路面结构设计计算书(有计算过程的)

公路路面结构设计计算示例

一、刚性路面设计

1）轴载分析

路面设计双轮组单轴载100KN

⑴以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。

①轴载换算：

16

1100∑=⎪

⎭⎫

⎝⎛=n

i i i i s P N N δ 式中 ：s N ——100KN 的单轴—双轮组标准轴载的作用次数；

i P —单轴—单轮、单轴—双轮组、双轴—双轮组或三轴—双轮组轴

型i 级轴载的总重KN ；

i N —各类轴型i 级轴载的作用次数； n —轴型和轴载级位数；

i δ—轴—轮型系数，单轴—双轮组时，i δ=1；单轴—单轮时，按式

43.031022.2-⨯=i i P δ计算；双轴—双轮组时，按式22.051007.1--⨯=i i P δ；三轴—双轮组时，

按式22.08

1024.2--⨯=i i P δ计算。

轴载换算结果如表所示

车型 i P

i δ

i N

16)(P

P

N i i i δ

解放

CA10B

后轴

1 300

黄河

JN150

前轴

43.03491022.2-⨯⨯ 540

后轴

1 540

交通

SH361

前轴

43.03601022.2-⨯⨯ 120

后轴

⨯

22.052201007.1--⨯⨯ 120

太脱拉

138

前轴

43.0340.511022.2-⨯⨯ 150

后轴 ⨯

22.051601007.1--⨯⨯ 150

吉尔130

后轴

1

240

尼桑

CK10G

后轴

1 1800

16

1

)(

P

P N N i i i n

i δ∑==

注：轴载小于40KN 的轴载作用不计。 ② 计算累计当量轴次

根据表设计规范，一级公路的设计基准期为30年，安全等级为二级，轮迹横向分布系数η是~取，08.0=r g ，则

[][]

362.69001252.036508

.01

)08.01(389.8343651)1(30=⨯⨯-+⨯=⨯-+=ηr t r s e g g N N 其

交通量在4

4102000~10100⨯⨯中，故属重型交通。

2）初拟路面结构横断面

由表3.0.1，相应于安全等级二级的变异水平为低~中。根据一级公路、重交通等级和低级变异水平等级，查表 初拟普通混凝土面层厚度为24cm ，基层采用水泥碎石，厚20cm ；底基层采用石灰土，厚20cm 。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m ，长5.0m 。横缝为设传力杆的假缝。

3）确定基层顶面当量回弹模量tc s E E ,

查表的土基回弹模量a MP E 0.350=，水泥碎石a MP E 15001=，石灰土a MP E 5502= 设计弯拉强度：a

cm MP f 0.5=，

a

c MP E 4101.3⨯=

结构层如下：

水泥混凝土24cm 水泥碎石20cm 石灰土20cm

×

按式（）计算基层顶面当量回弹模量如下：

a x MP h h E h E h E 102520.020.0550

20.0150020.022222

22122

2121=+⨯+⨯=++= 1

2

211221322311)11(4)(1212-++++=h E h E h h h E h E D x

1233)2

.05501

2.015001(4)2.02.0(122.0550122.01500-⨯+⨯++⨯+⨯=

)(700.4m MN -=

m E D h x x x 380.0)1025

7.412()12(3

1

31=⨯==

165.4)351025(51.1122.6)(

51.1122.645.045.00=⎥⎦⎤⎢⎣⎡

⨯-⨯=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡-⨯=--E E a x

786.0)35

1125(44.11)(

44.1155

.055.00=⨯-=-=--E E b x

a x b

x t MP E E E ah E 276.212)35

1025

(35386.0165.4)(

3

1

786.03

1

00=⨯⨯⨯==

式中：t E ——基层顶面的当量回弹模量，a MP ； 0E ——路床顶面的回弹模量，

x E ——基层和底基层或垫层的当量回弹模量， 21,E E ——基层和底基层或垫层的回弹模量， x h ——基层和底基层或垫层的当量厚度， x D ——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度， 21,h h ——基层和底基层或垫层的厚度， b a -——与0

E E x 有关的回归系数

普通混凝土面层的相对刚度半径按式（）计算为：

()m E E h r t

c

679.0)276

.21231000

(24.0537.0)(

537.03

13

1=⨯⨯==

4）计算荷载疲劳应力p σ

按式（），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：

a ps MP h r 060.124.0679.0077.0077.026.026.0=⨯⨯==--σ

因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数87.0=r K 。考虑设计基准期内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数454.2392.6900121057.0===v e f N K

（v —与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，

计算。

f

f f

d l v ρ017.0053.0-=） 根据公路等级，由表考虑偏载和动载等因素，对路面疲劳损失影响的综合系数25.1=c K

按式（），荷载疲劳应力计算为

a ps c f r pr MP K K K 829.206.125.1454.287.0=⨯⨯⨯==σσ

5）温度疲劳应力

由表3.0.8，Ⅳ区最大温度梯度取92(℃／m)。 板长5m ,364.7679.05==r l ,

由图可查普通混凝土板厚65.0,24.0==x B cm h 。按式（）,最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：

a x g

c c tm MP B hT E a 23.265.02

9224.0310*******=⨯⨯⨯⨯⨯==

-σ

温度疲劳应力系数t K ，按式（）计算为

565.0058.0)0.557.2(841.057.20.5)(323..1=⎥⎦⎤

⎢⎣⎡-⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=

b f a f K

c r tm tm r t σσ

再由式（）计算温度疲劳应力为

a tm t tr MP K 16.123.2518.0=⨯==σσ

查表3.0.1 ，一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水