砼路面加铺沥青面层计算

本道路工程为城市支路或四级公路标准,罩面层厚度设计参照公路水泥混凝土路面设计规范及城镇道路路面设计规范,并结合以往实施的沥青路面工程实践经验,综合考虑防止反射裂缝的要求及沥青混合料类型进行计算。

(1)交通分析

根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)(以下简称规范)表3、0、1,四级公路的设计基准期为10年。由表A 、2、4,临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0、

54。取交通量年平均增长率为3%,按式A 、2、4计算,剩余设计基准期内设计车道设计荷载累计作用次数:

η⨯⨯-+⨯=r

t r s e g g N N 365]1)1[( (A 、2、4) Ne ——设计基准期内设计车道所能承受的设计荷载累计作用次数(轴次/车道);

t ——设计基准期(a);

r g ——基准期内货车交通量平均增长率(以分数计);

η——临界荷位处的车辆轮迹分布系数,按表A 、2、4选用,本工程选取参数0、54。

4101026.254.003

.0365]1)03.01[(10365]1)1[(⨯=⨯⨯-+⨯=⨯⨯-+⨯=ηr t r s e g g N N 次 由规范表3、0、7可知,属轻交通等级。

(2)初拟路面结构

根据规范8、6、4条的规定,初拟沥青混凝土面加铺层厚度为0、09m,由40mm 细粒式沥青混凝土与50mm 中粒式沥青混凝土两层组成。

(3)混凝土基层刚度半径

混凝土基层的弯拉强度标准值为4、5MPa,相应的弯拉弹性模量为29GPa,泊松比为0、

15。粗集料为砾石的混凝土热膨胀系数c α=10×10-6/℃。基层顶面当量回弹模量t E 取300MPa 。

按式(B 、2、2-3)计算混凝土面层板的弯曲刚度c D :

m MN h E D c c c c •=-⨯⨯=-⨯⨯=42.14)15.01(1218.029000)

1(1223

23

ν 按式(B 、2、2-2)计算路面结构总相对半径g r :

m E D r t c g 44.0)300

42.14(21.1)(21.13131=⨯== (4)荷载疲劳应力

按式(B 、2、2-1),设计轴载与极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算:

MPa P h r s c ps 937.110018.044.01047.11047.194.0270.0394.0270.03=⨯⨯⨯⨯=⨯=----σ

MPa P h r m c pm 479.213018.044.01047.11047.194.0270.0394.0270.03=⨯⨯⨯⨯=⨯=----σ

由m h c 18.0=,t c E E =29000/300=96、67,查图C 、1、2得,a ξ=1、97。

按式(C 、1、2-1)、式(C 、1、2-2)计算有沥青混凝土上面层的混凝土基层板在设计轴载与极限荷载作用下临界荷位处产生的荷载应力为:

MPa h ps a a psa 594.1937.1)09.097.11()1(=⨯⨯-=-=σξσ

MPa h pm a a pma 039.2479.2)09.097.11()1(=⨯⨯-=-=σξσ

按式(B 、2、3-1)计算疲劳应力系数:

77.1)1026.2(057.04=⨯==λe f N k

按B 、2、1条,取应力折减系数r k =1 ,综合系数c k =1

按式(B 、2、 1)计算混凝土面层的荷载疲劳应力,按式(B 、2、 6)计算最大荷载应力: MPa k k k psa c f r pr 821.2594.1177.11=⨯⨯⨯==σσ

MPa k k pma c r p 039.2039.211max ,=⨯⨯==σσ

(5)温度疲劳应力

根据表3、0、10,Ⅳ区,无沥青上面层时,温度梯度为89℃/m,a h =0、09m 时,查表C 、2、1得温度梯度修正系数t ξ=0、645,则温度梯度g T =89×0、645=57、4℃/m 。按式(B 、3、 3-1)、式(B 、3、 3-3)计算综合温度翘曲应力与内应力的温度应力系数L B :

03.344

.0343=⨯==r L t 085.1)03.3cosh()03.3sinh()03.3sin()03.3cos()03.3sin()03.3cosh()03.3cos()03.3sinh(1cosh sinh sin cos sin cosh cos sinh 1=++-=++-

=t t t t t t t t C L 869.0)085.11(131.0085.177.118.048.4=-⨯-⨯⨯=⨯-e B L

按式(B 、3、 2)计算最大温度梯度时混凝土板最大温度应力为:

301.1869.02

4.5718.029*********max ,=⨯⨯⨯⨯⨯==-L g

c c c t B T h E ασMPa 查表B 、3、4,Ⅳ区,t α=0、841,t b =1、323,t c =0、058。温度疲劳应力系数t k ,按式(B 、3、

4)计算:

363.0]058.0)5

.4301.1(841.0[301.15.4])([323.1max ,max ,=-⨯=-=t b r t t t r

t c f f k t σασ 按式(B 、3、 1)计算混凝土板温度疲劳应力:

MPa k t t tr 472.0301.1363.0max ,=⨯==σσ

由c h =0、18m 与MPa E c 29000=,查图C 、2、1,得a ,ς=0、96

按式(C 、1、2-1)、式(C 、1、2-2)计算有沥青混凝土上面层的混凝土基层板温度疲劳应力与最大温度应力:

MPa h tr a a tra 513.0472.0)09.096.01()1(,=⨯⨯+=+=σςσ

MPa h t a a tma 414.1301.1)09.096.01()1(max ,,=⨯⨯+=+=σςσ

(6)结构极限状态校核

查表3、0、1,四级公路的安全等级为三级,目标可靠度为70%,变异水平等级为中级。再查规范P62表3-1,确定可靠度系数r γ=1、1,按式(3、0、4-1)与式(3、0、4-2)计算: 667.3)513.0821.2(1.1)(=+⨯=+tra pr r σσγ≤r f =4、5MPa

798.3)414.1039.2(1.1)(max ,=+⨯=+tma p r σσγ≤r f =4、5MPa

因而,所选沥青混凝土加铺层厚度(0、09m),使得混凝土基层不仅可以承受设计基准期内荷载应力与温度应力的综合疲劳作用,也可以承受最重荷载在最大温度梯度时的一次作用。