水泥混凝土路面课程设计

水泥混凝土路面设计

1标准轴载交通量分析

高速公路设计基准期为30年，安全等级为一级，我国公路水泥混凝土路面设计规范以汽车轴重为100kN的单轴荷载作为设计标准轴载，表示为BZZ —100 凡前、后轴载大于40KN （单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为：

N s i N i（旦卢

y 100

式中：N s—100KN的单轴一双轮组标准轴数的通行次数;

P —各类轴一轮型；级轴载的总重（KN）；

n—轴型和轴载级位数；

N i—各类轴一轮型i级轴载的通行次:-j —轴一轮型系数。

表1-1轴载换算结果

则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数：N e二N

s

[（1

八

1

]

365

g r

式中：N e—标准轴载累计当量作用次数（日）；

t —设计基准年限；

g r —交通量年平均增长率，由材料知，g r =0.05；

n —临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下（表1-2），取0.20。

4

N e =248X 10

因为交通量100X104 V 248X 04V 2000X104次，故可知交通属于重交通等级。

2拟定路面结构

由上述及表16-20知相应于安全等级一级的变异水平的等级为低级， 根据高 速公路重交通等级和低级变异水平等级查表 16-17得初拟普通混凝土面层厚度大 于240mm 。普通混凝土板的平面尺寸为宽

4m ,长4.5m ，拟定各结构层厚：普

通混凝土面层厚为250mm ；基层选用水泥稳定粒料，厚为 180mm ;二级自然区 划及规范知垫层为150mm 的天然砂砾，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为 5.0Mpa ，路基回弹模量为

30Mpa ;低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去

600Mpa ；水泥稳定粒料基层回弹模量取 1300Mpa 。

(表 2-1)

表2-1

h 2E 1 +h ；E 2 =1300汉 0.182 +600 父

0.152 h 2 h ； = 0.182 0.152

公路等级

纵缝边缘处 高速公路、一级公路、收费站

0.17 〜0.22

/ / ” 行车道宽＞7m 0.34 〜0.39 二级及二级以下公路

行车道宽＜ 7m

0.54 〜0.62

表1-2 混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数

N s

n

=z

i 4

=511.835

N e

N s [(1 g r )t -1] 365

g r

_1

=1013 Mpa 时巳 h ；E 2

g

h 2)2( 1 )1

4

E 1

h^t* E 2

h 2

a =6.22[1 —1.51(Ex ) g] = 6.22[1 一1.51(空严]=4.293

E 。 30

E x o 55 1013 0 55

b =1 _1.44(」) =1 -1.44( ) =0.792

E 。 30 E 丄

E t =ah ；E °（匚x ）3

E

1 0 792

1013

3

= 4.293x0.321

x30x （——）3=165 Mpa

30

普通混凝土面层的相对刚度半径为：

E c 3 31000 ；

r =0.537h （ c ）3 =0.537 0.25 （ ） = 0.769m

E t

165

3计算荷载疲劳应力

根据高速公路、重交通，初拟普通混凝土面层厚度为 0.25m 。

由下列公式求得：

二 0.5373 E 「E ；

匚 ps 二 0.077 f

二 p=k f k r kd

k f = N ；057

式中

丫一混凝土板的相对刚度半径（m ）； H —混凝土板的厚度（m ）;

E c —水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa ）;

op —标准轴载

P s 在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa ）;

D x 12

1300 0.183 600 0.153

12

(0.18 0.15)2

4

1 1300 0.18

1 600 0.15

=2.57 (MN.m ) h x

12D x

X

1

)3

=( 1

12 2.57 3

)3

=0.312m 1013

k r—考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，

_1

k r =0.87〜0.92,纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界 k r =1.0,

纵缝为设杆拉的企口缝，k r =0.76〜0.84,;

k c —考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公 路等级

查下表3-1；

表3-1

综合系数k c

ps —标准轴载P s 在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（MPa ）

= 0.077 (0.769)0.6 0.25』=0.975 k f

二 N 0.057 = 2480000°.057 =2.314

根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数 k c

=1.30,

则荷载疲劳应力为：匚厂 k f k r

k»ps

= 2.314 1.3 1.0 0.975 = 2.93MPa

4•计算温度疲劳应力

由《路基路面工程》知，II 区最大温度梯度取88 （C /m ）。板长4.5m

L/r=4.5/0.769=6.0;已知混凝土板厚0.25m, Bx=0.60，则可知最大温度梯度时混 凝土板的温度翘曲应力：

式中：

a —混凝土的温度线膨胀系数；

T g — 最大温度梯度，T g =88°c/m ；

B x —综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数；

d m —最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa ）。

…

OcE c hT g B x 1.0x 10^x31000疋0.25汉88疋 0.6 o

-tm

2.1MP

tm

= 0.077 0'6h 2

:c

E/T g B x

2