水泥混凝土路面结构计算讲义
水泥混凝土路面结构构造设计详解
2R P l ) Kl 2
第三节 水泥路面的应力分析
5）威斯特卡德公式的试验修正公式
• ①角隅修正
威氏公式是理论推导得来的，与实际情况有出入。美国1930年在阿灵顿进行了 试验路，对公式进行了修正。
板体与地基紧密接触时，不修正，理论值近似于实测值； 板底脱空时，实测比计算大30%~50%，需修正，Kelly提出板角修正式:
– 公式左边三项分别代表：可靠度系数、荷载疲劳应力
第四节 路面结构的可靠度
◆8、水泥混凝土路面可靠度的概念
NR : 路面结构的疲劳寿命 Ne : 设计年限内累计当量标准轴载
f Ne
f NR
Ne
NR
干涉区
第五节 水泥路面的设计参数
➢1、设计基准期、目标可靠度和目标可靠度指标
➢2、面板与基层间的摩阻系数
第一节 水泥路面设计概述
◆4、水泥路面的轴载换算与交通分级
➢1）水泥路面的标准轴载及轴载换算
单轴双轮组－100kN
NNee
336655NNs [s1[1
t
t1]1]
公路等级
高速公路、一级公路
二级、三级、四级公路
行车道宽>7m 行车道宽≤7m
纵缝边缘处（临界荷位） 0.17~0.22 0.34~0.39 0.54~0.62
➢ 3）水泥路面的设计标准
✓①结构承载能力
控制板不出现断裂，要求荷载应力与温度应力的疲劳 综合作用满足材料的设计抗拉强度：
即：
✓②行驶舒适性
控制错台量，要求设置传力杆（基层及结构布置满 足）
✓③稳定耐久性
第一节 水泥路面设计概述
◆3、水泥路面结构设计的主要内容
1）路面结构层组合设计； 2）混凝土路面板厚度设计； 3）混凝土面板的平面尺寸与接缝设计 4）路肩设计； 5）混凝土路面的钢筋配筋率设计
水泥混凝土路面应力分析及设计计算PPT课件
极重
特重
重
-
高速
一级
二级 高速
一级
二级
低
低
中
低中 低
中低中
≥320 320~280 300~260
280~240
270~230 260~220
二级
中等 三、四级
三、四级
轻 三、四级
高
中
高
中
高
中
250~220
240~210
230~200
220~190 210~180
4. 路面表面构造应采用刻槽、压槽、拉槽或拉毛等方法 制作。
从保证路面结构承载能力的角度，混凝土路面结构设计应以 防止面层板断裂为主要设计标准；从保证汽车行驶性能的角度 ，应严格控制接缝两侧的错台量。
混凝土路面板的疲劳破坏不仅与荷载重复次数有关，而且与 温度周期性变化产生的温度翘曲应力重复作用有关。
路面板防止两种因素综合作用产生的疲劳开裂，必须使荷载 疲劳应力(σp)与温度疲劳翘曲应力(σt)和不超过混凝土的抗弯拉 强度(fcm)，即
垫层的宽应与路基同宽，其最小厚度为150mm。 防冻垫层和排水垫层宜采用砂、砂砾等颗粒材料。 半刚性垫层可采用低剂量无机结合料稳定粒料或土。
四、路基
路基应稳定、密实、均质，对路面结构提供均匀的支承。
注意事项：
高液限粘土及含有机质细粒土，不能用做高速公路和 一级公路的路床填料或二级和二级以下公路和上路床 填料；
2. 翘曲应力
1) 当气温变化较快时，板顶面与底面产生温度差，胀缩变形 大小也就不同。
2) 当气温升高时，板顶面温度较其底面高，板顶膨胀变形较 板底的大，则板中部隆起；当气温下降时，板顶面温度较其 底面板低，板顶收缩变形较板底大。
水泥混凝土路面计算
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: 四级公路变异水平的等级: 中级可靠度系数: 1.04面层类型: 普通混凝土面层设计轴载100 kN最重轴载150 kN路面的设计基准期: 10 年设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数: 8000路面承受的交通荷载等级:轻交通荷载等级混凝土弯拉强度 4.5 MPa 混凝土弹性模量29000 MPa 混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划Ⅳ面层最大温度梯度86 ℃/m 接缝应力折减系数.87混凝土线膨胀系数10 10-6/℃基(垫)层类型----新建公路路基上修筑的基(垫)层层位基（垫）层材料名称厚度(mm) 材料模量(MPa)1 水泥稳定粒料150 17002 级配砾石200 3003 级配砾石200 2504 新建路基30板底地基当量回弹模量ET= 115 MPa中间计算结果: ( 下列符号的意义请参看“程序使用说明”)HB= 200 DC= 19.78 DB= .5 RG= .679 SPS= 2.085 SPM= 3.053 SPR= 3.03 SPMAX= 2.66 CL= 1.019 BL= .739 STMAX= 1.84 KT= .49 STR= .9 SCR= 3.93 GSCR= 4.09 RE=-9.11 % SCM= 4.5 GSCM= 4.68 REM= 4 %HB= 205 DC= 21.3 DB= .5 RG= .695 SPS= 2.019 SPM= 2.955 SPR= 2.93 SPMAX= 2.57 CL= 1.008 BL= .713 STMAX= 1.82 KT= .48 STR= .87 SCR= 3.8 GSCR= 3.95 RE=-12.22 % SCM= 4.39 GSCM= 4.57 REM= 1.56 %HB= 207 DC= 21.93 DB= .5 RG= .702SPS= 1.994 SPM= 2.919 SPR= 2.9 SPMAX= 2.54CL= 1.002 BL= .702 STMAX= 1.81 KT= .48STR= .87 SCR= 3.77 GSCR= 3.92 RE=-12.89 % SCM= 4.35 GSCM= 4.52 REM= .44 %HB= 209 DC= 22.57 DB= .5 RG= .708SPS= 1.968 SPM= 2.881 SPR= 2.86 SPMAX= 2.51CL= .997 BL= .691 STMAX= 1.8 KT= .48STR= .86 SCR= 3.72 GSCR= 3.87 RE=-14 %SCM= 4.31 GSCM= 4.48 REM=-.44 %混凝土面层荷载疲劳应力: 2.86 MPa混凝土面层温度疲劳应力: .86 MPa考虑可靠度系数后混凝土面层综合疲劳应力: 3.87 MPa （小于或等于面层混凝土弯拉强度）混凝土面层最大荷载应力: 2.51 MPa混凝土面层最大温度应力: 1.8 MPa考虑可靠度系数后混凝土面层最大综合应力: 4.48 MPa （小于或等于面层混凝土弯拉强度）满足路面结构极限状态要求的混凝土面层设计厚度: 199 mm通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下:---------------------------------------普通混凝土面层200 mm---------------------------------------水泥稳定粒料150 mm---------------------------------------级配砾石200 mm---------------------------------------级配砾石200 mm---------------------------------------新建路基。
第十二章水泥混凝土路面结构设计课件
70~1 1 0
潮湿路
低、中、高液限 粘土
40~60
50~70
60~9 0
75~1 2 0
➢ 段水文地粉土质中、条液粉件限质粘不低土、良的4土5~7质0 路5堑5~8，0 路70床~10土湿80度~13 较大时，应设置排水垫
层；
0
0
➢ 对路基可能产生不均匀沉降或不均匀变形时，可加设半刚性垫层。
➢ 垫层的宽度应与路基同宽，其最小厚度为150 mm。
第四节 接缝构造设计
➢ 水泥混凝土面层需设置各种类型的接缝，把面层划分为较小 尺寸的板，以减少伸缩变形和挠曲变形受到约束而产生的内 应力，并满足施工的需要。
➢ 接缝的设计要能实现以下三方面的要求： ①控制温度收缩应力和翘曲应力所引起的裂缝出现的位置； ②通过接缝能提供一定的荷载传递能力； ③防止坚硬的杂物落入接缝缝隙内和路表水的渗入。
高 240~210
中
高
230~200
中
高
220~200 ≤230
中 ≤220
构造深度在使用初期应满足下表12-3的要求。
各级公路水泥混凝土面层的表面构造深度（mm）要求 表12—3
道路 等级
高速公路、一级公路 二、三、四级公路 和城市快速路、主干 和城市次干道、支路
道
一般 路段
特殊 路段
0.70~1.10 0.80~1.20
图12-5浅槽口构造(尺寸单位: mm)
由于缩缝缝隙下面板断裂面凹凸不平，能起一定的
传荷作用，一般不必设置传力杆，但对特重和重交
通道路、收费广场、地质水文条件不良路段以及邻
近胀
缝或自由端部的3条缩缝，应在板厚中
央设置传力杆，
横向缩缝构造(尺寸单位: mm) a)设传力杆假缝型;b)不设传力杆假缝型
农村公路水泥混凝土路面结构计算与分析
农村公路水泥混凝土路面结构计算与分析农村公路的水泥混凝土路面结构设计和分析是确保农村公路的承载能力和耐久性的重要环节。
在进行路面结构计算和分析时，需考虑交通量、车辆类型、气候条件、地质条件等多个因素，并根据实际情况进行合理的设计。
下面将详细介绍水泥混凝土路面结构的计算和分析方法。
水泥混凝土路面结构通常由多层结构组成，包括基层、底基层、底面层和面层。
基层一般采用黏土、砂土等材料，底基层采用砾石或砂石料，底面层采用碎石。
在进行计算和分析时，首先需确定路面的可承受车辆荷载。
根据农村公路的交通量和车辆类型，可以确定设计车辆荷载。
常用的设计车辆荷载有ESAL（等效单轴集中荷载）和EAL（等效轴重）。
ESAL是以标准轴重为基础，根据交通量和车辆类型计算得到的等效单轴集中荷载。
EAL是以标准轴重为基础，根据轴数和轴距计算得到的等效轴重。
然后需要进行路面结构的厚度计算。
根据设计车辆荷载和材料特性，可以通过结构设计方法计算出每个结构层的厚度。
常用的计算方法有SN （结构系数）法和美国AASHTO法。
SN法根据路面结构层的材料特性、路面结构层数和设计车辆荷载，结合结构层之间的相互作用，计算出每个结构层的最佳厚度。
AASHTO法根据路面结构层的材料强度、设计车辆荷载和自然环境等条件，以最小化经济投资和最大化使用寿命为目标，确定每个结构层的厚度。
完成厚度计算后，还需进行路面结构的应力分析。
应力分析是评估路面结构的承载能力和稳定性的关键步骤。
通过应力分析，可以确定各个结构层的应力情况，以及各层之间的剪应力和压应力。
常用的应力分析方法有计算机模拟分析和试验方法。
计算机模拟分析是通过建立数学模型和应力分析软件，模拟车辆荷载对路面结构的作用，计算出各个结构层的应力情况。
试验方法是在实际路面上进行荷载试验，通过检测路面应变情况，计算出路面结构的应力分布。
最后，还需考虑路面结构的耐久性和防水性能。
水泥混凝土路面结构在使用过程中，会受到车辆荷载、温度变化和水分侵害等影响，因此需要进行耐久性和防水性能的评估。
普通水泥混凝土路面计算书
水泥混凝土路面厚度计算书一、原始资料公路自然区划：Ⅳ区公路等级：三级公路路基土质：粘质土路面宽度(m)： 6.5初期标准轴载：122交通量平均增长： 5板块厚度(m)：0.23基层厚度(m)：0.22垫层厚度(m)：0.15板块宽度(m)： 3.25板块长度(m)： 4路基回弹模量：30基层回弹模量：1300垫层回弹模量：600基层材料性质：刚性和半刚性纵缝形式：设拉杆企口缝温度应力系数： 3.25计算类型：普通水泥混凝土路面厚度计算二、交通分析根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P6表3.0.1《可靠度设计标准》，本道路的等级为三级公路，故设计基准期为20年，安全等级为四级。
由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P38表A.2.2《车辆轮迹横向分布系数》，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.62。
，交通量的年增长率为4%。
按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P38公式A.2.2计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：Ne=Ns*[(1+gr)^t-1]*365*η/gr=912904.7次按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P7表3.0.5《交通分级》可确定轴载等级为：中等交通等级。
三、初拟路面结构初拟水泥混凝土路面厚度为：0.23m，基层选用刚性和半刚性材料，厚度为0.22m，垫层厚度为0.15m。
水泥混凝土面板长度为：4m，宽度为3.25m。
纵缝为设拉杆企口缝。
四、路面材料参数确定按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P8表3.0.6《混凝土弯拉强度标准值》可确定混凝土弯拉强度标准值为：4.5MPa。
根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P53表 F.3《水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值》可确定弯拉弹性模量为29000MPa。
路基回弹模量选用：30MPa。
基层回弹模量选用1300MPa。
水泥混凝土路面结构厚度计算
水泥混凝土路面结构厚度计算设计内容：新建单层水泥混凝土路面设计公路等级：一级公路变异水平的等级：低级可靠度系数：1.16面层类型：普通混凝土面层1.交通荷载分析序号路面行驶前轴数前轴重后轴数后轴重拖挂部分拖挂部分交通量车辆名称(kN)(kN)的轴数轴重(kN)1标准轴载001100007602序号分段时间(年)交通量年增长率15 4.92106.6 6354.0 2410 3.5行驶方向分配系数.5轮迹横向分布系数.22设计轴载100kN最重轴载180kN路面的设计基准期：30年设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数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5MPa31000MPa混凝土面层板长度5m面层最大温度梯度88C/m数.87混凝土线膨胀系数710-6/C 车道分配系数.51.071584E+07混凝土弹性模量地区公路自然区划IV接缝应力折减系基（垫）层类型----新建公路路基上修筑的基（垫）层2.路面结构参数普通混凝土面层，0.26m,31000MPa水泥稳定碎石上基层,0.18m,1500MPa水泥稳定碎石下基层,0.18m,1300MPa级配碎石底基层,~~0.2m,300MPa土基,60MPa图1路面结构层示意图一级公路的安全等级为一级，根据实际的施工水平，变异水平取低。
施工时水泥混凝土弯拉强度、弯拉弹性模量的施工控制上限为0.1；基层顶面当量回弹模量的施工控制上限为0.25;水泥混凝土面层厚度的施工控制上限为0.04。
按表3.0.8和附录E.0.3-1,面层普通混凝土的弯拉强度标准值为5MPa相应的弯拉弹性模量标准值为31000Mpa泊松比为0.15。
查表E.0.3-2石灰岩粗集料混凝土的系膨胀系数%c=7x10-6/C o查附录 E.0.2-2,水泥稳定碎石上基层的弹性模量取1700Mpa水泥稳定碎石下基层的弹性模量取1300Mpa泊松比取0.2,查表E.0.2-1级配碎石底基层回弹模量取300Mpa泊松比取0.35。
水泥混凝土路面计算书
혀t혀准
혀혀 th‹ hth ht㤶 ht㤶 h혀准
其中：应力折减系数
th‹；综合系数 hth ；疲劳应力系数
hh tt h 㤶 t ‹ t h (4)温度应力
由规范表查得最大温度梯度取 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‹
thh h
th t 㤶
（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
t혀准
tthh ht
t h혀准
根据规范，确定可靠度系数γ ht ，验证结构极限状态是否满足要求：
혀t
ht tt㤶 t t
t≤
t h혀准
혀t혀准 t t혀准
ht
ht㤶 t ht
tt h ≤ t h혀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）
路基状态 干燥
中湿
表2
水泥混凝土路面设计方案
结构层
厚度（cm）
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
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
水泥混凝土路面的设计计算
水泥混凝土路面的设计计算1.路面设计荷载计算设计荷载是路面结构设计的基础，需要考虑到车辆轴载、重车通行频次等因素。
根据不同的道路类型和交通量，可以选择不同的设计荷载标准，例如一般道路设计荷载为60kN，高速公路为100kN。
设计荷载可以根据实际情况确定。
2.路面厚度计算路面结构的主要功能是为交通提供平整、安全的行车路面，要求路面具有一定的厚度，能够承受车辆荷载并分散到下层土体中。
根据路面结构和荷载情况，可以采用不同的厚度设计方法进行计算。
例如根据美国AASHTO设计方法，可以根据车辆荷载和所需寿命确定路面厚度。
3.路面材料特性选择水泥混凝土路面中的材料包括水泥、骨料、沙子和水。
这些材料的选择要考虑到路面的承载能力、耐久性以及施工工艺等因素。
例如，水泥的选择要考虑到其强度等级和早期强度发展特性；骨料的选择要考虑到颗粒大小、形状等因素。
4.路面结构设计水泥混凝土路面的结构设计包括基层、底基层、面层等组成。
基层的作用是分散荷载到下层土体中，可以采用砾石、碎石或者碎石混凝土进行铺设。
底基层是为了提供路面的平整度和耐久性，可以采用砂砾混凝土进行铺设。
面层是水泥混凝土路面的承载层，要求具有较高的强度和平整度。
5.路面施工工艺设计水泥混凝土路面的施工工艺设计包括路面准备、铺设和养护等步骤。
路面准备包括路基处理、基层铺设和底基层施工等；铺设包括制浆、铺浆、振捣和压光等；养护包括初始养护和维护养护等。
施工工艺需要根据路面结构和材料特性进行合理设计，确保路面质量。
水泥路面结构计算书
方案一假定路基为干燥状态（1）初拟路面结构由表3.0.1，相应于安全等级一级的变异水平等级为低级。
根据高速公路、重交通等级和低级变异水平等级，初拟普通混凝土面层厚度为h c = 0.27m 。
基层选用水泥稳定碎石厚h b = 0.18m ，底基层为h 1= 0.18m 的级配碎石，面层与基层之间采用PA-1做封层。
普通混凝土板的平面尺寸为3.75m ，长5m 。
纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。
（2） 材料参数的确定混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量按表3.0.8，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值 f r = 5.0MPa ，相应弯拉弹性模量标准值和泊松比为31GPa 和0.15 ，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数取0./℃。
土基的回弹模量参照《公路水泥混凝土路面设计规范》附录，路基回弹模量取80MPa 湿度调整系数取0.95，综合回弹模量为80×0.95=76MPa ， 查附录F.2，水泥稳定碎石基层回弹模量取2000MPa ，泊松比取0.2，级配碎石底基层回弹模量取220MPa ，泊松比取0.3。
（3）板底地基综合回弹模量21121220x h E E MPa h == 10.18x h h m ==0.26ln(h )0.860.26ln(0.18)0.860.414x α=+=+=0.41400220()()7611876x t E E E MPa E α==⨯= 板底地基综合回弹模量t E 取118MPa混凝土面层板的弯曲刚度D c ，半刚性基层板的弯曲刚度D b ,路面结构总相对刚度半径r g 为：3322310000.2752.12(1)12(10.15)c c c c E h D MN m ν⨯===-⨯-33122120000.18 1.0.12(1)12(10.2)b b b b E h D MN m ν⨯===-⨯- 331122212200.180.1.12(1)12(10.3)b E h D MN m ν⨯===-⨯- 12 1.00.1 1.1.b b b D D D MN m =+=+=52 1.11181.21() 1.21()0.927m b t D D g E r ++==⨯=（4）荷载应力标准轴载和极限荷载在临界荷载位处产生的荷载应力为：0.6520.940.6520.940.0001450.0001450.9270.27100 1.411.11152ps g c s bcr h p MPa D D σ--==⨯⨯⨯=++ 0.6520.940.6520.940.0001450.0001450.9270.27180 1.461.11152pm g c pm bc r h p MPa D D σ--==⨯⨯⨯=++ 计算面层荷载疲劳应力和最大荷载应力为：0.87 1.10 2.592 1.41 3.64pr r f c ps k k k MPa σσ==⨯⨯⨯=max 0.87 1.10 1.46 1.46p r c pm k k MPa σσ==⨯⨯=其中应力折减系数0.87r k =；综合系数 1.10c k =：疲劳应力系数40.057(180210) 2.592f e k N λ==⨯=。
公路水泥混凝土路面结构设计及厚度计算
第1章绪论1.1路面课程设计的任务与要求及参考文献1.1.1课程设计题目：公路水泥混凝土路面结构设计及厚度计算1.1.2设计内容：1.交通量计算2.判别路基干湿类型并确定土基回弹模量；3.拟定路面结构方案；4.进行结组合设计，确定路面设计参数，并初拟路面厚度；5.进行应力计算，并验算路面厚度；6.方案比较，确定合理路面结构；7.绘制路面结构设计图。
1.1.3设计资料：Ⅱ区某城市郊区道路，今年来，由于交通量大量增加，要对下列路段进行设计K0+800—K4+500段改线，在新路基上铺筑水泥混凝土路面；K4+500—K6+000段，利用旧路，但路面强度不够，须进行补强。
1.路况调查资料(1）经预测设计使用初期年平均日交通量（双向）如下表1.1:表1.1交通两年平均增长率5.6%(2）原有路面结构和路基状况调查：①路基宽度10米，路面宽度8.5米。
②路面结构为：3cm沥青表面处置，20cm石灰土基层，20cm沙砾垫层。
③沿线路基土质为粘质土，液限30%，塑限17%，当地最大冻深2.1米。
2.材料调查沿线可供给各种砂石料，并有矿渣，炉渣，水泥，石灰，沥青等多种筑路材料。
3.设计参考资料《路基路面工程》邓学军主编，人们交通出版社，2009.9《公路水泥混凝土路面设计规范》 人们交通出版社，2003.5 《公路工程技术标准》 人们交通出版社，2004.4 1.2交通调查与分析 1.2.1 交通量计算解放的载重量 ＝08.48.940=吨 2<4.08<7 所以为中型车 折算系数 1.5 沃尔沃的载重量＝20.108.9100=吨 7<10.20<14 所以为大型车 折算系数 2.0 尼桑的载重量＝70.88.925.85=吨 7<8.70<14 所以为大型车 折算系数 2.0 交通的载重量＝41.48.925.43=吨 2<4.41<7 所以为中型车 折算系数 1.5 黄河的载重量＝43.88.960.82=吨 7<8.43<14 所以为大型车 折算系数 2.0 东风的载重量＝10.58.900.50=吨 2<5.10<7 所以为中型车 折算系数 1.5 确定公路等级，将以上各型号汽车的使用初期年平均日交通量折算成小客车的年平均日交通量。
水泥路面结构设计计算书
..第五章水泥混凝土路面5.1 交通量计算该段高速公路位于Ⅳ7 区。
设计为双向四车道。
5-1 表交通量计算表车型小客车2轴中客车2轴大客车2轴中货2轴中货2轴中货2轴大货车2轴大货车2轴大货车3轴特大货车3轴特大货车3轴特大货车4轴特大货车（半拖挂）4 轴特大货车（半拖挂）5轴特大货车（拖挂）6轴特大货车（拖挂）车轴p轴轮型Ne， i合计前轴11.51— 10 1.6E+08后轴23.51— 2前轴301— 189后轴551— 2前轴401— 1962501后轴951— 2前轴301— 1454后轴601— 2前轴401— 1607后轴601— 2前轴451— 1404286后轴951— 2前轴351— 110881844后轴1401— 2前轴501— 134127758后轴1551— 1前轴551— 129738522后轴1753— 2前轴501— 11114582后轴1002— 2前轴801— 116938092后轴1252— 2前轴801— 116842385后轴1352— 2前轴652— 120195815后轴1502— 2前轴852— 120096408后轴1402— 2前轴602— 1772660后轴1003— 2前轴702— 18439809后轴1303— 2..方向分配系数取0.5，车道分配系数取0.8，标准轴载 100kN，最重轴载 250kN。
16P in则 N S 0.5 0.8N iP Si 1=0.5 0.841764=16705.8其中：5.2 交通分析车辆轮迹横向分布系数取0.2，高速公路设计基准期为30 年，安全等级为一级，交通量年平均增长率为7.6%。
计算累计标准轴次：N s t3011 g r 116705.8 1 0.076N e365η365 0.20 1.28E 08g r0.076因为 1 106 1.28108，所以属于特重交通等级。
5.3 拟定方案根据交通等级，现拟定在干燥和中湿状态下，分别设计三种方案。
水泥混凝土路面结构设计ppt课件
1/10，在轮载作用下的竖向位移(称作挠度)又比厚度小两 个数量级，可把混凝土板看作是均质、各向同性、无重量、 等厚的小挠度弹性薄板。
整理版课件
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弹性地基板体系理论简介
• 采用此理论时三个基本假设：
– 垂直于中面方向的应变及其微小，可以忽略不计； – 垂直于中面的法线，在弯曲变形后均保持为直线并垂
– 有接缝，舒适性差 – 开放交通迟： – 修复困难： – 对超载敏感；
整理版课件
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水泥混凝土主要性能实验
混凝土抗冻性能实验(Freeze resistance) 混凝土抗折强度实验 (Bend strength) 混凝土抗压强度实验(Compression strength) 混凝土抗折弹性模量(Bending modulus) 混凝土收缩性能实验（干缩）(Shrinkage test)
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设计要求：
1.路基和基层设计： 要求密实、均匀、稳定和防冻厚度及E大于规定值。
2.混凝土材料组成设计： 配合比及材料要达到高强、耐磨和抗冻。
3.路面板几何尺寸设计： 平面尺寸、板厚设计，以使强度（σp,σt）满足要求。
4.接缝及配筋设计： 选接缝类型、布置接缝位置、确定接缝构造，以提高接缝
传荷能力。
板厚设计同普通的水泥混凝土路面；
配筋设计方法
纵向钢筋设计准则
裂缝间距1.0～2.5m； 裂缝宽度<1mm，一般应控制在0.5～0.7mm； 钢筋应力<钢筋极限拉伸强度； 纵向钢筋一般选用直径12mm～20mm的螺纹钢筋，钢筋间距 100mm≤d≤250mm。
横向钢筋的作用是控制纵向钢筋间距，稳固钢筋网，其布置只要满足 构造要求即可。
水泥路面计算书
2.6水泥混凝土路面设计计算书一、交通量计算表1轴载分配及换算二、确定交通等级板的平面尺寸选为宽4.0m,长4.5m ，纵缝为设拉杆的平缝，横缝为不设传力杆的假缝。
取纵缝边缘中部作为临界荷位。
由于该路为双车道，取方向分配系数为0.5，车道分配系数取1.0。
车道系数=车道分配系数⨯方向分配系数=1.0⨯0.5=0.5水泥混凝土路面结构设计以100KN 的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。
不同轴-轮型和轴载的作用次数，按式《规范》JTGD40-2006（3 .0 4-1）换算为标准轴载的作用次数。
161100ni s i i i P N N δ=⎛⎫= ⎪⎝⎭∑ 《规范》JTGD40-2006（3.0.4-1） 30.432.2210i iP δ-=⨯ 《规范》JTGD40-2006 (3.0.4-2 ) 或50.221.0710i iP δ--=⨯ 《规范》JTGD40-2006 (3.0.4-3 )或 80.222.2410i iP δ--=⨯ 《规范》JTGD40-2006 (3.0.4-4 )式中：Ns ——100KN 的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；Pi ——单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i 级轴载的总重（KN ）；n ——轴型和轴载级位数；iN ——各类轴型i 级轴载的作用次数；iδ——轴-轮型系数，单轴-双轮组时，iδ=1；单轴-单轮时，按式《规范》JTGD40-2006（3.0.4-2）计算；双轴-双轮组时，按式《规范》JTGD40-2006（3.0.4-3）计算;三轴-双轮组时,按式《规范》JTGD40-2006 (3.0.4-4)计算。
使用初期设计车道标准轴载次数：)d /(381276245.0次=⨯=s N 设计使用年限内临界荷位处标准轴载的累积作用次数:ηγγ⋅⋅⨯-+=s tN Ne 365]1)1[( 《规范》JTGD40-2006 (3.1.7)式中：Ne ── 设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次（次）； t ── 设计基准期（a ）t=20年；Ns ── 使用初期设计车道每日通过的标准轴载次数（次/日）； y ── 设计年限内交通量的平均年增长率(%),y=5%.η——车轮轮迹横向分布系数，按《公路混凝土路面设计规范》表A.4.4选用，η=0.2 次7201061.135.0381205.0365]1)05.01[(⨯=⨯⨯⨯-+=Ne查《规范》JTGD40-2006 3.0.5属重交通 三、初布拟定道路结构层及力学计算由《规范》JTGD40-2006 表3.0.1知，相应于安全等级三级的变异水平等级为中级。
实例：水泥混凝土路面设计计算
1.路面类型的选择确定本设计为二级公路，位于四川地区，公路自然区划为Ⅴ区,路基土为粘性土，设计路段碎石、砂砾、石灰、水泥供应丰富，拟采用普通水泥混凝土路面结构。
交通组成表路面设计以双轮组单轴载100KN 为标准轴载,以BZZ －100表示。
① 轴载换算：161100∑=⎪⎭⎫⎝⎛=ni i i i s P N N δ式中 ：s N ——100KN 的单轴—双轮组标准轴载的作用次数；i P —单轴—单轮、单轴—双轮组、双轴—双轮组或三轴—双轮组轴型i 级轴载的总重KN ；i N —各类轴型i 级轴载的作用次数； n —轴型和轴载级位数；i δ—轴—轮型系数，单轴—双轮组时，1=i δ；单轴—单轮时，按式43.031022.2-⨯=ii P δ计算；双轴—双轮组时，按式22.051007.1--⨯=i i P δ；三轴—双轮组时，按式22.081024.2--⨯=i i P δ计算。
轴载换算结果如表7-2所示。
表7-2 轴载换算结果② 计算累计当量轴次查《路线设计规范》得三级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级，临界荷位处的车辆轮迹轮迹横向分布系数η是0.54~0.62取0.54，075.0=r g ，则：[][]6201026.354.0365075.01)075.01(808.3813651)1(⨯=⨯⨯-+⨯=⨯-+=ηr t r s e g g N N查《水泥混凝土路面设计规范》水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级，标准轴载累计作用次数大于1×106 时，属于重交通等级，故本设计属于重交通等级。
2.基层、垫层材料参数确定（1） 基层基层、应具有足够的强度和稳定性，在冰冻地区应具有一定的抗冻性。
拟选用石灰粉煤灰稳定粒料为基层。
配比为石灰：粉煤灰：稳定粒料=1：3：12，查《水泥混凝土路面设计规范》得回弹模量a MP E 13001=。
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一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（二）、应力分析
3、其他应力
除荷载应力与温度应力外尚有以下几种应力：
（1）湿度应力
A、由于板的含水量变化而产生的水平方向的压应力或拉应力； B、由于板的顶面和底面的含水量的差别产生的翘曲应力。
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一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
三、交通荷载分析
（一）、交通调查与分析
1、可利用当地交通量观测站的观测和统计资料，或者通过实地设立站点进行交通量观测和 统计，获取所设计道路的初期年平均日交通量（双向）及其车辆类型组成的数据，剔除2轴 4轮及以下的客、货运车辆交通量，得到包括大型客车交通量在内的初期年平均日货车交通
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一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（一）、作用于混凝土板上的应力
1、荷载应力
由于行驶车辆的荷重所产生的应力；
2、温度应力
由于混凝土板的温度变化或板中温度分布不均匀所产生的应力；
3、其它应力
由于板中含水量变化所产生的应力，以及路基、底层体积变化所产生
的应力；
以上应力在实际的混凝土路面板中乃是综合存在着。
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一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（二）、应力分析
1、荷载应力
车轮荷载对于混凝土板产生如下应力：
（1）由于荷重产生垂直方向的压应力； （2）由于荷重产生横向弯曲应力。
压应力 的比值（0.7MPa）。
北京路桥海威工程设计咨询有限公司 马宝田
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分两部分进行讲述： 第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理 第二部分 介绍《公路路面设计程序系统》（HPDS 2006）软件
关于水泥混凝土路面结构计算的有关知识
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第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
一、名词解释 二、混凝土板的应力状态 三、交通荷载分析
四、设计参数
如果不计板的弯曲，压应力接近于车轮荷重与轮胎接地面积
一般情况下混凝土的抗压强度均在25MPa以上（C25），两值相比，数值悬殊。 因此，在进行混凝土板的应力分析时，可不考虑此项因素。
弯曲应力
水泥混凝土路面板的厚度相对于其平面尺寸，属于比较薄的
板，并支撑在弹性地基上。在其上施加车轮荷载时，板即受到弯挠而承受弯矩，在
这些应力，有的属于暂时性的及季节性的变化（如材料本身的内应力，冻胀）有的属 于偶然性（如地震、水害及交通事故）。因此在进行应力分析时也要注意这些问题。
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一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（二）、应力分析
4、应力综合分析
由于混凝土路面板在使用过程中受到许多因素的影响，其应力分析比较复杂，通常 认为起决定性因素的还是交通荷载及温度变化，也就是荷载应力及温度应力。其他如湿 度变化及收缩的影响一般认为与温度的作用相反，其应力也比较小，在某种程度上减少 温度的影响，不起控制作用。由于基层或路床土基体积变化及冻胀等产生的应力，应在 设计基层时综合考虑。
五、结构组合设计有关知识
六、混凝土面层配筋设计
七、混凝土板应力分析及厚度计算 八、加铺层结构设计
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第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
一、名词解释
1、水泥混凝土路面：以水泥混凝土做面层（配筋或不配筋）的路面。 2、普通混凝土路面：除接缝区和局部范围外，面层内均不配筋的水泥混凝土路面，也称素混
一、水泥混凝土路面结构计算原理
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第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
三、交通荷载分析
（二）、轴载调查与分析
1、可通过实地设立站点进行各类车辆的轴型调查和轴重测定，或者利用该地区或相似类型
公路已有称重站的车型、轴型和轴重测定统计资料，获取设计道路的车辆类型、轴型和轴
重组成数据，以及最重轴载和货车中占主要份额特重车型轴载。
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一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（二）、应力分析
2、温度应力
板受温度变化的影响而产生的应力
实际上，在大多数情况下，温度沿板厚的分布是非均匀性的，摩擦应力往往伴随着 翘曲应力同时发生。实践证明：混凝土路面板的破坏（指裂缝）除车轮荷载外，由于温 度产生的翘曲应力是板发生裂缝的主要原因之一，而摩擦应力影响较小。故一般在分析 混凝土板的应力时，均指翘曲应力。 混凝土路面板的不同部位，由温差产生的翘曲应力的大小也是不同的，由于路面板 自重有限制板自由翘曲的趋势，因此，板的任一断面对翘曲的限制将是该断面处板自重 的函数。由于板角处限制力量小，因此板角翘曲应力也最小；在板中其限制力最大，故 板中翘曲应力也最大，板边稍小。从以上分析可知：温度翘曲应力在混凝土板不同部位 的大小与荷载应力的大小正好相反。
一、水泥混凝土路面结构计算原理
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第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（二）、应力分析
2、温度应力
板受温度变化的影响而产生的应力
翘曲应力 翘曲应力 混凝土板内的应力，随周期性的日气温变化及不同季节周期性的气温 年变化而变化。 随气温的变化，使板的表面、底面及内部均发生一定的温差（一般称作温度变化的 相位差），而产生翘曲现象。但由于板的自重、接缝端部的约束，以及混凝土板与基层 摩阻的影响，而使板不能自由翘曲，因而使板内产生温度应力。 以日气温变化而论，白天板面受日晒和气温上升影响，板面温度较高，板底温度较 板面为低。由于温度不同，则板面与板底混凝土的胀缩程度也不同，这时如果板能自由 翘曲，则板内不会产生应力，但板因受约束阻力不能自由翘曲，因而在板面温度高于板 底时板面将产生压缩应力，板底产生拉伸应力，这种应力即为翘曲应力。夜间气温下降 后，板表面温度较板底温度低的情况下，当翘曲变形受阻时，则板面产生拉伸应力，板 底产生压应力。
（2）材料本身的内应力
A、由于施工期间混凝土硬化收缩所产生的应力； B、由于混凝土材料之间的化学反应产生的应力。
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一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（二）、应力分析
3、其他应力
除荷载应力与温度应力外尚有以下几种应力：
（3）由于基层或路床土基体积发生变化而产生的应力。 （4）其他如冻胀、地震、水害及交通事故等均可能产生应力。
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一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（二）、应力分析
2、温度应力
板受温度变化的影响而产生的应力
摩擦应力 摩擦应力 按板的平均温度（指沿板厚温度分布的平均值）来分析，其值随不同 季节不同时间均有很大差别。一般情况，一年中板的温度以冬季早晨最低，而以夏季中 午前后最高。 由于以上温度变化，板本身将产生水平方向的伸缩，又由于板和基层间的摩阻作用 及接缝端部的约束，将限制板的收缩和膨胀。因此，产生与板面平行的应力，此应力称 为摩擦应力或称板端约束应力。 板的平均温度下降时，板将收缩，此时摩擦应力为拉伸；板的平均温度上升时则相 反为压缩。
板的横向将产生较大的弯曲应力。
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一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
二、混凝土板的应力状态
（二）、应力分析
1、荷载应力 车轮荷载对于混凝土板产生如下应力：
（1）由于荷重产生垂直方向的压应力； （2）由于荷重产生横向弯曲应力。
现按以下两种情况进行分析： A、分析时要考虑荷载作用于三个不同部位，即板角、板边及板中的不同情况。不同 的部位对荷载的反应也有不同。 B、板面产生拉应力的情况。当车轮荷载施加于板角时，则板的弯曲类似于悬臂梁。 即在顶面产生拉应力。 C、板底产生拉伸应力的情况。在板中（即距板边一定距离，或称板的内部）或板边 缘处施加荷载时，板的弯曲类似梁，则在板的底部产生拉伸应力。 因此在进行混凝土路面板的荷载应力分析时，一般均指弯曲应力。 在同一荷载作用下，板角由于在两个方向均不连续，故应力一般较大。板边仅 在一个方向不连续，故应力一般稍小。而板中由于板在各个方向均是连续的，故应 力最小。
一般均忽略不计。在夜间，其翘曲应力作用在板面为拉伸，在板底为压缩，在荷载作用
下，板中及板边的荷载应力作用在板面为压缩，作用在板底为拉伸，与翘曲应力的符号 恰好相反，因此可以认为是相互抵消关系。由于夜间的翘曲应力值很小；而且可以为荷 载应力所抵消，一般不作为控制条件。对于板角其荷载应力由于板翘曲使基础部分失去 支承作用，其荷载应力最大，且和温度应力是迭加的。
凝土路面。
3、钢筋混凝土路面：面层内配置纵横向钢筋或钢筋网并设接缝的水泥混凝土路面。 4、连续配筋混凝土路面：面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土
路面。
5、钢纤维混凝土路面：在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。 6、复合式路面：面层由两层不同材料类型和力学性质的结构层复合而成的路面。
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一、水泥混凝土路面结构计算原理
第一部分 水泥混凝土路面结构计算原理
三、交通荷载分析
（二）、轴载调查与分析
2、各类车辆按轴型称重和统计时，可采用以轴型为基础的轴载当量换算系数法计算分析设 计车道使用初期的设计轴载作用次数。随机统计3000辆2轴6轮及以上车辆中单轴、双联轴 和三联轴等不同轴型出现的单轴次数，并分别称取其单轴轴重。可按单轴轴重级位统计整 理后得到周载谱，并按下式计算确定不同轴重级位的设计轴载当量换算系数；