主线收费站水泥混凝土路面结构计算书(28+20+20)

1．交通分析：
由计算得到设计基准期内设计通车标准，荷载累计作用次数为N e =1800×104次，属重交通等级。

设计荷载为S P =100KN ，最终轴载为m P =190KN 。

2．初拟路面结构：
本路面设计基准期为30年，根据高速公路重载交通荷载等级和低变异水平等级，初拟普通混凝土面层厚度(c h )27cm 。

基层选用水泥稳定砂砾，厚度为(b h )20cm ，垫层厚度为(1h )20cm 天然砂砾，普通混凝土板的平面尺寸为宽4.4m ，长4.5m 。

3．路面材料参数确定：
按表3.0.8和附录E.0.3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值(r f )为5.0Mpa ，相应弯拉弹性模量标准值为(c E )31Gpa ，泊松比为（c ν）0.15。

粗集料的线弹性模量为c α=10×10-6
/℃ 。

路基回弹模量(O E )为60 Mpa 。

查附录E.0.2，水泥稳定砂砾基层弹性摸量 (b E )取2000 Mpa ，泊松比为（b ν）0.20。

天然砂砾回弹摸量为(1E )120 Mpa ，泊松比为（1ν）0.35。

按式（B.2.4-1）~（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量如下：
n
22i=1
11n 2
21
i=1
()
120()i
i X i
h
E h E E Mpa h h
⋅⋅=
==∑∑ 11
0.2n
x i i h h h m ====∑（）
0.26()0.860.26(0.20)0.860.442x In h In α=+=⨯+=
0.442
0120×6081.5Mpa 60X t O E E E E α
⎛⎫⎛⎫
=== ⎪ ⎪
⎝⎭⎝⎭
（）
板底地基综合回弹模量t E 取为80Mpa 。

混凝土面层板的弯曲刚度c D [式（B.2.2-3）]、半刚性基层板的弯曲刚度b D [式（B.4.1-2）]、路面结构总
刚度半径g r [式（B.4.1-3）]为：
33
22
31000.27==52.0MN 12(1)12(10.15)
c c
c c E h D ν⨯=--（.m ） 3
3
2
220000.20==1.39MN 12(1)12(10.20)
b b b b E h D ν⨯=--（.m ） 混凝土面层相对刚度半径为
1/31/3
52.0 1.391.21() 1.21() 1.058()80
c b g t D D r m E ++==⨯=
4．荷载应力：
按式（B.4.1-1），标准轴载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力为
33
0.6520.940.6520.941.4510 1.4510P 1.0580.27100 1.524()1.391/152.0ps
g c s b c
r h Mpa D D σ----⨯⨯=⋅=⨯⨯⨯=++
330.6520.940.6520.941.4510 1.4510P 1.0580.27190 2.786()1.391/152.0
pm
g c m b c
r h Mpa D D σ----⨯⨯=⋅=⨯⨯⨯=++
按式（B.2.1）计算面层疲劳应力，按式（B.2.6）计算面层最大荷载应力。

0.87 2.591 1.15 1.524 3.951()pr r f c ps k k k Mpa σσ==⨯⨯⨯= ,max 0.87 1.15 2.786 2.788()p r c pm k k Mpa σσ==⨯⨯=
其中：
应力折减系数 0.87r k =（B.2.1条）； 综合系数 1.15c k =（B.2.1条）；
疲劳应力系数 40.057(180010) 2.591f e k N λ==⨯= 5．温度应力：
由表3.0.10，最大温度梯度87g T =℃/m 。

按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数L B 。

11110.270.20()()4599.4(/)22310002000
c b n c b h h k MPa m E E --=+=⨯+=
1/4
1452 1.39())0.131()()(52 1.39)4599.4c b c b n D D r m D D k β⎡⎤⨯===⎢⎥
++⨯⎣⎦
43
43
4343()(4599.4 1.05852)0.1310.214()(4599.40.13152) 1.058n g c n c g k r D r k r D r ββξ-⨯-⨯=-=-=-⨯-⨯
4.5 1.418()33 1.058
g L t Mpa r =
==⨯ L 1sinh cos cosh sin 1sinh(1.418)cos(1.418)cosh(1.418)sin(1.418)
C 1()1()0.540
1cos sin sinh cosh 10.214cos(1.418)sin(1.418)sinh(1.418)cosh(1.418)
t t t t t t t t ξ++=-=-=++++ 4.48
4.480.27
L B 1.770.131(1) 1.770.5400.131(10.540)0.225
c h L L e C C e --⨯=-
-=
⨯⨯
-⨯-= 按式（B.3.2）计算面层最大温度应力：
6,max 1010310000.2787
0.2250.819()2
2
c c c g
t L E H T B MPa ασ-⨯⨯⨯⨯=
=⨯=
温度疲劳应力系数t k ，按式（B.3.4）计算：
,max 1.382,max 5.00.819()0.837()0.0380.1870.819 5.0t t b r t t t t r f k a c f σσ⎡⎤⎡⎤
=
-=⨯⨯-=⎢⎥⎢⎥⎣
⎦⎣⎦ 按式（B.3.1）计算温度疲劳应力：
,max 0.1870.8190.154()tr t t k MPa σσ==⨯=
6．结构极限状态较核：
查表3.0.4，高速安全等级，低变异水平下，可靠度系数r γ取1.21.按式（3.0.4-1）和式（3.0.4-2）校核路面结构极限状态是否满足要求:
() 1.21(3.9510.154) 4.967 5.0r pr tr r f MPa γσσ+=⨯+=≤=
max ,max () 1.21(2.7880.819) 4.364 5.0r p t r f MPa γσσ+=⨯+=≤=，
拟定的由计算厚度0.27m 的普通混凝土路面、厚度0.20m 的水泥稳定粒料基层和厚度0.20m 的天然砂砾底基层组合而成的路面结构满足要求，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的疲劳作用，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。

由4.5.3条，依据设计厚度考虑6mm 磨耗层后，按10mm 向上取整，混凝土面层设计厚度采用0.28m 。

最终路面结构为：28cm(普通混凝土面层)+20 cm(水泥稳定砂砾基层) +20cm(天然砂砾底基层)。