水泥混凝土路面设计计算案例

水泥混凝土路面设计计算案例

一、设计资料

某公路自然区划Ⅱ区拟新建一条二级公路，路基为粘性土，采用普通混凝土

路面，路面宽为9m ，经交通调查得知，设计车道使用初期标准轴载日作用次数

为2100次，试设计该路面厚度。

二、设计计算

（一）交通分析

二级公路的设计基准期查表10-17为20年，其可靠度设计标准的安全等级

查表10-17为三级，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数查表10-7取0.39取交

通量年增长率为5％.

设计基限期内的设计车道标准荷载累计作用次数按式（10-3）计算：

6

2010885.939.005

.0365]1)05.01[(2100365]1)1[(⨯=⨯⨯-+⨯=⨯-+⨯=ηr

t r s e g g N N 由表10-8可知，该公路属于重交通等级。

（二）初拟路面结构

相应于安全等级为三级的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级

和中级变异水平，查表10-1初拟普通混凝土面层厚度为0.22m 。基层选用水泥

稳定粒料（水泥用量5％），厚度为0.18m 。垫层为0.15m 低剂量无机结合料稳定

土。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m ，长5m 。纵缝为设计拉杆平缝（见图10-8

（a ）），横缝为设计传力杆的假缝（见图10-5（a ））。

（三）路面材料参数确定

查表10-11、表10-12，取重交通等级的普通混凝土面层弯拉强度标准值为

5.0MPa ，相应弯拉弹性模量为31GPa 。

根据中湿路基路床顶面当量回弹模量经验参考值表10-10，取路基回弹模量

为30MPa ，根据垫层、基层材料当量回弹模量经验参考值表10-9，取低剂量无

机结合料稳定土垫层回弹模量为600MPa ，水泥稳定粒料基层回弹模量为

1300MPs 。

按式（10-4）-（10-9），计算基层顶面当量回弹模量如下：

)(101315.018.015.060018.01300222

222

2122

2121MPa h h E h E h E =+⨯+⨯=++ )(57.2)15

.0600118.013001(4)15.018.0(1215.060018.01300)11(4)(122123312

21122132311m MN h E h E h h h E h E Dx ⋅=⨯+⨯++⨯+⨯=++++=--

)(312.0)1013

57.212()12(31

31m E D h x x x =⨯== 293.4])301013(51.11[22.6])(51.11[22.645.045.00=-=-=--E E a x 792.0)30

1013(44.11)(44.1155.055.00=-=-=--E E b x )(165)301013(30312.0293.4)(31792.03100MPa E E E ah E x b

x t =⨯⨯⨯== 普通混凝土层面的相对刚度半径按式（10-14）计算：

)(677.0)165

31000(22.0537.0)(537.031

31m E E h r t c =⨯⨯==

（四）荷载疲劳应力

标准轴载在临界荷位处产生得到荷载应力按式（10-13）计算：

σPs =0.077r 0.60h -2=0.077×0.6770.60×0.22-2=1.259(MPa)

因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的折减系数K r =0.87.考虑设计基准期内荷

载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数K ƒ=N v e =(9.885×106)0.057=2.504.根据公路等

级，由表10-13得到考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合修正系数

K c =1.02.

荷载疲劳应力按式（10-11）计算：

σpr =k r kƒk c σps =0.87×2.504×1.20×1.259=3.29(MPa)

(五）温度疲劳应力

由表10-14，Ⅱ区最大温度梯度取88℃/m 。板长5m ，l/r=5/0.677=7.39，普通

混凝土板厚h=0.22m ，由图10-13查得B x =0.71.按式（10-16）计算温度翘曲应力： )(14.271.02

8822.0310*******MPa B hT E x g

C c tm =⨯⨯⨯⨯⨯==-ασ 温度疲劳应力系数k t ，按式（10-17）计算：

53.0]041.0)0

.513.2(828.0[13.20.5])([32.1=-⨯=-=b f f k c r tm tm t

t σασ 再由式（10-15）计算温度疲劳应力：

σtr =k t σtm =0.53×2.13=1.13（MPa ）

查表10-17，二级公路的安全等级为三级、变异水平等级为中级，目标可靠度

为85％.再查表10-16，确定可靠度系数γr =1.13。

按式（10-18）计算：

σr （σpr +σtr ）=1.13（3.29+1.13）=4.99（MPa ）≤ƒr =5.0（MPa ）

所以，所选普通混凝土面层厚度为0.22m 满足设计基准期内荷载应力和温度应

力的综合疲劳应力要求。

水泥混凝土路面设计课程设计

一、目的

通过本课程设计，掌握水泥混凝土路面结构组成、各种接缝的构造以及混凝土板厚度的确定方法，了解混凝土路面设计内容、设计步骤。

二、设计资料

（1）某地区一级公路拟建水泥混凝土路面，设计为四车道，路基宽25.5m，行车道宽15m,设置中间带，经调查和预测：使用初期公路上的交通组成如下：解放CA500为500辆/d,东风EQ140为2000辆/d，黄河JN360为200辆/d,黄河JN162为100辆/d,交通SH361为200辆/d,太脱拉138为150辆/d。交通量年平均增长率为5﹪。路基处于中湿状态，土基的回弹模量取42MPa。

（2）轴载及轴数见表10-21。

三、设计依据

《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2002)。

四、设计方法与设计内容

确定水泥混凝土路面板的厚度时，采用以混凝土材料的弯拉强度作为其设计技术标准，在考虑可靠度因素影响的情况下，使控制行车荷载反复作用在板内所产生的荷载疲劳应力与温度梯度反复作用在板内产生的温度疲劳应力之和不超过混凝土的弯拉强度。并参照本章第四节和《公路水泥混凝土路面社会及规范》(JTG D40-2002)的设计方法，设计以下内容。

（1）设计混凝土路面的各层结构，确定其回弹模量和厚度；

（2）设计混凝土路面板的平面尺寸和各种接缝构造；

（3）设计混凝土路面板的厚度。

五、设计要求

设计成果包括以下内容：