道路工程课程设计.docx
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道路工程课程设计
1、路线设计…………………………………………………………………
路基路面课程设计任务
一、课程设计目的及要求
路基路面课程设计是交通工程专业在校进修专业课的一个重要环节，也是学生综合运用所学知识解决现实问题和独立钻研的好机会.
路基路面的课程设计是对路基路面工程课堂教学的必要补充和深化，通过设计让我们可以更加切合实际地和灵活地掌握路基路面的基本理论，设计理论体系，加深对路基路面设计方法和设计内容的理解，加强设计、计算、绘图及编制说明书的基本技能，进而提高和培养了分析、解决工程实际问题的能力。
二、课程设计的内容及其要求
课程设计内容分路基设计和路面设计两部分内容，在路面设计内容里还包括机场道面设计内容。
以教师提供的设计资料为主，学生在查阅相关文献资料的基础上，结合当地的气候条件、地质条件、水文条件以及给定的交通条件，拟定路基路面的设计方案，对路基的稳定性、路面结构厚度的计算和验算。
课程设计要求设计计算条理清晰，计算的方法和结果能符合我国现阶段路基路面设计和机场道面设计规范的要求。
水泥混凝土路面设计是本人及本报告的主要内容。
任务：
水泥混凝土路面结构设计
三、路线设计课程设计步骤与方法
课程设计首先要熟悉课程设计的指导书，研读路面结构设计与计算的有关例题，认真分析设计任务书所提供的设计依据
1、路线设计
路线设计部分
1.1设计依据：
某地拟建一条高速公路，设计时速100m/h平面设计已完成，平面设计资料另附。
现需要对K95+000至K96+400段进行纵断面设计，要求设置不少于一个竖曲线，且K95+000和K96+400处的设计高程分别为96m和84m。
1.2点绘地面高程
路线总长为1400m，以每隔20m作一个标点，由此可得71个桩号，每个桩号的标准高程可由路线平面图得出，并将其绘制在纵断面图上。
1.3纵断面设计
设计步骤：
a.准备工作，b.标注控制点，c.试坡，d.调坡，e.核对，f.定坡，j.设计竖曲线，h.高程计算
根据地面高程可以初步拟定出路线段的纵断面，且满足桥下净空要求。
（1）点绘地面高程见图表
（一）、
（二）
（2）设计竖曲线
竖曲线要素：
变坡点A:
R=16000m变坡点B：
R=10000m
L=480mL=267m
T=240mT=133.5m
E=1.8mE=0.89m
（3）计算设计高程
竖曲线上任意点纵距y的计算:
y=x*2/（2R）
计算切线高程:
H1=H0-（T-x）*i
计算设计高程:
H=H1±y（凹形竖曲线为+,图形竖曲线为-）
（4）根据计算数据绘出纵断面图
2评价标准;
参照优秀的标准：
①能够熟练综合运用所学知识，全面独立完成设计任务，设计过程中能够提出自己的见解；
②设计方案合理，设计计算正确，数据可靠；
③图面质量整洁，能很好地表达设计意图；
④计算书表达清楚，文字通顺。
四、水泥混凝土路面结构设计设计步骤
1.选定高速公路路面设计资料
IV5区平原微丘区某地新建高速公路，路基宽28m，双向4车道。
预计2006年末建设完毕并通车。
2010年调查的交通量及车轴组成如表1（为双向调查的结果）
2010年后平均交通量增长率为6%，路基平均填土高度为1.5m，土质为中液限粘土，平均地下水位为0.8m，平均冻深0.3m。
试设计混凝土路面结构，并画出路面结构图（注:
该地盛产石灰、粉煤灰、并有砾石）。
（每人选择与学号尾数相对应的一组交通量进行计算）。
我的交通量及车轴组成数据如下所示：
车型
交通量（辆/昼夜）
4
小客车
3300
中客车SH130
770
大客车CA50
880
小货车BJ130
2200
中货车CA50
990
中货车EQ140
1980
大货车JN150
880
特大车日野KB222
1100
拖挂车五十铃
130
2.轴载换算
（1）水泥标准荷载的作用次数
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。
（（公式1）；
（公式2）
（（公式3）；
（（公式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
级轴载的总重（KN）；
——轴型和轴载级位数；
——各类轴型
级轴载的作用次数；
——轴-轮型系数，单轴-双轮组时，
=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。
表2水泥
车型
车轴
轴轮型
轴载系数
交通量Pi
小客车
前轴
1-1
13
736.8130903
3300
1.618E-08
后轴
1-2
25.6
1
3300
1.123E-06
中客车SH130
前轴
1-1
19.7
616.2153284
770
2.442E-06
后轴
1-2
59.2
1
770
0.175
大客车CA50
前轴
1-1
28.7
524.1598589
880
9.774E-04
后轴
1-2
68.2
1
880
1.928
小货车BJ130
前轴
1-1
21.3
595.8675636
2200
2.353E-05
后轴
1-2
61.4
1
2200
0.898
中货车CA50
前轴
1-1
28.7
524.1598589
990
0.100E-03
后轴
1-2
68.2
1
990
2.169
中货车EQ140
前轴
1-1
23.7
569.1296159
1980
1.117E-04
后轴
1-2
69.2
1
1980
5.475
大货车JN150
前轴
1-1
49
416.4555556
880
4.048
后轴
1-2
101.6
1
880
1134.441
特大车日野KB222
前轴
1-1
50.2
412.1453232
1100
7.374
后轴
1-2
104.3
1
1100
2157.45
拖挂车五十铃
前轴
1-1
51.4
407.9799621
130
1.259
后轴
3-2
100
8.71387E-08
130
1.057E-06
合计
3314.72
轴载换算结果表
注：
轴载小于25KN的轴载作用不计。
课本P283查《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》，高速公路一级，设计使用年限为30年。
P297由《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》取轮迹横向分布系数为0.22，可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数Ne为：
……………….
3.路面板厚度计算
路基的强度和稳定性同路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影响路面结构的设计，路基按干湿状态不同，分为四类：
干燥、中湿、潮湿和过湿。
为了保证路基路面结构的稳定性一般要求路基处于干燥或中湿状态，当处于过湿状态时，路基不稳定，冰冻区春融翻浆，非冰冻区弹簧，路基经处理后方可铺筑路面。
下面对潮湿、中湿、干燥3种状态分别讨论。
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
依据参照《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》:
初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.26m,基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5％），厚为h1=0.20m。
底基层为h1=0.20m的多孔隙稳定碎石，垫层厚度为h2=0.16m的级配砾石。
普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为4m,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）混凝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
课本P298表10-19相应弯拉弹性模量标准值为
。
（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，设计要求路基回弹模量取
。
查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取
，级配碎石回弹模量取
。
依据参照《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》:
计算基层顶面当量回弹模量如下：
（公式6）
（公式7）
（公式8）
（公式9）
（公式10）
（公式11）
（公式12）
普通混凝土面层的相对刚度半径计算为
（公式13）
③、荷载疲劳应力计算
标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为
（公式14）
因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数
。
考虑设计基准期内荷载应力累计疲0劳作用的疲劳应力系数
（公式15）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
。
依据参照《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》:
荷载疲劳应力计算为
（公式16）
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，
该路段属Ⅳ区最大温度梯度区86-92℃/
，取值为86℃/
。
板长
，
（公式17）
依据参照《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》:
可查普通混凝土板厚
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
（公式18）
温度疲劳应力系数K1，计算为
（公式19）
计算温度疲劳应力为
（公式20）
⑤、可靠度计算
由《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）》表3.0.1，高速公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95%，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
（公式21）
因而所选的普通混凝土面层厚度
=26cm，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。
4.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）
干燥
水泥混凝土面层
26
水泥稳定碎石基层
22
级配碎石底基层
20
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11.0m，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20cm。
5.设计路面结构图绘制（如附表图所示）
五、参考资料
１、用过的资料
①．《路基路面工程》课本教材；东南大学出版社2006年10月第一版
②．水泥路面设计人民交通出版社2003年6月第一版黄晓明主编
③．《公路水泥砼路面设计规范（JTGD40-2002）
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