公路水泥混凝土路面设计

公路水泥混凝土路面设计

一、轴载换算

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，按下式换算为标准轴载的作用次数。

16

1

100n

i s i i i P N N δ=⎛⎫

= ⎪

⎝⎭∑ （1） ；30.432.2210i i P δ-=⨯ （2）

50.22

1.0710i i

P δ--=⨯ （3） ；80.222.2410i i P δ--=⨯ （4） 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 ）；

——轴型和轴载级位数；

i

N ——各类轴型i 级轴载的作用次数；

i

δ——轴-轮型系数，单轴-双轮组时，i δ=1；单轴-单轮时，按式（2）

计算；双轴-双轮组时，按式（3）计算；三轴-双轮组时,按式（4)计算。

轴载换算

上表为双车道双向交通调查结果， 取交通量年平均增长率为11.1％。小于40KN 的轴载可略去。调查分析双向交通的分布情况，选取交通量方向分布系数，一般取0.5，车道数为1，所以交通量车道分布系数取1.0。

Ns=∑0.5×1.0×2503.8457=1251.9228次

查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》，此路面属重交通，设计使用年限为20年。由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》取轮迹横向分布系数为0.37，可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数N e 为：

()[]

η

γ

γτ

365

11⨯-+=

s e N N

=10980291.39次

二、路面板厚度计算

设计道路路基为中湿状态，故按以下步骤进行路面板厚度计算 1、初拟路面结构

查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表4.4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.24m, 基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5％），厚为h 1=0.20m 。垫层选用厚度为h 2=0.20m 的天然砂砾。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为4.0m,长为5.0m 。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。

2、材料参数的确定

（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量

按《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表3.0.6，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值MPa f r 5=,相应弯拉弹性模量标准值为GPa E c 31=

（2）土基的回弹模量

参照《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》附录F ，路基回弹模量取MPa E 350=。查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取，天然砂砾回弹模量取E 2=175MPa 。

按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：

E x =ℎ12E 1+ℎ22

E 2ℎ12+ℎ2

2=0.22×1500+0.22×1750.22+0.22=837.5MPa D x =E 1ℎ13+E 2ℎ23

+(ℎ1+ℎ2)2(111+122

)−1

=1500×0.23+175×0.2312+(0.2+0.2)24×(

1

1500×0.2+1175×0.2

)−1 =2370KN ∗m

ℎx =(12D x x )13=(12×2.37)1

3=0.324m

=3.970

=0.749

=172.14MPa

普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为

MPa E 15001=98.3])(

15.11[22.645

.00

=-=-E E a x 75.0)(

44.1155

.00

=-=-E E b x MPa

E E E ah E x b

x t 96.172)(31

00==

=0.728

3、荷载疲劳应力计算

按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为 σps =0.077r 0.6ℎ−2=0.077×0.7280.6×0.24−2=1.105MPa 因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数87.0=r k 。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 f =N e n =

(10980291.39)0.057=2.519。根据公路等级，由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》附录B ，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数

按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为

=2.906MPa

4、温度疲劳应力

由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表3.0.8，Ⅲ区最大温度梯度区93℃/m 。板长L =5m,L r =5.0/0.728=6.868⁄, 由图B.2.2可查普通混凝土板厚,h=0.24m, B x =0.65按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为

σtm

=αc E c ℎT g

2

B x =2.25MPa

温度疲劳应力系数t k ，按式（B.2.3）计算为

=0.553

再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为

σtr =K t σtm =0.553×2.25=1.244MPa

m

E E

h r t c 727.0)(537.031

==20.1=c k k k k ps c f r pr 895.2104.120.1512.287.0=⨯⨯⨯==σσ355.1,041.0,855.0===c b a 549

.0])(

[=-=

b f a f k

c r

tm

tm

r

t σσ