水泥路面設(shè)計

1、公路水泥混凝土路面設(shè)計一、軸載換算水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計以100KN的單軸 - 雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載。不同軸輪型和軸載的作用次數(shù)，按下式換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。nPi16N siN i100i 1i 1.0710 5 Pi0.22（1） ；（3） ；i2.2210 3 Pi 0.43i2.2410 8 Pi 0.22（ 2）（ 4）Ns 100KN的單軸 - 雙輪組標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)；Pi 單軸 - 單輪、單軸 - 雙輪組或三軸 - 雙輪組軸型 i 級軸載的總重（KN）；軸型和軸載級位數(shù)；Ni 各類軸型i 級軸載的作用次數(shù)；i 軸 - 輪型系數(shù)，單軸 - 雙輪組時， i =1；單軸 - 單

2、輪時，按式（2）計算；雙軸 - 雙輪組時，按式（ 3）計算；三軸 - 雙輪組時 , 按式（ 4)計算。軸載換算車型Pi (KN)Ni (次/Pi)16i日)i Ni (100小客車前軸16.566526540后軸23.0126540中客車前軸25.555517560.0001SH130后軸45.1017560.0022大客車前軸28.70524.216310.0018CA50后軸68.20116313.5728小貨車前軸13.40727.316250BJ130后軸27.40116250中貨車前軸28.70524.27050.0008CA50后軸68.2017051.5443中貨車前軸23.70

3、569.15310EQ140后軸69.2015311.4682大貨車前軸49.00416.57763.5695JN150后軸101.6017761000.37特大車日野前軸50.20412.17565.0674KB222后軸104.3017561482.7595拖掛車前軸60.00381.7515.4918100（3五十鈴后軸0510軸）ni Ni ( Pi)162503.8457Nsi 1100上表為雙車道雙向交通調(diào)查結(jié)果，取交通量年平均增長率為11.1 。小于 40KN的軸載可略去。調(diào)查分析雙向交通的分布情況，選取交通量方向分布系數(shù)，一般取0.5 ，車道數(shù)為 1，所以交通量車道分布系數(shù)取

4、1.0 。Ns=0.5 ×1.0 ×2503.8457=1251.9228 次查公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002) ，此路面屬重交通，設(shè)計使用年限為20 年。由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002) 取輪跡橫向分布系數(shù)為0.37 ，可計算得到設(shè)計年限內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù) Ne 為：N s 11 365N e=10980291.39次二、路面板厚度計算設(shè)計道路路基為中濕狀態(tài)，故按以下步驟進(jìn)行路面板厚度計算1 、初擬路面結(jié)構(gòu)查公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002) 表，初擬普通水泥混泥土路面層厚度為h=0.24m, 基層選用水泥穩(wěn)定碎石

5、（水泥用量為5），厚為 h1=0.20m。墊層選用厚度為h2=0.20m 的天然砂礫。普通水泥混凝土板的平面尺寸寬為4.0m, 長為 5.0m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿假縫。2 、材料參數(shù)的確定（1）混泥土的設(shè)計彎拉強(qiáng)度與彈性模量按公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002) 表，取普通混泥土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fr5MPa , 相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為Ec31GPa（2）土基的回彈模量參照公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002) 附錄 F，路基回彈模量取 E035MPa 。查附錄 F.2, 水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取E1 1500MPa ，天然砂礫回彈模量取 ?。2=

6、 175?按式（）計算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下：220.22×1500 + 0.22×175?1+ ?2? =12= 837.5?22?0.22 + 0.22?+ ?12332? = ?11 + ?22+(?1 + ?)2(1+1)- 1?124?11221500 ×0.23 + 175 ×0.23(0.2 + 0.2)21=12+4×(1500 ×0.2+1) -1175×0.2= 2370 ? m12? 112 ×2.37 1?= (?= ()3 = 0.324 ?) 3837.5?a6.2211.15( Ex

7、 ) 0.45 3.98E0= 3.970b1 1.44( Ex ) 0.550.75E0= 0.7491Etahxb E0 ( Ex )3172.96MPaE0= 172.14MPa普通混凝土面層的相對剛度半徑按（）計算為Er 0.537h( c )3 0.727m Et= 0.7283 、荷載疲勞應(yīng)力計算按式（），標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計算為0.6 -2= 0.077 ×0.7280.6×0.24- 2= 1.105? = 0.077? ?因縱縫為設(shè)拉平縫，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)kr0.87 ?？紤]設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)?=?=?

8、(10980291.39) 0.057 = 2.519。根據(jù)公路等級，由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002) 附錄 B，考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù) kc1.20按式（），荷載疲勞應(yīng)力計算為prkr k f kcps0.872.512 1.20 1.1042.895= 2.906MPa4 、溫度疲勞應(yīng)力由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002) 表，區(qū)最大溫度梯度區(qū) 93/m。板長 L = 5m, ?= 5.0/0.728 = 6.868 ,由圖 可查普通混凝土板厚 ,h=0.24m, B x=0.65 按式（），最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力

9、計算為? =? ? ? = 2.25?2?溫度疲勞應(yīng)力系數(shù) kt ， a 0.855,b0.041, c 1.355 按式（ B.2.3 ）計算為ktfr a( tm )cb 0.549tmfr=0.553再由式（ B2.1）計算溫度疲勞應(yīng)力為? = ? = 0.553 ×2.25 = 1.244? ? ?5、可靠度計算由公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范 (JTG D40-2002) 表，二級公路的安全等級為三級，相應(yīng)于三級安全等級的變異水平等級為中級，目標(biāo)可靠度為 85%，再根據(jù)查的目標(biāo)可靠度變異水平等級，查公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范 (JTG D40-2002) 表，確定可靠度系數(shù) r 1.1

10、0 ，按式（ ）? ?+ ?= 1.10 × 2.906 + 1.244= 4.565?5.0?因而所選的普通混凝土面層厚度 h=0.24m，可以承受設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。三、連續(xù)配筋混凝土面層縱向配筋計算1 、計算參數(shù)混凝土強(qiáng)度等級為C40，查表 F5，得混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值f t =3.5(MPa) ，粘結(jié)剛度系數(shù)k s =34(MPa/mm)，連續(xù)配筋混凝土干縮應(yīng)變sh =O.0002。選用 HRB335螺紋鋼筋，直徑為： ? = 16mm，查附錄 F.4 ，得到彈性模?量 Es= 200GPa、屈服強(qiáng)度 f sy =335MPa。2 、橫向裂縫間距計算

11、按式，混凝土溫縮應(yīng)力系數(shù)為f t3.50.205csh ) 31000 (1 10 5Ec ( c T35 0.0002)初擬配筋率 =O.7，按式，計算鋼筋貢獻(xiàn)率為Es0.7%2000000.0452Ec31000由 c 0.205,0.0452，查圖 ，得 b=5.6 ，代入式 中2b1710mm 1.71mLd4 ks (1)dsEs= 1680mm = 1.68m? = 1.68?滿足橫向裂縫間距1.0 2.5m 的要求。?3 、裂縫寬度計算根據(jù)鋼筋貢獻(xiàn)率為 = 0.0452, b = 5.6，查圖，得裂縫寬度系數(shù)? = 0.86，按式計算裂縫寬度為?=?+ ? ? = 0.81?&l

12、t; 1? ? ?4 、鋼筋應(yīng)力計算根據(jù)鋼筋貢獻(xiàn)率為 = 0.0452, b = 5.6，查圖，得鋼筋溫度應(yīng)力系數(shù) = 3.6，按式計算鋼筋應(yīng)力為?sEs( cT stsT )322MPafsy335=315MPa< ? = 335 ?5 、鋼筋間距或根數(shù)計算上述計算均滿足要求，則初擬的縱向鋼筋配筋率是合適的。23.14 ×2鋼筋間距為?=0.16?4× 0.007= 0.12?= 120?4 ?× 0.24四、確定結(jié)構(gòu)層設(shè)計參數(shù)根據(jù)公路水泥砼路面設(shè)計規(guī)范(JTG D40-2002) 的建議值取定路面各結(jié)構(gòu)層適宜厚度，設(shè)計水泥混凝土路面方案如下，并按照上面方

13、法進(jìn)行驗(yàn)算符合要求。水泥混凝土路面各種設(shè)計方案列表如下路基狀態(tài)結(jié)構(gòu)層層厚（ cm）水泥混凝土面層24中濕水泥穩(wěn)定碎石基層20級配碎石底基層20五、板的平面尺寸水泥混凝土路面設(shè)計采用矩形水泥混凝土板，縱向和橫向接縫垂直相交，其縱向兩側(cè)的橫縫不得互相錯位。(1) 縱縫間距過寬容易產(chǎn)生縱向斷裂，因而規(guī)范規(guī)定板寬不超過4.5m，由于單側(cè)行車道路面寬6.0m，故設(shè)計板寬取為4.0m。(2) 橫縫間距取為 5.0m，使混凝土板盡可能接近正方形，以改善受力狀態(tài)。(3) 為使混凝土路面使用壽命較長，設(shè)計水泥混凝土板厚為 24cm。六、接縫設(shè)計1、縱縫設(shè)計一次鋪筑寬度為3.75m，設(shè)置縱向施工縫，縱向施工縫采用平縫形