水泥混凝土路面设计计算

水泥混凝土路面设计

设 计 内 容 : 新建单层水泥混凝土路面设计 公 路 等 级 : 二级公路 变异水平的等级 : 中 级 可 靠 度 系 数 : 1.13

面 层 类 型 : 普通混凝土面层 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 前轴 车型名称 数 黄河JN150 1 日野KF300D 1 依士兹TD50 1 标准轴载BZZ100 1 交通SH-141 1 解放CA10B 1 斯柯达706R 1 长征XD980 1 东风CS938 1 尼桑CK10G 1 东风SP9135 1 日野KB222 1 前轴重(kN) 49 40.75 42.2 0 23 19.4 50 37.1 24 39.25 20.2 50.2 后轴重(kN)后轴数 101.6 79 80 100 63.5 60.85 90 72.65 70 104.3 72.3 76 后轴数 1 2 1 1 2 1 1 2 2 1 2 1 拖挂部分 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 拖挂部分轴重 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 交通量 190 170 60 633 62 436 94 73 81 69 86 97

行驶方向分配系数 0.5 车道分配系数 0.75

轮迹横向分布系数 0.55 交通量年平均增长率 6 ％

设计轴载 100 kN 最重轴载 104.3 kN

路面的设计基准期 : 20 年

设计车道使用初期设计轴载日作用次数 : 412

设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数Ne : 3042500 路面承受的交通荷载等级 :重交通荷载等级

混凝土弯拉强度 5 MPa 混凝土弹性模量 31000 MPa 混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划 Ⅱ5

面层最大温度梯度 88 ℃/m 接缝应力折减系数 0.87 混凝土线膨胀系数 10 10-6/℃

初拟基(垫)层类型----新建公路路基上修筑的基(垫)层

拟普通混凝土面层厚度为0.24m，石灰土层厚度为0.18m，级配碎石层为0.3m路基回弹模量取30 MPa

层位 基（垫）层材料名称 厚度(mm) 材料模量(MPa) 1 水泥稳定粒料 200 2000 2 石灰稳定粒料 300 1500 3 新建路基 30

板底地基当量回弹模量 ET= 140 MPa

基层顶面当量回弹模量：

?Ex计算公式如下：Et?ahxE0??E?0b22?3? ? （7-15）?1 Ex?h1E1?h2E2h1?h2122 （7-16）

?12Dx hx???E?x3?3?? （7-17） ?32?h?h2?Eh?E2h2?1 Dx?11124??Ex? a?6.221?1.51??E??0??Ex b?1?1.44??E?0?????0.55?11????EhEh?? （7-18）

22??11?1?????0.45?? (7-19) ?? (7-20)

式中：Et——基层顶面的当量回弹模量，MPa； E0——路床顶面的回弹模量，MPa；

Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量，MPa，按式（5）计算；

E1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量，MPa；

hx——基层和底基层或垫层的当量厚度，m，按式（6）计算；

Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（MN-m），按式（7）计算；

h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度（m）;

a、b-——与ExE0有关的回归系数，按式（8）和式（9）计算；

由以上计算公式计算基层顶面当量回弹模量如下：

Ex?h1E1?h2E2h1?h2322222000?0.182?1500?0.152==1795.08 （MPa） 220.18?0.152?h?h2?Eh?E2h2Dx?11?11243?11???EhEh22?11??? ?2?1?12000?0.183?1500?0.153?0.18?0.15??11? =????

1242000?0.181500?0.15?? =5.16

?12Dxhx???E?x????13=312?5.16=0.326（m）

1795.08??Exa?6.22?1?1.51??E??0??????0.45?0.45???.08??1795?=6.22?1?1.15???=5.09

30?????????Exb?1?1.44??E?0?????0.55.08??1795=1?1.44??30???0.55=0.85

1?ExbEt?ahxE0??E?0?31795.08?3?0.85??=5.09?0.326?30??30?=230.35（MPa）

???1普通混凝土面层的相对刚度半径按公式计算得 r?0.537h?3②荷载疲劳应力

EcEt=0.537?0.24?331000=0.67（m）

230.35?Ps?ArmPnh?2

式中： P——标准轴载，KN； H——混凝土板厚度，m；

R——混凝土板的相对刚度半径，m；

A，m，n——与轴型有关的回归系数，见下表。表7-15 荷

载应力公式中的回归系数

轴 型 单轴-单轮 A 0.00180 B 0.490 C 0.881 单轴-双轮 双轴-双轮 三轴-双轮 0.00119 0.000599 0.000395 0.597 0.585 0.493 0.905 0.893 0.892

则 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：

?Ps?0.077r0.60h?2=0.077?0.670.60?0.24?2=1.05（MPa）

因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷的应力折减系数kr=0.87，考虑设计基准期内荷载应力累积疲劳作用的疲劳应力系数kf=Ne=(3.0?106)0.057=2.34，根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数kc=1.20。 按公式 ?pr?krkfkc?ps （7-21） 式中：?pr——标准轴Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力，MPa；

?ps——标准轴Ps在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力，MPa；

kr——应力传荷系数；纵缝为设拉杆的平缝时，kr=0.87-0.92（刚性和半

v刚性基层取低值，柔性基层取高职）；纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，kr=1.0；纵缝为设拉杆的企口缝时，kr=0.76-0.84；

计算得到荷载疲劳应力为：

?pr?krkfkc?ps=0.87?2.34?1.2?1.05=2.56（MPa）

③温度疲劳应力

查表可知Ⅱ区最大温度梯度取88（℃/m）。板长5m，L/r=5/0.707=7.07，查图，得普通混凝土板厚h=0.24m，Bx=0.64。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：

?tm??cEchTg2Bx1?10?5?31000?0.24?88?1.03=2.09（MPa） （7-22）=

2式中：?tm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力，MPa； ?c——混凝土的线膨胀系数（1/℃），通常可取为1?10?5/℃；