公路水泥混凝土路面設計新規(guī)范混凝土板厚度計算示例

1、公路水泥混凝土路面設計新規(guī) 范混凝土板厚度計算示例作者:日期:公路水泥混凝土路面設計新規(guī)范混凝土板厚度計算示例內(nèi)容提要本文主要把公路水泥混凝土路面設計規(guī)范（J T G D40-2011 ）中的計算每個示例，加上標題、要點、提示，便于學習和查閱。關鍵詞公路水泥混凝土路面設計規(guī)范計算示例示例1 粒料基層上混凝土面板厚度計算要點（彈性地基單層板模型）序號路面結(jié)構(gòu)厚度（m）備注1普通水泥混凝土面層0. 2 3Fr=4. 5 MPa2級配碎石0.2 0E= 3 00 M P a3路基：低液限黏土查表E .0.1-1 E= 8 0 MPa距地下水位1.2m,查表E . 0 . 1 -2濕度調(diào)正系數(shù)0.75

2、路床頂綜合回彈模量 E= 8 0 X 0.7 5 =60 MPa(1)(2)(3)(4)二級公路設計軸載累計作用次數(shù)Ne= 7 4.8 X 1 04次中等交通荷載等級板底當量回彈模量值Et = 120 MP a；設計軸載 Ps=100 KN ;最重軸載Pm=180 KN ;設計厚度0.2 5 m*算厚度0 .24m+ 0 .0 1m ;示例1粒料基S上SS土面板J度計»公路自然區(qū)劃D區(qū)擬新建一條二圾公，路，路面寬？m 路基為低祓限黏土，路床頂距地 下水fe平均I 2m,當?shù)氐纳甑诹蟇花崗巖為主.擬采ffl普通混凝土路面.經(jīng)交通調(diào)複得 知設計軸載P. - lOOkN.Sa#載P. =

3、l50kN.設計車道使用初期設卄軸載附口作用次 數(shù)為100次，交通S年平均增氏率為5%。（】）交通分析£由表3.0.7可知，屬中等交通荷載等級.（2初擬路面結(jié)構(gòu)由表3.0.2,施工麗量變異水平選擇中級，根據(jù)二級公路、中等交通荷載等纏和中級 變異水呼，查表4-3 ,初擬普通浪凝土血足厚度為23叫基層選用級配碎石，厚山20mo 普通混擬土的平面尺寸4. 5m X3. 5rn*縱瞳為S拉桿平建.橫縫為不設傳力桿的假健, 路肩面層與行車道面層等厚并設拉桿相連.由表3.0.1,公路的設計基準期為20年，安令等級為二圾.由附錄A表A. 2.4, 臨界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.62,按式（

4、A, 2.4）1+算得到設計基準期內(nèi)設 計聿道設計軸載累計作用次數(shù)：Vi- vj（3）路面材料參數(shù)確定按衷3.0.8,取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為4.5MFa,相應彎拉彈性模ft與 泊松比為29CPaA 15。査附錄E表E.O.3.2，粗彙料為花崗巖的混凝土線膨脹系數(shù)咲= 10 其 10 Y/兀。査表E. O.l-H取低液限黏土路基回彈模ft SOMPao査表E.O. 12,取距地卜水位 l2m時的濕度澗整系數(shù)為0.75,由此得到路床頂綜合回彈模a為80x0.75 =60MPao査 表E.0.2-1,取級配碎石基層回彈模量為300MPa.按附錄B武（B.241） 式（B.2”44）計算板

5、底地基當量回彈模量如下：氏喩畑/郭冷等= 300MPa九=斗他=h -0. 20ma=0. 26】n(h) +0. 86 = 0, 26 x ln(0. 20) +0. 86 =0.442E。彳器)x60 = 122.2MPa板底地基當昴回彈模取為120MPao晉-迫混擬土®層的彎曲剛度2按式(BZ23)計算,相對剛度半徑r按式(B2 22) 計算。n EJi：29 000 xO. 23，“D -亍一一弓 = ；k = 30 1MN m” 12(1 記)12x(1 -0.15)/Q嚴/30 1嚴r = 1.21|-J =1.21=0.763 m(4) 荷載應力按式(B. 2.2-1)

6、H算設計軸載和量重荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力：crp. = 1.47x10 3叫；2”刃=1 47 x 10“ xO. 763° 九 xO. 23'2 x 100° * = 1.744MPa <Tp =1.47 X 107叫；2疋94二147“0-3 xO. 763° " xO. 23' xl50° * =2.554MPa 按式(B.2.1)計算荷載疲勞應力，按式(B.2.6)if-算最大荷載應力：Opr =球& =0. 87 x 2.162x1,05x1.744 = 3.44MPa幻.MX 二 repm =8

7、7 X 1.05 X2. 554 = 2.33MPa其中，考慮接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)化=0. 87(B.2.1條)；綜合系數(shù)仁= 1.05 (表 B.2.1)；疲勞應力系數(shù)檸=疋= (74.8x1()4)08 二 2.162式523-1)。(5) 溫度應力由表3.0.10,最大溫度梯度取88弋/«1。按式(B. 3.3-1)-式(B.3.3-3)計算綜合溫 度翹曲應力和內(nèi)應力的溫度應力系數(shù)Bz3r3 xO. 763 -Eros廣 Rinh( 1.97)ros( 1 97) + cosh( 1.97 ) fiin( 1.97)，-L " cos(1.97)sia(1.97

8、) +shih( 1. 97)cosh(l. 97)"'宀心 込垃=L77e"4, xCl-0. 131(1 -C；) = 1.77廠*''*®"” xO. 838 -0. 131 x(l -0.838) = 0.508按式(B.3.2)計算最大溫度應力：-/E怦1029 00x0.23x88x0.509MPa2 . 2溫度疲勞應力系數(shù)代按式(B. 3.4)計算。/1491 r 加皿1小2叫冇)-0.0411=0.46kfS,maK再由式(B.3.1)計算溫度疲勞應力：幾=kSz =0.46 X 1.49 =0. 69MPa(6結(jié)

9、構(gòu)極限狀態(tài)校核查表3.()1及表3.0.4,二級公路、中等變異水平條件下的可靠度系數(shù)X取1.13。 按式(30.4 1)和式(30.4-2)校核路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)是否滿足要求。*人(67嚴 + 6)=1.13x(3.44+0.69) =4. 67 >7；=4.5MPa4.5兒5嚴 +S.Q =1* 13 x（2,33 +1.49） =4, 32対=4,5MPa顯然，初擬的路面結(jié)構(gòu)不能滿足要求口將混凝土面層厚度增至0.24m,重復以上計 算'得到荷載疲勞應力竹嚴最大荷載應力竹皿-2. 21MPa,最大溫度應力 rT,_ = L47MPa,溫度疲勞應力 =0,67MPa,然后再進行結(jié)鈎

10、極限狀態(tài)驗算。y（竹 +0二1 13 X （久 26 +0 67） =4.46対 詔.5MP日丫心PE +仇«）蘭 1 13 X （2 21 r L47） =4 16今=4* 5MPa滿足結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)要求，所選的普通混凄土面層計算厚度0.241可以承受設計基準 期內(nèi)設計軸載荷戦和溫度梯度的綜合疲勞作用，以及®重軸載在最人溫度樣度吋的一次 極限作用.取設計厚度30 25m.rg，再計算面層、基層荷載、示例2水泥穩(wěn)定粒料基層上混凝土面板厚度計算序號路面結(jié)構(gòu)厚度（m）備注1普通水泥混凝土面層0. 26Fr = 5. 0 MPa2水泥穩(wěn)定砂礫0.2 0E=2000 MPa3級配礫石

11、0 . 1 8E= 2 5 0 M Pa4路基：低液限粉土查表 E. 0 . 1- 1 E=100 MPa距地下水位1.0m，查表E. 0.1- 2濕度調(diào)正系數(shù)0. 80路床頂綜合回彈模量 E=100 X 0.80= 8 0 MPa要點（彈性地基雙層板模型 ）(1)(2)(3)(4)一級公路設計軸載累計作用次數(shù)Ne=1707X 104次 重交通荷載等級；板底當量回彈模量值 Et =1 2 5 MP a;設計軸載 Ps=100 KN ;最重軸載 P m =180 KN;由面板、半剛性基層的彎曲剛度，求出路面結(jié)構(gòu)總想對剛度半徑 溫度應力（下層板溫度應力不需計算）；設計厚度0.27m=算厚度0.26

12、m+0.01m ;示例2水泥穩(wěn)定粒料基層上混凝土面板厚度計算-公路自區(qū)劃WE新建一條一級公路,路基土為低液限粉土路床頂距地下水位 10叫當?shù)卮旨弦缘[石為士。擬釆用普通混凝土面層，基層采用水泥穗定砂礫。經(jīng)交 通凋査分析得知”設計軸載為巴=100駅,最®軸載P屯J戲k凡設計車道使用初期標準 軸載a作用次數(shù)為3 200,交通量年平均增反率為5% °(1)交通分析由表3.0.1,級公路的設計基準期為30年，安全等級為一級。由附錄表A. 2.4,臨 界荷位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.22。按式(A.2.4)計算得到設計基準期內(nèi)設計 車道標ft荷載累計作用次數(shù)：他=1(1+&

13、;)-1山65"2005匕£八1曲65"22" 707 仙次!/3=0. 878 m0- 05由表3.0.7可知，屬重交通荷載尊級。(2) 初擬路面結(jié)構(gòu)施工變異水平取低等級。根據(jù)一級公路重交通荷載等級和低變異水平等級，査表 43,初擬普通混凝土面層厚歧為0.26m.水泥穩(wěn)定砂碌基層0.20ni,底基層選用級配礫 石，序0.18m。單向'路幅寬度為2x3.75m(行車道)+2. 75m(硬路肩)，行車道水泥混凝 土面層板平面尺寸取5.0mx3.75ni,縱縫為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。硬路 肩面層采用與行車道面層等厚的混凝土,并設拉桿與行車

14、道板相連。(3) 路面材料參數(shù)確定按表3.0.8和附錄E.0.3,取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為S.OMPa,相應的 彎拉彈性模量與泊松比為31CPa.0.15o礫石粗集料混凝土的線膨脹系數(shù) = 11 xlO-VlCo査表E.O. 1J,取低液限粉土的回彈模量為lOOMPao査表E.O. 12,取距地下水位 1.0m時的濕度調(diào)整系數(shù)為0. 80o由此,路床頂綜合回強模*取為100x0. 80 = 80MPa。 査附錄E.0.2,水泥穩(wěn)定砂礫基層的彈性模量取2 000MPa,泊松比取0.20,級配礫石底基層回彈模量取250MPa,泊松比取0.35。按式(B2 4l) 式(B24-4)計算板底

15、地基綜合0彈模量如下:nI 2 IT'*£" £(民EJ/££ - 25OMPUh* = E兒=/j| =0. ISmI 1a=O. 26In(AJ +0. 86=0.26xln(0. 18) +0. 86=0.414/250°"爺 1 x8O = 128.2MPa板底地基綜合回彈模a 5取為125MPao混凝土面層板的彎曲PH度2式(B. 2.2-3),半剛性基層板的彎曲剛度2 式 (B.4.1.2)J、路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑H式(B.4.1.3)為：E= 31 000x0.26：二 46.4MN.*12(1-#)

16、12x(1-0.15').¥歧、.2000x0.20 .1.39MN.nx12(112x(1-0.20*)/0+久厲./46.441.391叫一& ) "21x(. a(4)荷ft應力按式(B.4.1-1),標準軸和極限荷載在臨界商位處產(chǎn)生的荷載應力為：L 二 £3學糸7"九二 C ¥叮 XO.878O& X0.267 x 10)0 二 i.452MPa 1+ UJ Ug,1.39+ 4<r=泮孚纟二丁町2死* =冷胃? X0.878。& xO.26U18O°9 = 2.522MPaI + DJD

17、J L3946.4按式(R.2.1)計算面層荷載疲勞應力，按式(B.2.6)計算面層*大荷載應力。Op. = kjchj =0. 87 x2. 584x1. 10x1.452 =3. 59 MPaS.z=以2"= 0.87x1.10x2.522 = 2.41 MPa其中;應力折減系數(shù)&-0. 87( B. 2.1條)；綜合系»你=1. 10(表B.2.1)；疲勞應力系數(shù)k產(chǎn) NA (1 707 xlO*)®®= 2.584iC(B.2.3-l)o(5)«度應力由喪3.0.10,最大溫度梯度取92 T：/in.按B.3.3和R5.2計算綜

18、合溫度翹曲應力 和內(nèi)應力的溫度應力系數(shù)久。,1 /i« 加 "1) 0.26hpk*瓦丿p!藥麗"=4 613MPa/mfDfb 11/446.4 x1,391*(4.4 + 1.39) X4613J-°13血=幺丿：-2)片=(4 613 x0. 878-46.4)x0.13卩< (4 613 xO. 131* -46.4) xO.878''" *f - Z 二° - I 903r3xO. 878f .( 1 sinh( 1. 90)co8( L 90) + co6h( 1 90)8in( 1.90) _ 0.

19、200n o池L 1cos(L90)sir(l.90) + sinh ( 1.90) cosh fl； 90) = FTo. 199 "=xCl-0. 131(1 -Q) =l«77r-*"®"*x0.833 -0.131 x(1 -0. 833)= 0.438按式(B. 3.2)計算面層最大fi度應力:S" = ?s=15Ex31 畀 X0.26X92 小 43* 79MPa溫度疲勞應力系數(shù)&，按式(B. 3.4)計算：5.00.841x()5-0.058 =0.442按式(B.3.1)計算溫度疲勞應力：幾二 hSg = 0

20、.442 X 1.79 = 0.79MPa（硏結(jié)構(gòu)械限狀態(tài)校核査表304,級安全等級，低變異水平條件下，可靠度系數(shù)兀脫L 14。按式（34小和 式6042）校核路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)是否満足婆求：弘（0>+6）=1 14x（3. 59 +0.79） =4. 99Z=5.OMPa幾（竹Z *化r 2 X （2.41 " 79=4. 79莖£ = 5. OMP.擬定的由計算厚度b 26m的普通混凝土面層和度l«in的水泥穩(wěn)定粒料基層組 成的路面結(jié)構(gòu)滿足夏求,可以承受設計基準期內(nèi)荷栽應力和ffi度應力的綜合疲勞作用，以 及最重軸載在最大溫度拂度時的一次作用.取幄凝土面層

21、設計厚度為6 271,0,(5)(6)示例3碾壓混凝土基層上混凝土面板厚度計算序號路面結(jié)構(gòu)厚度（m）備注1普通水泥混凝土面層0.30Fr= 5 . 0 MPa2瀝青混凝土夾層0.043碾壓混凝土0 .18Fr =4.0 M P a4級配碎石0.20E=2 50 M Pa5路基：低液限粉土查表 E.0 . 1-1 E=95 MPa距地下水位2.0m,查表E . 0. 1 -2濕度調(diào)正系數(shù)0.85路床頂綜合回彈模量E = 9 5X 0 . 8 5 = 8 0 MPa要點（彈性地基雙層板模型）(1)(2)(3)(4)一級公路設計軸載累計作用次數(shù)Ne=3 .186 X 1 0 8次 特重交通荷載等級；

22、板底當量回彈模量值E t = 1 30 MPa ;設計軸載Ps=100 KN ;最重軸載Pm=2 50 K N;由面板、半剛性基層的彎曲剛度，求出路面結(jié)構(gòu)總想對剛度半徑rg,再計算面層、基層荷載、溫度應力（下層板溫度應力不需計算）；面層與基層豎向接觸剛度設夾層取 30 0 0 M Pa,不設夾層按式（B .5 . 2 5）計算；設計厚度 0.3 1m=算厚度 0. 3 Om+0.0 1 m ;示例3碾壓混凝土基層上混S土面板a度計算公路自然區(qū)劃M區(qū)新建一條髙速公路單向三車道，行車道寬路基土為黃 土（低液限粉土人路床頂距地下水位2. Og當?shù)豐集料主要為花崗巖.擬采用碾壓混凝 土做基層。經(jīng)交通調(diào)

23、査分析得如，設計鮎載化"OOkWJRi軸載作= 2S0k«設計車E 使用初期設計軸載日作用次數(shù)為42 000,交通量年平均增隹率為7% =（1）交通分析由表 Ml禺速公路的設計*準期為30年，安全等纏為一級由表他2. 4,臨界荷 位處的車輛輪跡橫向分布系數(shù)取ft 22：按式（A 2,4）計算得到設計慕準期內(nèi)設計車道 標準荷載累計作用次數(shù)：&0.07由表3*0.7可燉，屬特重交通荷載鄒級。(2)初擬路面結(jié)構(gòu)由衷3.0.1，相應于安全等級一級的變異水平等級宜為低級。根據(jù)高速公路特重交通荷載等級和低變異水平等級，査表43,初擬普通混凝土面層厚度為0.30m,碾壓混擬土 基

24、層O.lSm,面層與基層之間設W 40mm事的瀝青混凝土夾S,底基層選用級配碎石，厚 0. 20mo水泥混凝土上面層板的平面尺寸：長為5.0m.寬從中央分隔帶至路肩依次為 4ni、4ni、3.75tn?？v縫為設拉桿平縫，潢縫為設傳力桿的假縫。碾壓泯凝土設縱縫一條、 橫縫間距5mo硬路肩寬3. 50m,采用與行車道等厚混凝土并設拉桿與行車道板相連。(3)路面材料參數(shù)確定按表3.0.8和附錄E.O.3,取普通混土面層的彎tt強度標準值為5.0MP&,相應彎 拉彈性«量和泊松比取31GPaAI5；«|壓混凝土彎拉強度標準值為4.0MPa,相應彎拉彈 性模*、泊松比為27C

25、PsO. 15?；◢弾r為粗集料的混凝土熱膨脹系數(shù)a. = 10 X 10 弋。杳表£.0. 1-1取低液限粉土的冋彈模量為95MP磯査表E. 0. 12,取距地F水位 2.0m時的®度調(diào)整系數(shù)為0.85,由此得到路床頂綜合冋彈模*為95 x0.85 = 80MPa, 杳附錄E.0.2,級配碎石底慕戻冋彈模®取25OMPa。按式(B.2.4)計算板底地基綜合當 *回彈模*如下：E, = £(人離)/£尿=25OMPah. = 5LA. = A| =0. 20mi * Ia = 0. 261n() +0.86=0. 26xln(0.20) +0.

26、86 = 0- 442E產(chǎn)(才)E。彳誥)x80 = 132.4MPfl板底地基綜合當回彈模暈E.取為130MPa、««±面S板的彎曲剛度2式(B.223)、半剛性基層板的彎曲剛度久式(B. 4.1-2),路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑朮式(B41.3)為：C31 000 x 0. 30D. = :=- = 5 = 71.4MN m12(1 .記)12x(1 -0. 15；)M= 27QOOxO】8： 3.4MN mb 12(1-：)12x(1 -0,15')(4)荷載應力按式(B.4.1)，標準軸載和最直荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力計算如下：L45xm :驚片

27、1 :丁, xl.049g0.30 J xlOO" = 1.062MPaI + j1 + 空* + 271.4cTpm = 145 X 器;：.6窮7疋駁二 145 x：0xl049°®0 xZSO" = 2.512MPa + 271.4%，二 hH-罟乜 耳皿岑唇X 1.0492x0. 18 xlOO® * = O.539MPa1 +久飛4按式(B. 2.1)計算面層荷載疲勞應力：O貝 ukifke” =0.87 x3.053 x 1.15 xl. 062 =3.24MPa 按式(B.2.6)計算面層最大荷載應力：訃少_= 0.87x1.15

28、x2.512 = 2.51 MPa 按式(B.4.2-1 )計算基層荷載疲勞應力：O'bp = khtr 亦=3. 570 x 1.15 xO. 539 =2.21 MPa其中:接縫傳荷應力折減系數(shù)=0.87(3.2.1條);綜合系數(shù). = 1.15(表B. 2.1)； 面層疲勞應力系數(shù)&盧N： = (3186xK)')w= 3.053式(B.23l)； «層疲勞應力系數(shù)人=疋=(3.186 xl0')°g = 3.570式(B23l)h (5)溫度應力1/4=0. 248m由S3.0.10,最大溫度梯度取90 r/m,按B.5.2條，面層與

29、基層之間(設瀝青混凝 土夾層)的豎向接觸剛度化取3 OOOMPa/mo按B.3.3條、B52條計算綜合ffl度翹曲應 力和內(nèi)應力的溫度應力系數(shù)民：71.4x13.4(71.4 + 13.4) x3 000r 一 f DA 卩(久+久)&.(V；-DJ< .(3()O1X1.O49；-71.4)X0.248；(3 000x0.248* -7L4) xl.049'(-LLQ £ 59r 叮 3x1.049-2CI _ I 1 sinh( 1. 59)c(»( 1.59) + coah( 1. 59)&n( 1. 59) .0.419?命5'

30、U +f)cc»(1.59)sin(1.59) f 8inh( I. 59)co3h( I. 59) " I +0. 784Bl = 1.77e *« xCt-0. 131(1 -CJ = 1.xO. 764-0. 131 x(l -0. 764)=0. 322按式(R.3.2)計算面層最大溫度應力：6十呼鋸0 X E 430x90x0. 322 “35MPa溫度疲勞應力系數(shù)&，按式(B. 3.4)計算；041 =0.385再由式(B.3.I)計算溫度疲勞應力為：仇=匕6.林=0. 385 X 1. 35 =0. 52MFa(6)結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核査表34.

31、4備定可靠度系數(shù)齊-1.3仇 按式（3,0.4-1）和式（3. 0,4.2）校垓路面結(jié) 構(gòu)極限狀態(tài)是否滿足要求t竹（er 產(chǎn)-k 30 X （ 3. 24 + 0. 52 ） = 4. 89 </； = 5. OMFah（巧心"mJ 二【33 （2 +L35） =5*02"0丸"01%YrObp,二 13）k22【=2.87就=4. OMPa所擬路面結(jié)構(gòu)滿足車輛荷載和溫度梯度的綜合疲勞作用，最重軸載在晟大溫度梯度 時的一次作用產(chǎn)生結(jié)禰應力與渥凝土彎曲強度相當.取淚凝土面層設殲斥度為0. 31rr. 貧混凝土堪層設汁厚度為幺18m,瀝青混土夾層沒計厚度0. 0

32、4m示例4面層復合板的厚度計算要點（復合板模型）序號路面結(jié)構(gòu)厚度（m）備注1橡膠水泥混凝土0. 0 8F r=4.5 MP a2普通水泥混凝土面層0 .1 7Fr=5.0 MP a3水泥穩(wěn)定碎石0. 20E=2000 MPa4級配礫石0.2 0E=2 50 M P a5路基：低液限黏土查表E .0.1-1 E= 8 0 MPa距地下水位 0. 9m,查表E.0 . 1-2濕度調(diào)正系數(shù)0.70路床頂綜合回彈模量 E = 80 X 0. 7 0=60 MPa(1)(2)(3)一級公路設計軸載累計作用次數(shù)N e =4 0 0X 104次重交通荷載等級；板底當量回彈模量值Et = 110 MPa ;設

33、計軸載 P S =100 KN;最重軸載Pm=180 KN;(4)先計算出復合板的等效彎曲剛度De、he等效厚度、半剛性基層板的彎曲剛度 Db、路面結(jié)構(gòu)總想對剛度半徑rg，再計算復合板的荷載、溫度應力;計算厚度0. 0 8m的橡膠水泥混凝土與0.1 7 m的普通混凝土復合而成的面層滿足要求。示例4面S復合板的瘴度計算公路自然區(qū)劃n區(qū)某一城市新建一條穿城四車逍一級公路，路基土為低液限黏土路 床頂距地下水位0.9m,地區(qū)粗集料為石灰?guī)r。擬采用®層復合板:低噪聲的橡膠水泥混 »土上面層+普通混凝土下面層，基層迭用水泥穩(wěn)定碎石。經(jīng)交通調(diào)査分析得知，設計軸 eP.=100kN,極限軸

34、載P.=180kN.設計車道便用初期標準軸裁D作用次數(shù)為750,交通 *年平均增長率為5%0(1)交通分析由畫3.0.1,級公路的設計準期為30年，安全等級為一級。由表A.2.4.臨界荷 位處的*輛輪跡向分布系數(shù)取0.22。按式(A. 2.4)計算得到設計基準期內(nèi)設計車道 標準荷載累計作用次數(shù)：gr如(I吒滬1空 ms迦仙次由表3.0.7可知,富重交通荷載等級。(2) 初擬路面結(jié)構(gòu)由表3.0. I，相應于安全箒級二級的變異水平等級為低-中級。根據(jù)級公路fi交 通荷載尊級和中等變異水平等級杳表43初擬面層復合板厚度為0.25m,其中，豫膠水 泥混讎土上面厚0.08m,通水泥混凝土下面厚0.17m

35、.水泥穂定碎石層0.20叫底基 層送用級配礫石，厚0.20mo行車道水泥混蜒土路面板的平面尺寸為5.0inx3.75in,縱縫 為設拉桿平縫,«縫為設傳力桿的假縫。硬路肩寬3. Om,采用與行車道年厚普通混凝土 面層，并設拉桿與行車道板相連。(3) 路面材料參數(shù)確定按表3.0.8.和附錄E.O.3.取普通混凝土面層的彎拉強度標準值為5.0MPa.相應彎拉彈性模就和泊松比為31GPa、015;橡膠水泥混凝土彎拉強度標準值為4.5MPa,彎拉彈性模量和泊松比為27GPa,0. 15。粗集料為石灰石的混凝土熱膨脹系數(shù)a, =8 x 10"/七。査E. 0.1-1.®低液

36、限黏土回彈模*為80MPa.査表E.0.1.2,取距地下水位0.9m 時的®度調(diào)整系數(shù)為0.70。由比，路床頂綜合回彈模量為80 x0. 70 =<50MPac査附錄 E.0.2,水泥穩(wěn)定碎石基層彈性模ft取2 OOOMI>a,泊松比取0. 20；級配礫石底基層回彈模 &取250MPa,泊松比取0.35。技式(B.2.4)計算板底地綜合回彈模fi如下：&二gS£)/ i疋二百=250MPa人=0. 20mIia=0. 261n(人)+0. 86 =0, 26 x In(0. 20) +0. 86=0- 442E =(詈)1。=(鬻廣 X 60 =

37、 112.7MPa板底地基塚合回彈模量E,取為110 MPao混凝上面層復合板的等效彎曲剛度N式(B611)A等效厚度式(B61.2)、半 剛性基層板的彎曲剛度仇式(B.4.1.2)、路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑譏式(B. 4.1-3)計 算如下： 方=魚土如蛍曲型* 12(1 -辺)4(1 -拓)+27 000 xO. 06 +31 OOP xO. 17 (0. 08+0. 17)*/I1二12(1-0. 15?)* 4(1 -0.15')(27 000 x 0.08 31 (X)OxO. 1712(1-0.152)=3&7MN - m注_Af.占佩傀+ g)27 000x0.08

38、x(0.08+0.17)二 2127 000x0.08 + 31 000x0.17=0.121in斤4.42 鷹 346"4 = 1. 21(塔2 廣=1. 21 X (理罟嚴”0. 861m(4)荷載疲勞應力按式(B4 H)和式(B6 1-1),計算設計軸載和jfta荷載在te界荷位處產(chǎn)牛.的荷載應力： 。廠皿5雪匸1 墮響 'x0 8刖1« xo 2462 X 100°* = 1. 596MPa1 + 385皿卸卷 *a 8642x0. 246 J 180" = 2. 772MPa十30按式(B.2.I)計算面層復合板荷載疲勞應力，按式(B.

39、2.6)計算面層復合板最大荷 載應力：叭產(chǎn)卜尿”戶=0. 87 x2. 379 xl. lOx 1. 596 =3. 63 MPa"e 二 0.87 x 1.10 x2. *772 = 2. 65MPa其中:接縫傳荷能力的應力折減系數(shù)Jt,=0.87(B.2. 1條)；綜合系數(shù)A：, = I.1O(B.2. I),面層疲勞應力系數(shù) Ar = W、(400"(n°g 二 2.379式(R.2.3.UL(5)溫度應力由表3.0.10,最大泡度梯度取84弋Zg,按Ei.3.3Jk5.2條計算綜合溫(SJfflffi應力和內(nèi)應力的溫度應力系數(shù)血：.If心 Au"

40、 1/6 245 丄伝廠瓦)=寸藥而+f 也"丨(人5兒(切：-幾)；= 4 634Mra/mZ r3& 7x1. 39=7+ L 39) x4 6341 比口血_、"&3 P - _ (4 634 >0. S64* -3&7) xpiQ- 一。三畀""；-幾)廣 (4 634x0. 130* -fi.7) xQ. R64 三'丄7聊廠 - f 1 sinh(1.93)foig( 1. 93) + fosh( 1 93) in(1,93) _ . (L IR3lri7Jco9(L93)smfL93) + sinh(

41、L93)c®h( LSJ3) "l +0.232班= l7?p '吋亠也131(1 -CJ = 1.77貳 4*8 xU：85l -ftjn x! -O.gSl)= 0*472胺式262.1)、式(B. 622)計算面層復合板最大Si度應力； 申“ .(0.08 x 27 000m270W厲僅備,小廣W6 27 K叫000 十叭3麗 -2 -市卜 1.036 _咲兒島(h痔】+3)” _g xlO * x84 x3l 000 X (0. OS +必 17) 巧g =比傭=2*sO.S5120. 472xL 036-l.：7MPa溫度疲勞應力系數(shù)&，按式(B-

42、3M)計算:4牛心。1.271再由式(B. 3,1、計算溫度疲勞應力:-0. 041 =0, 370=此=n. 370x1,27 = n 47MPa(6)結(jié)構(gòu)&限狀態(tài)狡核査表左04,一級公路、中變異水平下的可靠度系數(shù)% = L 21),按式心衛(wèi).41)和式 (3.ft,4.2)校核賂面結(jié)構(gòu)輾限狀態(tài)是否滿足姜求：齊(7產(chǎn) J = 1. 20 只(工 63 +0.47) 4. 92 wR =2 0Mb兒(叫 +6 ) =1-20x(2.65+1.27) =4. 70/=5.()MPy擬定的由計算厚度乩囲m的楝膠水泥泯凝十與(X】7m的普通混凝土復合而成的® 蔗滿足蜜求J町以承受設

43、計基準期內(nèi)荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用”以及是5軸戟 在最大溫«梆度時的一次作用。示例5舊混凝土路面上加鋪瀝青混凝土設計要點：復合式面板，瀝青上面層的作用主要是提供路面的表面使用功能，并有一定承載作用， 通過分析增加40 m m瀝青上面層方可減小 1 0 mmf昆凝土下面層厚度?；炷涟迨侵饕休d層，其作用類似于普通混 凝土面層，這是計算分析及設計的主要著眼點。通過對有瀝青上面層的混凝土板的三維有限元法分析， 得出了荷載應力與溫度應力的修正公式及有關計算系數(shù)，并繪制出計算諾模圖。計算時，應先求無瀝 青上面層時混凝土板的應力，之后再考慮瀝青上面層的影響，從而得到有瀝青上面層的混凝土

44、板的荷 載應力和溫度應力。序號路面結(jié)構(gòu)厚度(m)備注1瀝青混凝土加鋪層0.10細粒式瀝青混凝土 4 0 mm 粗粒式瀝青混凝土 6 0 m m2舊混凝土面層0.26Fr =4.5 MPa (調(diào)查實測)3基層頂面調(diào)查結(jié)果基層頂面回彈模量標準值E=100 MP a(1)已建一級公路剩余設計基準期30年內(nèi)設計車道設計荷載累計作用次數(shù)Ne=3.7 3 X 107次重交通荷載等級；設計軸載 Ps= 1 0 0 KN ;最重軸載 Pm= 200 K N ;舊路通車10年,再設計使用年限30年，是由于瀝青加鋪層保護作用，可再使用3 0年；經(jīng)計算，所選瀝青混凝土加鋪層厚度(0.1m),使得舊混凝土面層不僅可以

45、承受設計基準期內(nèi)荷載應力和溫度應力的綜合疲勞作用，也可以承受最重軸載在最大溫度梯度時的一次作用。示例：舊混凝土路面上加鋪瀝»®«±層設計公路自然區(qū)劃IV的一條已建一級公路"原混凝土面層厚0.26m.板長5叭縱縫為設拉 桿平縫，橫縫為設傳力桿假縫，基層為厚02t)n.的水泥穩(wěn)定砂礫.經(jīng)交通調(diào)查分析得知. 設計軸載/>100冊，最重軸載化=200m設計車道目前沒計軸軌日作用次«為7 000, 已矍成通車10年.經(jīng)W香評定路tffl損壞狀況和接縫傳荷能力的分級標準為憂良、無板 底脫空。舊混S上路面結(jié)構(gòu)參數(shù)訓査納果:彎拉強度實測標準值為

46、45MIV彎拉?性模 *標準值為MCP叫基E頂面回弾模S標準值為lOOMPfl.擬加鋪瀝脅泯凝土面層，以故 善路面使用性能©:試確定瀝青混擬土加鋪E序度。(1) 交通分析由表30】L級公路的設汁基準期為孔年。由表A.2.4,臨界荷位辿的弔輛輪跡橫 向分布系數(shù)取0.22.取交通融年半均増長率為5嘴5按式(A.2,4)計算，楓余設計基準 期內(nèi)設訃車道設計荷載累計作用次為：N.=血丄嗎J 000 H (匕票)7"藥5 m 32赳73 X曲次由表4.67可知，屬重交通繚級。(2) 初擬路面結(jié)構(gòu)根據(jù)規(guī)范& 6,4條的觀定”初擬曲ft混凝土面加鋪層厚度為山I叫由40n.m細拉式

47、 ®書混凝土和60mm粗粒式瀝青混凝土兩層組成.按彈性地基單層板進行路面結(jié)構(gòu)的應力分析，(H舊混凝土路面剛度半輕混凝土面層的彎拉強度標準値為<5MPa,相應彎拉彈性模S為29GPa泊松比為0.15。粗集料為礫石的泯凝上熱膨脹系數(shù)a =10xl0-VACo基層頂面當fi回弗模量耳 取 lOOMPao按式(B.2.2-3)計算混凝土面層板的彎曲剛度2：Dq -= i 八5二=43 45MN rat 12(1 -pj) 12 x(l -0. 15?)按式(B.2.2-2)計算路面結(jié)構(gòu)總相對剛度半徑F/D 嚴/43 45"21 列才)=1.21 x() =0.96：&

48、疋 29 000 xO.26(4) 荷載疲勞應力按式(B.2.2-1)，設計軸載和極限荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力計算:b廠1.47燈0沖7%；2疋94=147 xlO' x0.9ie°卞 xO. 26- X 100®=1.551 MPacz 產(chǎn)二 1.47x10"%；憑乂= 1.47x10" xO.916° 沁 xO. 26x200® =2.976MPa由 =0. 26in.£/£, =29 ()00/100 =290,査圖 C. 1.2,得Q = L 53。按式(C.1.2-1),式(C.1.2.2)

49、計算有瀝青混凝土上面層的舊混凝土板在設汁軸載和 極限荷載作用下臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力為：<rps. = (l 人)S« = (l -1.53 xO. 1) X 1.551 =1.314MPa0呻=(1 -僉他)0丹=(1 -1.53x0. 1) x2. 976=2. 521 MPa按式(B.2.3-1)計算疲勞應力系數(shù)：k產(chǎn)比=(3. 73 XIOY® =2.701根據(jù)B. 2. 1條，取應力折誠系數(shù)& =0.87，綜合系數(shù)A,=l. 10。按式(B.2.1)計算混凝土面層的荷載疲勞應力，按式(B.2.6)計算最大荷敎應力：a料= &&&am

50、p;”嚴=0. 87 X2.701 xl. lOx 1. 314 = 3. 3尹MPa0p,m*x=0- 87 X 1.10 X 2.521 =2.413MPa(5) 溫度疲韶應力根據(jù)表3.0.10,1V區(qū),無瀝青上面層時溫度梯度為89X：/mo =0.1m時，査表C.2.1 得溫度梯度修正系數(shù)=0.59,11,溫度梯度r,=89 x 0.59 = 53 %：/m,按式(B.3.3-1)、式 (B. 3.33)計算綜合溫度翹曲應力和內(nèi)應力的溫度應力系數(shù)久:=1 8193r 3x0.916C _ I 3inh( 1 819) cQs( 1. 819) + coMH 1. 819)山( 1.819

51、) _仃L 二cos(1.8I9)sin(L819) + sirh( I. 819)cosh( 1.815)'Bl = 1.77 xeYMuaM xO.748-0. 131 x(l -0.748) =0. 380按式(B.3.2)計算最人溫度梯度時混凝土面層板垠大溫度應力：gEJiJ" 10x10" k29000xO. 26 x53 Sg = 2_ 久 2xO- 380=0. 759MPa-k = j -查友區(qū)宀基0 841 A =0. 058,= 1. 323©溫度疲勞應力系數(shù)A.按式 (B.3.4)rt 算：2僉W芳7，ntiL1.523-0. 05可

52、=0.129按式(B3.1)計算面懇板溫度疲勞應力t% 二熱129x0, 759 = a, 097 9MPa 由扎=0,為m和 生瓷29 OOOM旳，査圖C.2. 1,得門三仇弧 按式(C2.1-1)、式(C-N 1-2HIM有瀝上面層的混凝上面層板溫度菠勞應 力和最大溫度應力：叭帀=(1= (1 +0.675 xO. 10) xC. 097 9=0. 105MFa<7=(1 +匕久).=(1 +0.675 xO. 10) xO. 759 =0一 &10MPae)結(jié)構(gòu)扱限伏態(tài)校核 杳表工ai 級公路的安全奪圾為一級目標可靠度為90眼變異水平等級為中級" 再畫表3.0.4

53、,確定可靠度系數(shù)片=1.20.按式(3.0.4-1)和式(3.0,43)計算： 兀(<?聲+少山,)=h 20 x(3. 397 +0. 105)基4 20 WJ； =4.5MPa齊2=1.20x (2.413 +O.X1O)=工肪買莖7；=4一5旳卩訊因而廁選瀝青混凝土帥鋪層厚tf(O.lm).便得【日混離土面層不僅可以承受沒汁基 «期內(nèi)荷載應力和溫度應力的綜舍疲勞作Mb也可以承受最巫軸載在最大溫度梯度時的 一次作用口示例6連續(xù)配筋混凝土路面配筋設計序號路面結(jié)構(gòu)厚度(m)備注1連續(xù)配筋混凝土面層0. 2 6Fr = 5.0 M P a, fc = 4 2 MPa ,ft =

54、3.22 MP a2水泥穩(wěn)定碎石0.18E=20 00 MPa3路基：黏土1 0m 鋼筋直徑 ds(1)(2)要點：連續(xù)配筋混凝土路面厚度設計方法和流程與普通混凝土路面相同，其面層縱向配筋率確定方法以橫向裂縫平均間距、橫向裂縫縫隙平均寬度以及鋼筋屈服強度作為控制標準，是參考美國力學一經(jīng)驗法設計指南中引用的連續(xù)配筋混凝土路面縱向配筋率計算方法得出的。對原規(guī)范關于連續(xù)配筋混凝土路 面縱向配筋率計算的相關內(nèi)容做了校大修改。(4)(5)(6)(7)(8)一級公路重交通荷載等級；縱向鋼筋選用 HR B335鋼筋，設配筋率P =0 .7 5 %，鋼筋的埋置深度Z =0. =16mm計算橫向裂縫間距：平均裂

55、縫間距：計算得到Ld = 0.72 2 m 0.72 m1 . 80m的要求)。計算橫向裂縫平均縫隙寬度:bj = 0. 4 5 3 -0 .45m m,小于縫隙平均寬度計算裂縫處縱向鋼筋應力：b s= 323.1 6 2 MPa (小于鋼筋屈服強度3 3計算結(jié)果滿足裂縫寬度、裂縫間距和裂縫處鋼筋的應力三方面的要求 筋率是合適的。鋼筋間距或根數(shù)計算 橫向鋼筋按6.2 . 1應位于縱向鋼筋之下(小于裂縫平均間距0.5 0mm的要求。5MPa,因此初擬的縱向鋼筋配:或每延米縱向鋼筋根數(shù)為1/0.103 = 9.7 10根條計算確定，并應滿足施工時固定和保持縱向鋼筋位置的要求。橫向鋼筋；橫向鋼筋間距宜為30 0 6 0 0mm直徑大時取大值;橫向鋼筋宜斜向設置，其與縱向鋼筋放入夾角可取60°。示例：連續(xù)i£筋混凝土面層縱向ffi筋計算公路自然區(qū)別mix新建一條一 as公臥®左a荷載等級血用連續(xù)配筋混凝十.面層厚 0- 26mo路基土*»土，基層采用厚6 ISmW水泥穗定碎石。（1）計算參數(shù)