水泥路面设计doc.docx
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水泥路面设计doc
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。
n
16
(1);i
3
0.43
(2)
Ns
Ni
Pi
2.2210Pi
i
100
i1
i1.07
105Pi
0.22
(3);i
2.24108Pi
0.22
(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;
Ni——各类轴型i级轴载的作用次数;
i——轴-轮型系数,单轴-双轮组时,i=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
车型
Pi(KN)
Ni(次/
Pi
)
16
i
日)
iNi(
100
小客车
前轴
16.5
665
2654
0
后轴
23.0
1
2654
0
中客车
前轴
25.55
551
756
0.0001
SH130
后轴
45.10
1
756
0.0022
大客车
前轴
28.70
524.2
1631
0.0018
CA50
后轴
68.20
1
1631
3.5728
小货车
前轴
13.40
727.3
1625
0
BJ130
后轴
27.40
1
1625
0
中货车
前轴
28.70
524.2
705
0.0008
CA50
后轴
68.20
1
705
1.5443
中货车
前轴
23.70
569.1
531
0
EQ140
后轴
69.20
1
531
1.4682
大货车
前轴
49.00
416.5
776
3.5695
JN150
后轴
101.60
1
776
1000.37
特大车日野
前轴
50.20
412.1
756
5.0674
KB222
后轴
104.30
1
756
1482.7595
拖挂车
前轴
60.00
381.7
51
5.4918
100(3
五十铃
后轴
0
51
0
轴)
n
iNi(Pi
)16
Ns
2503.8457
i1
100
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(JTGD40-2002)》,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
(JTGD40-2002)》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
Ne
为:
Ne
Ns
1
1365
=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(JTGD40-2002)》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h1=0.20m。
垫层选用厚度为h2=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(JTGD40-2002)》表3.0.6,取普通混泥
土面层的弯拉强度标准值fr5MPa,相应弯拉弹性模量标准值为Ec31GPa
(2)土基的回弹模量
参照《公路水泥砼路面设计规范(JTGD40-2002)》附录F,路基回弹模
量取E035MPa。
查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取E11500MPa,
天然砂砾回弹模量取。
按式(B.1.5)计算基层顶面当量回弹模量如下:
Ex0.45
a6.22[11.15()]3.98
b11.44(Ex)0.55
0.75
E0
1
EtahxbE0(Ex)3172.96MPa
E0
普通混凝土面层的相对刚度半径按(B.1.3-2)计算为
r0.537h(Ec)31
0.727m
Et
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
因纵缝为设拉平缝,接缝传荷能力的应力折减系数kr0.87。
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
。
根据公路等级,由《公路水泥砼
路面设计规范(JTGD40-2002)》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kc1.20
按式(B.1.2),荷载疲劳应力计算为
prkrkfkcps0.872.5121.201.1042.895
4、温度疲劳应力
由《公路水泥砼路面设计规范(JTGD40-2002)》表3.0.8,Ⅲ区最大温
度梯度区93℃/m。
板长,由图B.2.2可查
普通混凝土板厚,h=0.24m,Bx=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
温度疲劳应力系数kt,a
0.855,b0.041,c1.355按式(B.2.3)计算为
kt
fr[a(
tm)c
b]0.549
tm
fr
=0.553
再由式(B2.1)计算温度疲劳应力为
5、可靠度计算
由《公路水泥砼路面设计规范(JTGD40-2002)》表3.0.1,二级公路的
安全等级为三级,相应于三级安全等级的变异水平等级为中级,目标可靠
度为85%,再根据查的目标可靠度变异水平等级,查《公路水泥砼路面设计规范(JTGD40-2002)》表3.0.3,确定可靠度系数r1.10,按式(3.0.3)
因而所选的普通混凝土面层厚度h=0.24m,可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。
三、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算
1、计算参数
混凝土强度等级为C40,查表F.5,得混凝土抗拉强度标准值
ft=3.5(MPa),粘结刚度系数ks=34(MPa/mm),连续配筋混凝土干缩应变
sh=O.0002。
选用HRB335螺纹钢筋,直径为:
16mm,查附录F.4,得到弹性模
量Es=200GPa、屈服强度fsy=335MPa。
2、横向裂缝间距计算
按式(E.O.2-3),混凝土温缩应力系数为
c
ft
3.5
0.205
T
sh)31000(1105
Ec(c
350.0002)
初拟配筋率ρ=O.7%,按式(E.O.2-2),计算钢筋贡献率为
Es0.7%2000000.0452
Ec31000
由c0.205,
0.0452,查图E.O.2,得b=5.6,代入式(E.0.2-1)
中
2b
1710mm1.71m
Ld
4ks(1
)
dsEs
满足横向裂缝间距1.0~2.5m的要求。
3、裂缝宽度计算
数
根据钢筋贡献率为
,按式(E.O.3)
计算裂缝宽度为
,查图
E.0.3
,得裂缝宽度系
4、钢筋应力计算
根据钢筋贡献率为
力系数,按式(E.0.4)
,查图
计算钢筋应力为
E.0.4
,得钢筋温度应
s
Es(
cT
st
sT)
322MPa
fsy
335
=315MPa
5、钢筋间距或根数计算
上述计算均满足要求,则初拟的纵向钢筋配筋率是合适的。
钢筋间距为
四、确定结构层设计参数
根据《公路水泥砼路面设计规范(JTGD40-2002)》的建议值取定路面各结构层适宜厚度,设计水泥混凝土路面方案如下,并按照上面方法进行验算符合要求。
水泥混凝土路面各种设计方案列表如下
路基状态
结构层
层
厚(cm)
水泥混凝土面层
24
中
湿
水泥稳定碎石基层
20
级配碎石底基层
20
五、板的平面尺寸
水泥混凝土路面设计采用矩形水泥混凝土板,纵向和横向接缝垂直相交,其纵向两侧的横缝不得互相错位。
(1)纵缝间距过宽容易产生纵向断裂,因而规范规定板宽不超过4.5m,由于单侧行车道路面宽6.0m,故设计板宽取为4.0m。
(2)横缝间距取为5.0m,使混凝土板尽可能接近正方形,以改善受力状
态。
(3)为使混凝土路面使用寿命较长,设计水泥混凝土板厚为24cm。
六、接缝设计
1、纵缝设计
一次铺筑宽度为3.75m,设置纵向施工缝,纵向施工缝采用平缝形式,
上部应锯切槽口,深度为35mm,宽度为6mm,槽内灌塞填缝料。
纵向施工缝(单位:
mm)
纵向缩缝:
采用假缝形式,锯切的槽口深度应大于施工缝的槽口深
度。
纵向缩缝(单位:
mm)
2、横向接缝
横向施工缝其位置尽可能选在缩缝或胀缝处。
横向施工缝构造(单位:
mm)
横向缩缝可等间距或变间距布置,采用假缝形式,顶部应锯切槽口,深度为面层厚度的1/5-1/4,宽度为6mm,槽内填塞填缝料。
横向缩缝构造(单位:
mm)