diào)查與分析各類車輛的軸型調(diào)查和軸重測定軸載當量換算系數(shù)法車輛當量軸載系數(shù)法車道使用初期的設計軸載日作用次數(shù)Ns車輛輪跡橫向分布系數(shù)η設計軸載累計作用次數(shù)Ne

2021/5/96不同軸重級位的設計軸載當量換算系數(shù)車道使用初期的設計軸載日作用次數(shù)各類車輛的設計軸載當量換算系數(shù)車道使用初期的設計軸載日作用次數(shù)設計軸載累計作用次數(shù)2021/5/972021/5/982初擬路面結(jié)構(gòu)根據(jù)公路等級和交通荷載、路基條件、當?shù)販囟群蜐穸葼顩r及已有公路路面的使用經(jīng)驗，進行路面組合設計，初擬路面結(jié)構(gòu)。路床頂面的綜合回彈模量值，輕交通荷載等級時不得低于40MPa，中等或重交通荷載等級時不得低于60MPa，特重或極重交通荷載等級時不得低于80MPa。路基基層和底基層2021/5/992021/5/910承受極重、特重或重交通荷載的路面，基層下應設置底基層，承受中等或輕交通荷載時，可不設底基層。當基層采用無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料，且上路床由細粒土組成時，應在基層下設置粒料類底基層。貧混凝土或碾壓混凝土基層上應鋪設瀝青混凝土夾層，厚度不宜小于40mm。無機結(jié)合料穩(wěn)定碎石基層上應設封層。面層宜采用設接縫的普通水泥混凝土。注意：2021/5/911平面尺寸及接縫設計平面布局宜采用矩形分塊，其縱向和橫向接縫應垂直相交，縱縫兩側(cè)的橫縫不得相互錯位?？v向接縫的間距（板寬）宜在3.0~4.5m范圍內(nèi)選用。橫向接縫的間距（板長）應按面層類型和厚度選定（普通水泥混凝土面層宜為4~6m，面層板的長寬比不宜超過1.35，平面面積不宜大于25m2）縱向接縫設置：一次攤鋪寬度小于路面寬度時，應設縱向施工縫（設拉桿的平縫）；一次攤鋪寬度大于4.5m，應設縱向縮縫（設拉桿的假縫）；碾壓混凝土面層一次攤鋪寬度大于7.5m時，應設縱向縮縫；行車道路面與混凝土硬路肩之間的縱向接縫必須設拉桿。2021/5/912橫向接縫設置（縮縫、脹縫和施工縫）：橫向施工縫：每日施工結(jié)束或因臨時原因中斷施工時，必須設橫向施工縫，其位置宜選在縮縫或脹縫處，設在縮縫處的施工縫，應采用加傳力桿的平縫，設在脹縫處的施工縫，其構(gòu)造同脹縫；橫向縮縫：保證板因溫度和濕度的降低而收縮時沿該薄弱斷面縮裂，從而避免產(chǎn)生不規(guī)則裂縫。應采用假縫形式，極重、特重和重交通荷載公路的橫向縮縫，中等和輕交通荷載公路鄰近脹縫或自由端部的3條橫向縮縫，收費廣場的橫向縮縫，應采用設傳力桿假縫；橫向脹縫：保證板在溫度升高是能部分伸長，從而避免路面板在熱天的拱脹和折斷破壞，同時脹縫也能起到縮縫的作用。在鄰近橋梁或其他固定構(gòu)筑物處，或者與其他道路相交處，應設橫向脹縫。2021/5/9133路面材料參數(shù)確定2021/5/9142021/5/9152021/5/9164力學模型的選擇彈性地基單層板模型適用于粒料基層上混凝土面層舊瀝青路面加鋪混凝土面層，面層板以下部分按彈性地基處理彈性地基雙層板模型適用于無機結(jié)合料類基層或瀝青類基層上混凝土面層，舊混凝土路面上加鋪分離式混凝土面層；面層和基層或者新舊面層作為雙層板，基層底面以下或舊面層底面以下部分按彈性地基處理復合板模型適用于兩層不同性能材料組成的面層或基層復合板。舊混凝土路面上加鋪結(jié)合式混凝土面層，兩層不同性質(zhì)材料組成的層間黏結(jié)的面層，作為彈性地基上的單層板或彈性地基上雙層板的上層板；無機結(jié)合料類基層或瀝青類基層與無機結(jié)合料類底基層組成的基層，作為彈性地基上雙層板的下層板。2021/5/917水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)分析應采用彈性地基板理論。除粒料基層外，其他基層與混凝土面層應按分離式雙層板模型進行結(jié)構(gòu)分析。粒料基層及各級底基層和墊層，應與路基一起視作多層彈性地基，以地基頂面當量回彈模量表征。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設計應以面層板在設計基準期內(nèi)，在行車荷載和溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生疲勞斷裂作為設計標準；并以最重軸載和最大溫度梯度綜合作用下，不產(chǎn)生極限斷裂作為驗算標準。貧混凝土或碾壓混凝土基層應以設計基準期內(nèi)行車荷載不產(chǎn)生疲勞斷裂作為設計標準。2021/5/9185荷載應力計算----彈性地基單層板模型設計軸載在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的的荷載疲勞應力kr—接縫傳荷的應力折減系數(shù)，混凝土路肩，kr=0.87~0.92，柔性路肩或土路肩，kr=1。kf—疲勞應力系數(shù)kc—綜合系數(shù)，查表2021/5/919荷載疲勞應力系數(shù)kf

式中Ne——設計基準期內(nèi)設計軸載累計作用次數(shù)；λ——材料疲勞指數(shù)，普通、鋼筋、連續(xù)配筋混凝土：λ=0.057；碾壓、貧混凝土：λ=0.065；ρf——鋼纖維的體積率（%）；

lf——鋼纖維的長度（mm）；df——鋼纖維的直徑（mm）。2021/5/920設計軸載在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力σps式中Ps——設計軸載的單軸重(kN)；hc、Ec、vc——混凝土面層板的厚度(m)、彎拉彈性模量（MPa）和泊松比

r——混凝土面層板的相對剛度半徑(m)；

Dc——混凝土面層板的截面彎曲剛度(MN·m)；

Et——板底地基當量回彈模量（MPa)2021/5/921新建公路的板底地基當量回彈模量Et

式中E0——路床頂綜合回彈模量（MPa）；Ex——粒料層的當量回彈模量（MPa；hx——粒料層的總厚度（m）；n——粒料層的層數(shù)；Ei、hi——第i結(jié)構(gòu)層的回彈模量（MPa）與厚度(m)。公式根據(jù)單圓荷載直徑0.3m，層間連續(xù)，粒料層總厚度0.1~0.5m，粒料層回彈模量與路床回彈模量之比小于10的條件，按照荷載中心點撓度等效原則回歸得到的。其中，路床、粒料層的泊松比取0.35。2021/5/9225荷載應力計算----彈性地基雙層板模型上層板（面層）的荷載疲勞應力σpr2021/5/923貧砼或碾壓砼基層板或者下面層板的荷載疲勞應力kf,kc——荷載疲勞應力系數(shù)、綜合系數(shù)，按單層板取值；σbpr——下層板的荷載疲勞應力（MPa）；σbps——設計軸載Ps在下層板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力(MPa)；2021/5/924最重軸載在上層板臨界荷位處產(chǎn)生的最大荷載應力

——最重軸載Pm在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的最大荷載應力（MPa），設計軸載Ps改為最重軸載Pm（以單軸計，kN）；kr、kc——應力折減系數(shù)、綜合系數(shù)。2021/5/9256溫度應力計算----彈性地基單層板模型在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的溫度疲勞應力σtr最大溫度梯度時混凝土面層板最大溫度應力σt,max綜合溫度翹曲應力和內(nèi)應力的溫度應力系數(shù)BL混凝土面層板的溫度翹曲應力系數(shù)CL2021/5/926溫度疲勞應力系數(shù)kt2021/5/9276溫度應力計算----彈性地基雙層板模型在面層板臨界荷位處產(chǎn)生的溫度疲勞應力σtr最大溫度梯度時混凝土面層板最大溫度應力σt,max綜合溫度翹曲應力和內(nèi)應力的溫度應力系數(shù)BL混凝土面層板的溫度翹曲應力系數(shù)CL與單層板公式不同。2021/5/928下層板的溫度疲勞應力不需計算溫度翹曲應力系數(shù)CL式中ξ——與雙層板結(jié)構(gòu)有關的參數(shù)；rβ——層間接觸狀況參數(shù)(m)；kn

——面層與基層之間豎向接觸剛度，上下層之間不設瀝青混凝土夾層或隔離層時按公式計算；設瀝青混凝土夾層或隔離層時，kn

取3000MPa/m。2021/5/9297結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核2021/5/930三、設計示例公路自然區(qū)劃Ⅲ區(qū)新建一條高速公路，單向三車道，行車道寬11.75m。路基土為黃土（低液限粉土），路床頂距地下水位2.0m，當?shù)卮旨现饕獮榛◢弾r。擬采用碾壓混凝土做基層。應交通調(diào)查分析得知，設計軸載Ps=100KN，最重軸載Pm=250KN，設計車道使用初期設計軸載日作用次數(shù)為42000，交通量年平均增長率為7%。試設計該路面厚度。1交通分析高速公路的設計基準期查表為30年，安全等級為一級。臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)查表取0.22。設計基準期內(nèi)設計車道標準軸載累計作用次數(shù)按公式計算：屬特重交通荷載等級2021/5/931

2初擬路面結(jié)構(gòu)相應于高速公路的變異水平等級宜為低級。根據(jù)交通荷載等級和變異水平等級查表初擬普通混凝土面層厚度為0.30m，碾壓混凝土基層0.18m，面層與基層之間設置40mm厚的瀝青混凝土夾層，底基層選用級配碎石，厚0.20m。水泥混凝土面層板的平面尺寸：長為5.0m，寬從中央分隔帶至路肩依次為4m、4m、3.75m?？v縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。碾壓混凝土設縱縫一條，橫縫間距5m。硬路肩寬3.5m，采用與行車道等厚混凝土并設拉桿與行車道板相連。3路面材料參數(shù)確定查表取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為5.0MPa，相應彎拉彈性模量和泊松比取31GPa、0.15；碾壓混凝土彎拉強度標準值為4.0MPa，相應彎拉彈性模量和泊松比取27GPa、0.15。花崗巖為粗集料的混凝土熱膨脹系數(shù)查表取低液限粉土的回彈模量為95MPa，濕度調(diào)整系數(shù)為0.85，計算得路床頂綜合回彈模量為95×0.85=80MPa。級配碎石回彈模量查表取250MPa，按公式計算板底地基綜合當量回彈模量：2021/5/932混凝土面層板彎曲剛度、半剛性基層板的彎曲剛度及路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑：板底地基綜合當量回彈模量：2021/5/9334荷載應力按公式計算標準軸載和最重荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力：按公式計算面層荷載疲勞應力：按公式計算面層最大荷載應力：按公式計算基層荷載疲勞應力：2021/5/9345溫度應力查表取最大溫度梯度為90℃/m,面層與基層之間設瀝青混凝土夾層的豎向接觸剛度k