实例水泥混凝土路面设计计算.docx
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实例水泥混凝土路面设计计算
公司标准化编码[QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]
实例水泥混凝土路面设计计算
1.路面类型的选择确定
本设计为二级公路,位于四川地区,公路自然区划为Ⅴ区,路基土为粘性土,设计路段碎石、砂砾、石灰、水泥供应丰富,拟采用普通水泥混凝土路面结构。
交通组成表
车型
前轴重
后轴重
后轴数
后轴轮组数
后轴距(m)
交通量
解放CA10B
1
双
—
黄河JN150
49
1
双
—
日野KB222
1
双
—
斯柯达706R
50
90
1
双
—
依士兹TD50
80
1
双
—
吉尔130
1
双
—
交通SH361
60
2*110
2
双
130
小汽车
路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ-100表示。
①轴载换算:
式中:
——100KN的单轴—双轮组标准轴载的作用次数;
—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;
—各类轴型i级轴载的作用次数;
—轴型和轴载级位数;
—轴—轮型系数,单轴—双轮组时,
;单轴—单轮时,按式
计算;双轴—双轮组时,按式
;三轴—双轮组时,按式
计算。
轴载换算结果如表7-2所示。
表7-2轴载换算结果
车型
解放CA10B
前轴
0
后轴
1
黄河JN150
前轴
后轴
1
日野KB222
前轴
后轴
1
斯柯达706R
前轴
50
后轴
90
1
依士兹TD50
前轴
后轴
吉尔130
前轴
0
后轴
1
交通SH361
前轴
60
后轴
2*110
×10-5×
②计算累计当量轴次
查《路线设计规范》得三级公路的设计基准期为20年,安全等级为三级,临界荷位处的车辆轮迹轮迹横向分布系数
是~取,
,则:
查《水泥混凝土路面设计规范》水泥混凝土路面所承受的轴载作用,按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级,标准轴载累计作用次数大于1×106时,属于重交通等级,故本设计属于重交通等级。
2.基层、垫层材料参数确定
(1)基层
基层、应具有足够的强度和稳定性,在冰冻地区应具有一定的抗冻性。
拟选用石灰粉煤灰稳定粒料为基层。
配比为石灰:
粉煤灰:
稳定粒料=1:
3:
12,查《水泥混凝土路面设计规范》得回弹模量
。
(2)垫层
垫层的作用有抗冻、排水、防止污染等,本设计处在山东地区,属于季节性冰冻地区,易发生冻胀、翻浆等现象,为了排出路面路基中滞留的自由水,确保路面结构稳定,避免冻害发生,在底基层下设置垫层。
垫层采用石灰稳定土,其中石灰含量10%,查《水泥混凝土路面设计规范》得回弹模量
。
3.路面的结构厚度
(1)初拟路面结构
查《水泥混凝土路面设计规范》可知三级公路的可靠度设计标准如表7-3。
表7-3可靠度设计标准
安全等级
设计基准期(a)
目标可靠度(%)
目标可靠指标
变异水平等级
三级
20
85
中
表7-4水泥混凝土面层厚度的参考范围
交通等级
中等
轻
公路等级
二级
三、四级
三、四级
三、四级
变异水平等级
高
中
高
中
高
中
面层厚度(mm)
240~210
230~200
220~200
≤230
≤220
由表7-3,相应于安全等级四级的变异水平为中~高。
根据三级公路、轻交通等级和中级变异水平等级,查表7-4初拟普通混凝土面层厚度为22cm,基层厚18cm,垫层厚15cm。
普通混凝土板的平面尺寸为宽4.25m,长4m。
查《水泥混凝土路面设计规范》取普通水泥混凝土面层的弯拉强度标准为:
,相应弯拉模量标准为:
,路基土基回弹模量
。
计算基层顶面当量回弹模量如下:
式中:
——基层顶面的当量回弹模量;
——路床顶面的回弹模量;
——基层和底基层或垫层的当量回弹模量;
——基层和底基层或垫层的回弹模量;
——基层和底基层或垫层的当量厚度;
——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度;
——基层和底基层或垫层的厚度;
——与
有关的回归系数。
普通混凝土面层的相对刚度半径计算为:
(2)荷载疲劳应力
标准轴载在临界荷载处产生的荷载应力计算为:
因纵缝为设拉杆平缝,接缝传荷能力的应力折减系数
。
考虑设计基准期内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数:
式中:
(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,
)
根据公路等级,查《水泥混凝土路面设计规范》考虑偏载和动载等因素,对路面疲劳损失影响的综合系数
。
荷载疲劳应力计算为:
(3)温度疲劳应力
查《水泥混凝土路面设计规范》Ⅱ区最大温度梯度取88(℃/m)。
板长4m,
。
图7-1温度应力系数
由图7-1可查普通混凝土板厚
。
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
计算为:
计算温度疲劳应力为:
查表7-3,二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为中级,目标可靠度为85%。
再据查得的目标可靠度和变异水平等级,查《水泥混凝土路面设计规范》得可靠度系数
。
所选普通混凝土面层厚度(0.22cm)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。
查得当地最大冻深为0.5m而本设计的路面结构总厚度为++=>0.5m,故所设计的路面结构满足最大冻深要求