道路结构设计计算书

道路结构设计计算书
1、累计当量轴数计算
根据《城市道路设计规范》（CJJ 37-90），路面结构达到临界状态的设计年限：沥青混凝土路面的设计年限为15年；交通等级为重，设计初期设计车道的日标准轴载的轴数500n/d≤N li≤1500n/d，取N li=1400n/d；γ=15%。

设计年限内设计车道上标准轴载累计数：
N=365N li[（1+γ）t-1]/γ=
15
.0
]1 15
.0
1
[
1400
36515-
+
⨯
⨯）
（=24313590次
2、结构组合与材料选取
由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为2400 万次左右，根据规范推荐结构并考虑道路实际使用情况，路面结构层采用沥青混凝土（18cm）、基层采用二灰结石（30cm）、底基层采用二灰土（厚度待定）。

规范规定城市次干道的面层由二至三层组成，查规范，采用三层沥青面层，表面层采用细粒式沥青混凝土（厚4cm），中间层采用中粒式沥青混凝土（厚6cm），下面层采用粗粒式沥青混凝土（厚7cm）。

3、各层材料的抗压模量与劈裂强度
查有关资料的表格得各层材料抗压模量（20℃）与劈裂强度
4cm A 沥青玛蹄脂碎石混合料1600 6cm B 中粒式沥青混凝土AC-20 1200 7cm C 粗粒式沥青混凝土AC-25
1000 30cm D 二灰结石 1500 ？ E 二灰土 750
土基
30
4、土基回弹模量的确定
该路段处于Ⅳ1区，为粘质土，路基处理后稠度为1.00，查相关表的土基回弹模量为30.0Mpa 。

5、设计指标的确定
对于城市次干路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力的验算。

a)设计弯沉值
对于城市次干路，公路等级系数A c =1.1; 面层是沥青混凝土，面层类型系数A s =1.0; 对半刚性基层，基层类型系数A b =1.0。

路面设计弯沉值为：
L d =600N e -0.2A c ·A s ·A b =600×24000000-0.2×1.1×1.0×1.0=22.1（0.01mm ）
b)各层材料的容许层底拉应力
σR =
s
S
K ①细粒式沥青混凝土AC-13
K s =0.09·N e 0.22/A c =0.09×240000000.22/1.1=3.44
σR =
s
S
K σ=1.7/3.44=0.494Mpa ②中粒式沥青混凝土AC-20
K s =0.09·N e 0.22/A c =0.09×240000000.22/1.1=3.44 σR =
s
S
K σ=1.0/3.44=0.29Mpa ③粗粒式沥青混凝土AC-25
K s =0.09·N e 0.22/A c =0.09×24000000.22/1.1=3.44 σR =
s
S
K σ=0.8/3.44=0.23Mpa ④二灰结石
K s =0.35N e 0.11/A c =0.35×240000000.11/1.1=2.06 σR =
s
S
K σ=0.65/2.06=0.32Mpa ⑤二灰土
K s =0.45N e 0.11/A c =0.45×240000000.11/1.1=2.65 σR =
s
S
K σ=0.25/2.65=0.09Mpa 6 设计资料总结
设计弯沉值为22.1（0.01mm ），相关资料汇总如下表：
材料名称 结构层厚度（cm ）
20℃抗压模量（Mpa ）
容许层底拉应力（Mpa ）
细粒式沥青混凝土
AC-13 4 1600 0.494 中粒式沥青混凝土
AC-20 6 1200 0.29 粗粒式沥青混凝土
AC-25
7 1000 0.23 二灰结石 30 1500 0.32 二灰土
？
750
0.09
7、确定二灰土层厚度（换算成三层体系）
h 1=4cm E 1=1400Mpa → h 1=4cm E 1=1600Mpa h 1=6cm E 2=1200Mpa h 1=7cm E 3=1000Mpa
h 1=30cm E 4=1500Mpa H=? E 2=1200Mpa h 1=? E 5=750Mpa
E 0=30Mpa E 0=30Mpa 路表容许回弹弯沉值
L R =[l ]=1.1αr αs / N 0.2=1.1×1.2×1.0/240000000.2=0.044cm 路表回弹弯沉综合修正系数
F =A F 38.002⎥⎦⎤⎢⎣⎡δP E L R =φ1=1.47（[l ] E n /（2p t
r ））0.38
=1.47×38
.065.107.0230044.0⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=0.585
αL =F
P E L d δ21=αn 1n 2=585.065.107.021400022.0⨯⨯⨯⨯=3.531
h=h 1=4cm E 1=1400Mpa H=H 2+4
.22
1
3E E h k
n k k ∑-= E 2=1200Mpa
⎩⎨
⎧====86.01400/1200/38
.065.10/4/12E E h δ ∴查表得α=6.3 ⎩⎨
⎧====025
.01200/30/38
.065.10/4/2E E h n δ ∴查表得K 1=1.52 ∴K 2=1K L αα=52
.13.6531
.3⨯=0.369
∴查表得：δ
H
=5.6
∴H=6.5δ=6.5×10.65=59.64cm
根据H=H 2+4
.22
1
3
E E h k
n k k ∑-= 69.22=6+7×4
.212001000+30×4.212001500+ h 14.21200
750
∴h 1=17.307cm 取h 1=18cm 8 弯拉应力验算
A 点 细粒式沥青混凝土层底
h 1=4cm E 1=1400Mpa → h=4cm E 1=1400Mpa h 1=6cm E 2=1200Mpa h 1=8cm E 3=1000Mpa
h 1=30cm E 4=1500Mpa H=? E 2=1200Mpa h 1=18cm E 5=750Mpa
E 0=30Mpa E 0=30Mpa H=9
.01
1
2+-=∑i k n k k E E h =6+8×9.012001000+30×9.012001500+18×9.01200750
=60.835cm
h/δ=4/10.65=0.38 E 2/E 1=0.86 E 0/E 2=0.025
查图得σa = -0.188MPa 为压应力，不需验算。

B 点 中粒式沥青混凝土层底
h 1=4cm E 1=1400Mpa h=？ E 1=1200Mpa h 1=6cm E 2=1200Mpa h 1=7cm E 3=1000Mpa
h 1=30cm E 4=1500Mpa H=? E 2=1000Mpa h 1=18cm E 5=750Mpa
E 0=30Mpa E 0=30Mpa h=4
1i
k i
k k E E h ∑==4×412001400+6=10.16cm
H=7+30×9
.010001500+18×9.01000
750=67.149cm h/δ=10.16/10.65=0.95 E 2/E 1=1000/1200=0.83 E 0/E 2=30/1000=0.03 查图得σa = -0.019MPa 为压应力，不需验算。

C 点 粗粒式沥青混凝土层底
h 1=4cm E 1=1400Mpa h=？ E 1=1000Mpa
h 1=6cm E 2=1200Mpa h 1=7cm E 3=1000Mpa
h 1=30cm E 4=1500Mpa H=? E 2=1500Mpa h 1=18cm E 5=750Mpa
E 0=30Mpa E 0=30Mpa h=4
1i
k i
k k E E h ∑==4×410001400+6×410001200+7=17.631cm
H=30+18×9.01500
750
=38.33cm h/δ=18.63/10.65=1.655 E 2/E 1=1500/1200=1.5 E 0/E 2=30/1500=0.02 查图得σa = -0.033MPa 为压应力，不需验算。

D 点 二灰结石层底
h 1=4cm E 1=1400Mpa h=？ E 1=1500Mpa h 1=6cm E 2=1200Mpa h 1=7cm E 3=1000Mpa h 1=30cm E 4=1500Mpa
h 1=18cm E 5=750Mpa → H=? E 2=750Mpa E 0=30Mpa E 0=30Mpa h=4
1i
k i
k k E E h ∑==4×415001400+6×415001200+7×415001000+30=46.065cm
H=28cm
h/δ=46.065/10.65=4.33 E 2/E 1=750/1500=0.5 E 0/E 2=30/750=0.04 查图得σa = 0.074Mpa ＜R σ=0.32Mpa E 点 二灰土层底
h 1=4cm E 1=1400Mpa h=？ E 1=1500Mpa h 1=6cm E 2=1200Mpa h 1=8cm E 3=1000Mpa h 1=30cm E 4=1500Mpa
h 1=28cm E 5=750Mpa → H=? E 2=750Mpa E 0=30Mpa E 0=30Mpa h=4
1i
k i
k k E E h ∑==4×415001400+6×415001200+7×415001000+30=46.065cm
H=28cm
h/δ=46.065/10.65=4.33 E 2/E 1=750/1500=0.5 E 0/E 2=30/750=0.04 查图得σa =0.07Mpa ＜R σ=0.09Mpa
9、确定剪应力和抗剪强度 1、路面结构等效换算
h=h 1=4cm H=h 2+h 3
4
.22
3
E E +h 4
4
.22
4
E E +h 5
4
.22
5
E E =6+7×4
.21200
1000
+30×4
.21200
1500
+18×4
.21200
750
=60.21cm 计算剪应力和正应力
由h/δ=4/10.65=0.376，E 2/E 1=1200/1400=0.857，E 0/E 2=30/1200=0.025， H/δ=69.36/10.65=6.512
查图得)3.0(τλ'=0.427，γ1=0.855，γ2=1.133 查图得)3.0(λ'=1.125，ρ1=1.046，ρ2=0.97
因而得f=0.3时
)3.0(m τ=p )3.0(τλ'1γ2γ=0.7×0.427×0.855×1.133=0.29Mpa
)3.0(1σ=p )3.0(λ'1ρ2ρ=0.7×1.125×1.046×0.97=0.8Mpa
缓慢制动时：
)2.0(m τ=)3.0(m τ+1.3（f-0.3）p=0.29+1.3×（0.2-0.3）×0.7=0.2Mpa
)2.0(1σ=)3.0(1σ+0.46（f-0.3）p=0.8+0.46×（0.2-0.3）×0.7=0.77Mpa
已知沥青混凝土面层c=0.2Mpa ，ϕ=37°，则 ατ=m τcos ϕ=0.2×cos37°=0.16Mpa
ασ=1σ-m τ（1+sin ϕ）=0.77-0.2×（1+sin37°）=0.45Mpa ∴τ=c+ασtg ϕ=0.2+0.45×tg37°=0.54Mpa
紧急制动时：
)5.0(m τ=)3.0(m τ+1.3（f-0.3）p=0.29+1.3×（0.5-0.3）×0.7=0.47Mpa
)5.0(1σ=)3.0(1σ+0.46（f-0.3）p=0.8+0.46×（0.5-0.3）×0.7=0.86Mpa ατ=m τcos ϕ=0.47×cos37°=0.38Mpa
ασ=1σ-m τ（1+sin ϕ）=0.86-0.47×（1+sin37°）=0.11Mpa ∴τ=c+ασtg ϕ=0.2+0.11×tg37°=0.28Mpa
2、确定容许剪应力
交叉口在设计年限内的停车标准轴数现按设计年限内设计车道上标准轴载累计数的8%计，即N T =0.08×24000000×（1+0.15）15=15623158次。

则缓慢制动时：
K v （0.2）=0.33×N T 0.15/A c =0.33×156231580.15/1.2=3.3（中、小城市次干路A c =1.2）
R τ=
)2.0(v K τ=3.354.0=0.16Mpa 紧急制动时：
K v （0.5）=c A 2.1=2.12
.1=1
R τ=
)
5.0(v K τ=128.0=0.28Mpa 3、验算剪应力
对于缓慢制动时：ατ=0.16Mpa=R τ=0.16Mpa 对于紧急制动时：ατ=0.38Mpa ＞R τ=0.28Mpa
显然，后一种情况（紧急制动时），不满足抗剪强度要求。

为满足这一要求，可改变混合料组成设计或采用质量较好的沥青。

文本仅供参考，感谢下载！
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