水泥混凝土路面计算书

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1、水泥混凝土路面设计计算书 1 混凝土路面结构设计原则 （1）路面结构设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，密切结合本地区实践 经验，将混凝土路面板按重要工程结构的要求完成设计，首先应保证工程的按质量与耐久 性。基层、底基层、垫层设计在满足设计要求的前提下，尽可能使用当地材料修建。 （2）在满足交通量与使用要求的前提下，应遵循因地制宜、方便施工、利于养护、节约投 资原则进行方案比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠的方案。 （3）应结合当地时间基础，积极推广成熟的科研成果，积极、慎重地运营行之有效的额新 材料、新工艺、新技术，以达到确保工程质量与耐久性的目的。 （4）路面设计方案应充分

2、考虑沿线环境保护、自然生态平衡，有利于施工、养护工作人员 的健康与安全。 （5）对于地处不良地基的路段，应采取有效措施加快稳定路基沉降，路基沉降率达不到限 定要求时，绝不能仓促施工提前铺筑路面板。对于确实在短期内达不到限定沉降率要求的 路段，可以先铺简易沥青路面，通车数年后，待路基沉降速率满足稳定要求后，再正式铺 筑混凝土路面。总之，按设计使用年限标准设计的混凝土路面，施工时必须创造条件，严 格执行，一次完成。 2 交通量计算及交通参数分析 依据规范，浏醴高速公路 K14+000K16+000 段，属于公路区划 IV6 区。交通量年增 长率为 8.3%。该地区路线地段基本为低缓丘陵地貌，路基土

3、为粘土质砂。干燥路段路床顶 距地下水位 2.5m， 中湿路段路床顶距地下水位 1m， 当地粗集料主要为砂岩。 由表 5-1 可得： N? th? ? ?th ? ?t? ? h? （1）交通参数分析 根据 公路水泥混凝土路面设计规范 （JTG D40-2011） ，高速公路设计使用年限 30 年， 安全等级一级，可得临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数 ? ?t，年增长率? htt率。 表 1 标准轴载换算次数 车型车轴轴轮数Pi(kN)交通量Nsi 小客 车 前轴1-111.535000.000 后轴1-12335000.000 中客车 SH130 前轴1-116.57000.000 后轴1-2

4、237000.000 大客车 CA50 前轴1-128.77500.000 后轴1-268.27501.643 小货车 BJ130 前轴1-113.5516000.000 后轴1-227.216000.000 中货车 CA50 前轴1-128.78200.000 后轴1-268.28201.796 中货车 EQ140 前轴1-123.78000.000 后轴1-269.28002.212 大货车 JN150 前轴1-1498000.009 后轴1-2101.68001031.310 特大车 日野 KB222 前轴1-150.29500.015 后轴1-2104.39501863.256 拖挂车

5、 五十铃 前轴1-160880.025 后轴3-210088264.000 合计 3164.267 （2）累计标准轴次 ? ? h t ? ? ? hh ? t? ? h? ? ? h t htt率 t? ? hh htt率 ? t? ? ?t ? hh?tt 3 路面结构方案设计及计算 根据设计需求，路基的干燥类型，选择干燥和中湿状态，分别设计 3 种方案，并进行 相关方案的比选。该计算书中所用公式及相关参数均参考公路水泥混凝土路面设计规范 (JTG D40-2011)。 表 2水泥混凝土路面设计方案 路基状态结构层厚度（cm） 干燥 水泥混凝土面层27 密集配沥青碎石（ATB-25）基层1

6、8 级配碎石底基层20 中湿 水泥混凝土面层27 密集配沥青碎石（ATB-25）基层18 级配碎石底基层20 级配砾石垫层15 3.1 干燥状态 （1）初拟路面结构 参照规范，重交通等级高速公路安全等级为一级，变异系数低级。初拟水泥混凝土路 面面层厚度 27cm，基层选用密集配沥青碎石（ATB-25） ，厚度为 18cm；底基层选用级配碎 石，厚度为 20cm。板平面尺寸设计为宽 4.25m、3.75m、3m，长 5m 尺寸的水泥混凝土板， 纵缝为设拉杆平缝；横缝为设传力杆的假缝。 （2）确定材料参数 普通混凝土面层的弯拉强度标准值? ?h?准 ，相应的弯拉弹性模量为? thGPa， 泊松比为

7、? ?th?；基层密集配沥青碎石（ATB-25）回弹模量为? ?MPa，泊松比为 ? ?thh；底基层级配碎石回弹模量为?h? ?MPa；碎石粗集料的混凝土热膨胀系数为 ? hh ? h?/C 。干燥状态，取粘土质砂土基的回弹模量 100 MPa，距地下水位 2.5m 时，湿度调整系数取 0.95，因此得路床顶综合回弹模量? h? ? ?th? ? h?MPa。 计算板底地基综合当量回弹模量： ? ?h ? ? ?/ ?h ? ? ? ? ? ?h ?h ?h ? ?t? ? ?t? ? ?h准 ? h ? ? ?h? ?t? ? ?t?ln ?t ?th? ? ?t ? ? ? ? ? ?

8、h? ?t ? h? ? htt?h准 板底地基综合当量回弹模量?取为 135Mpa 混凝土面层板弯曲刚度?，基层板弯曲刚度?，路面结构总相对刚度半径? 的计算如下： ? ? t h?h? ? ? ? th? ? ?tt h ? ?h? ?th? ? ?t?h? ? ? ? t h?h? ? ? ? ? ? ?thht h ? h ? ?thh ? t?hh? ? ? hth ?t ? ? h/t ? hth ? ?t?t t?h ht? h/t ? ?thh (3)荷载应力 计算标准轴载和极限轴载在临界荷位处产生的荷载应力： ? ht? ? h?t h t ? ? ? ?t? ? ?th ?

9、 ht? ? h?t h t t?h ?t? ? ?thh?t? ?t?h?th? htthh准 ? ht? ? h?t h t ? ? ? ?t? ?th ? ht? ? h?t h t t?h ?t? ? ?thh?t? ?t?h?th? ht?h准 计算面层荷载疲劳应力和面层最大荷载应力： ? ? ?th ? t?h ? hth? ? htth ? tt?h准 ?t准? ? ?th ? hth? ? ht? ? ht?h准 其 中 ： 应 力 折 减 系 数 ? ?th；综合系数? hth?；疲劳应力系数? ? ? ? hh?tt ? h? ?t? t?h (4)温度应力 由规范表查得最

10、大温度梯度取 88/m； 综合温度翘曲应力与内应力的温度应力系数? 计算如下： ? h ? ? t ? ? ?h ? h ?t th? t ?thh ? ?h ? ht?h?准/ ? ? ?t ? h ? ?t? ? t?h ?t?t t?h ? ht?h h ? ?th? ? ? ? ? t ? ? ? t ? ht?h ? ?thh? ?t? ? ?th?t ht?h ? ?th? ?t? ? ?thht ? ?th t ? ? t? ? ? t ? ?thh ? hth ? h ? h h t sinh hth cos hth t cosh hth sin hth cos hth sin

11、 hth t sinh hth cosh hth ? ?th ? ht?th? ? ?thth h ? ? ht ? ?th?t? ?th? ?thth ? h ? ?th ? ?ttht 计算面层最大温度应力： ?t准? ? ? hh ? h? th? ? ?t ? hh ? ?ttht ? ht?h准 计算温度疲劳应力系数： ? ? ?t准? 准? ?t准? ? ? ? ? ?t? ht? ? ?thh ? ht? ?t? httt ? ?t?h ? ?tthh 计算温度疲劳应力： ? ?t准? ?tthh ? ht? ? ?t?h准 (5)结构极限状态校核 根据规范，确定可靠度系数 ?

12、ht?，验证结构极限状态是否满足要求： ?t ? ht? ? tt?t ?t? ? ?t? ? ?t?h准 ?t准?t ?t准? ht? ? ht?t ht? ? tt?h ?t?h准 拟定的由计算厚度0.27m的普通混凝土面层， 厚度为0.18m的密集配沥青碎石 （ATB-25） 基层和厚度为 0.20m 的级配碎石底基层，可以承受计算基准期内荷载应力和温度应力的综 合疲劳作用， 以及最大轴载在最大温度梯度时的一次作用。 取混凝土面层设计厚度为 0.28m。 3.2 中湿状态 （1）初拟路面结构 初拟水泥混凝土路面面层厚度 27cm， 基层选用密集配沥青碎石 （ATB-25） ， 厚度为 1

13、8cm； 级配稳定碎石，厚度为?h=20cm，垫层选用级配砾石，垫层厚度?=15cm，中湿状态，取粘 土质砂土基的回弹模量 100MPa，距地下水位 1m 时湿度调整系数取 0.8，由此得路床顶综 合回弹模量? h? ? ?th ? h?MPa。 （2）确定材料参数 级配砾石垫层回弹模量取?h? hh?h准，其它同干燥方案。 计算板底地基综合当量回弹模量： ? ?h ? ? ?/ ?h ? ? ? ? ? ?h ?h t ? ? ?h t ? ? ?t? ?t ?th? hh? ?t?t ?th? ? ?hth准 ? h ? ? ?ht ? ?tt? ? ?t?ln ?t ?th? ? ?t?

14、h ? ? ? ? ? ?ht h? ?t?h ? h? ? h?t?h准 板底地基综合当量回弹模量?取为 140Mpa 混凝土面层板弯曲刚度?，基层板弯曲刚度?，路面结构总相对刚度半径? 的计算如下： ? ? t h?h? ? ? ? th? ? ?tt h ? ?h? ?th? ? ?t?h? ? ? ? t h?h? ? ? ? ? ? ?thht h ? h ? ?thh ? t?hh? ? ? hth ?t ? ? h/t ? hth ? ?t?t t?h h? h/t ? ?thhh (3)荷载应力 计算标准轴载和极限轴载在临界荷位处产生的荷载应力： ? ht? ? h?t h t ? ? ? ?t? ? ?th ? ht? ? h?t h t t?h ?t? ? ?thhh?t? ?t?h?th? htth准 ? ht? ? h?t h t ? ? ? ?t? ?th ? ht? ? h?t h t t?h ?t? ? ?thhh?t? ?t?h?th? htthh准 计算面层荷载疲劳应力和面层最大荷