水泥混凝土路面设计计算书

目录1课程设计题目 (2)2课程设计主要内容 (2)3路面厚度计算 (2)交通分析 (2)初拟路面结构 (4)路面材料参数确定 (5)荷载疲劳应力 (6)温度疲劳应力 (7)验算初拟路面结构 (8)4接缝设计 (9)纵向接缝 (9)横向接缝 (9)5混凝土面板钢筋设计 (10)边缘补强钢筋 (10)角隅钢筋 (10)6材料用量计算 (11)面层 (11)基层 (12)垫层 (12)7 施工的方案及工艺 (15)泥混凝土路面设计计算书1课程设计题目水泥混凝土路面设计：此为城市主干道三级公路，路基为粘质土，采用普通混凝土路面，路面宽24m，经交通调查得知，设计车道使用初期轴载日作用次数为500。

试设计该路面结构。

2课程设计主要内容（1）结构组合设计；（2）材料组成设计；（3）混凝土板厚的确定；（4）板的平面尺寸确定；（5）接缝设计；（6）配筋设计；（7）材料用量计算；4路面厚度计算交通分析根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ012一94)，不同等级公路的路面结构设计安全等级及相应的设计基准期、可靠度指标和目标可靠度查规范可知：三级公路的设计基准期为30年，安全等级为四级。

混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分部系数表4-2由表4-2知，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取 已知交通量设计年限内年增长率：8%。

荷载累计作用次数为：（次）4^10597.72335.036508.0]1)08.01[(500365]1)1[(30⨯=⨯⨯-+⨯=⨯⨯-+=ηr t r s e g g N N 交通量相轴载大小是路面设计的基本依据。

随着交通量增大，对路面使用性能和使用寿命的要求相应提高。

由此，在使用年限内对混凝土强度、面板厚度、基层类型和模量等方面提出了不同的技术要求。

为了区分各项要求在程度上的差别，按使用初期设计车道每日通过的标准铀载作用次数，将水泥混凝土路面承受的交通划分为特重、重、中等和轻四个等级，标准如下：公路混凝土路面交通分级表4-4由表4-4可得该公路属于重交通等级。

初拟路面结构由上表4-1知，安全等级为四级的道路对应的变异水平等级为低级。

水泥混凝土面层厚度的参考范围表4-5根据三级公路、重交通等级和低级变异水平等级，由表4-5知，初拟普通混凝土面层厚度为220mm。

各类基层适宜交通等级与适宜厚度的范围表4-6如上表4-6，基层可选用水泥稳定粒料类，厚180mm，垫层选用低剂量无机结合料稳定土，厚150mm。

普通混凝土板的平面尺寸宽、长；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

路面材料参数确定混凝土面板在行车荷载和温度变化等因素的作用下，将产生压应力和弯拉应力。

混凝土面板所受的压应力与混凝土的抗压强度相比很小，而所受的弯拉应力与抗弯拉强度相比则大得多，可能导致混凝土面板开裂破坏。

因此，在设计混凝土面板厚度时，应以弯拉强度为其设计标准。

混凝土的强度随龄期而增长，通常以28日龄期的强度为标准。

各级交通要求的混凝土设计弯拉强度不得低于表4-7的规定。

当90日内不开放交通时，则可采用90日龄期的强度(为28日强度的倍)。

混凝土的强度对路面的使用寿命有重大影响，强度的变化同路面容许的标准铀载作用次数的对数成正比。

增加混凝土的强度，可以大大延长路面的使用寿命，取得十分显着的经济效益。

因而，应尽可能提高混凝土的强度。

结合我国的材料情况和施工工艺水平，《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ012—94)规定了设计强度的最低值。

条件许可时，应尽量采用高值，尤其是对于特重交通的公路。

混凝土弯拉强度标准值f表4-7r混凝土弯拉弹性模量的测试工作，很费时而又不易准确，且其数值的变化对荷载应力计算结果的影响不大。

因而，在无条件测试时，直接采用表4-7所列数值，=5.0r f MPa 。

水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值 表4-8按表4-8取普通混凝土面层的弯拉弹性模量标准值为GPa E c 31 。

中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围表4-9垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围表4-10按表4-9，路基土回弹模量取MPa E 300=。

按表4-10，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取MPa E 6002=，水泥稳定粒料基层回弹模量取MPa E 13002=。

则有：基层顶面当量回弹模量计算如下：MPa h h E h E h E x 101315.018.015.060018.0130022222221222121=+⨯+⨯=++= )(57.215.0600118.0130014)15.018.0(1215.060018.01300114)(12123312211221322311m MN hE h E h h h E h E D x ⋅=⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⨯++⨯+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++++=--)(312.0101357.2121233m E D h X x x =⨯== 293.430130051.1122.651.1122.645.045.00=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯=--EE a x792.030101344.1144.1155.055.00=⎪⎭⎫⎝⎛⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=--EE b xMPa EE E ah E x bx t 16530101330312.0293.431816.03100=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛=普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算为m E E h r t c 677.01653100022.0537.0537.033=⨯⨯==荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：MPa h r ps 259.122.0677.0077.0077.026.026.0=⨯⨯==--σ因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数为92.0~87.0=r K ,故取87.0=r K 。

考虑设计基准期内荷载应力疲劳作用的疲劳应力系数504.2)10885.9(057.06=⨯==v e f N K 。

由于超过额定载重和载重在各侧车轮上分配的不均匀性，在行驶过程中因路表不平整和车辆自振所引起的变动，以及路面结构厚度和材料性质的变异等因素对路面疲劳损坏的影响的综合系数。

其数值是参照国内外资料确定。

综合系数c K表4-11根据公路等级和表4-11，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数为20.1=cK 。

则荷载疲劳应力为 MPa K K K ps c f r pr29.3259.120.1504.287.0=⨯⨯⨯==σσ温度疲劳应力混凝土面板顶面和底面的温度之差除以板的厚度，即为板的温度梯度。

在晴天，混凝土面板的温度梯度经历了由零经正最大(板顶高于板底)到零，再经负最大(板顶低于板底)后回到零的周期性变化。

混凝土面板的最大温度梯度计算值g T ，可根据公路所在地的公路自然区划按表4-12选用。

最大温度梯度标准值g T 表4-12 公路自然区划 Ⅱ、Ⅴ Ⅲ Ⅳ、Ⅵ Ⅶ 最大温度梯度（/C m ︒）83~8890~9586~9293~98由表4-12，Ⅱ区最大温度梯度为88（/C m ︒），板长为5m ，39.7677.05==r l 。

则当混凝土板厚度为m h 22.0=时，查下图5-1可得71.0=xB 。

图5-1 温度应力系数则有最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为MPa B hT E x gc c tm 13.271.028822.03100010125=⨯⨯⨯⨯⨯==-ασ回归系数a 、b 和c 表4-13温度疲劳应力系数t K ，按下式计算，根据表4-13知，自然区划Ⅱ区中，0.828a =，0.041b =， 1.323c =，t K 为532.0041.00.513.2828.013.20.5323.1=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=b fa f K c rtmtm r t σσ 则温度疲劳应力为 MPa K tm t tr13.113.2532.0=⨯==σσ验算初拟路面结构可靠度系数表4-14由表4-1知，三级公路的安全等级为四级，相应于四级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为90%。

再据查得的目标可靠度和安全等级，由表4-14知，可靠度系数为13.1=rγ。

则，MPa f MPa r tr pr r 0.599.4)13.129.3(13.1)(=≤=+⨯=+σσγ因而，所选普通混凝土面层厚度（m 22.0）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

5接缝设计为避免混凝土面层因为热胀冷缩而引起的变形计破坏，在纵横两个方向设置许多接缝，且做成垂直正交，把整个路面分割成许多板块。

纵向接缝原定平面尺寸宽米，长4米，则应在纵向设置施工缝，纵向接缝的布设根据路面宽度和施工铺筑宽度而定。

本段路面设计按一个车道施工，故采用拉杆平缝形式。

接缝拉杆采用螺纹钢筋，设置在板厚的中央，并对拉杆中部100mm 范围内作防锈处理。

拉杆的直径、长度和间距查下表选用90080014⨯⨯。

接缝布置如下表5-1所示：拉杆直径、长度和间距(mm) 表5-1注：拉杆直径、长度和间距的数字为直径×长度×间距。

缝的上部锯切槽口，深度为60mm，宽度为8mm，槽内灌塞填缝料。

横向接缝每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向施工缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处。

且由于本路属于重交通等级，故施工缝采用加传力杆的平缝形式。

横向缩缝采用假缝等间距设置。

缝的上部锯切槽口，深度为60mm，宽度为8mm，槽内灌塞填缝料。

传力杆采用光圆钢筋，其尺寸和间距根据表5-2可选用传力杆直径为mm28，长度为400mm，间距为300mm。

最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为mm150。

传力杆尺寸和间距（mm）表5-26混凝土面板钢筋设计混凝土面板纵横自由边边缘下的基础，当有可能产生较大的塑性变形时，宜在板边缘加设边缘补强钢筋，角隅加设发针形钢筋或钢筋网。

边缘补强钢筋混凝土面板边缘部分的补强，选用2根16mm的螺纹钢筋，布置在板的下部，距板底约为板厚的1/4即mm65，间距为100mm，钢筋两端应向上弯起，钢筋保护层的厚度为mm50。

角隅钢筋角隅补强部分的补强，选用2根直径为14mm的螺纹钢，布置在板的上部，距板顶wa，距板边为100mm，钢筋保护层的厚度为50mm。

7材料用量计算面层面层工程量表主要包括：①面板混凝土数量；②接缝数量表；③接缝钢筋数量④角隅等处的钢筋数量，计算结果见表。

取长度1000m为计算标准。

基层工程数量表表7-1基层W/C一般为，水泥用量为3kg。

粗集料使用连续级配，集/220m料的最大粒径一般为15 mm。