道路工程课程设计.docx

1、道路工程课程设计道路工程课程设计任务书一、设计资料广州地区新建XXX 级公路，经调查沿线路基土质为高液限粘土，填方路基高1.2m, 地下水位距路床1.62.6m根据学号循环选定一个值），沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤 灰、石灰、水泥等材料供应。本公路位于广东省境内，是我国重要的公路干线之一，具有重要的政治、经济和国防 意义。路基宽度按双向四车道设计，试分别设计水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的结构 层次，并计算出结构层的合理厚度，水泥混凝土路面还需进行接缝设计。1.交通组成近期交通量如下：预测该路竣工后第一年的交通组成如下表，使用期内交通量的年平均增长率为： _%车型车辆数车型车辆数2.路用材料

2、沿线地方材料：砾石、砂、石灰、碎石、电厂粉煤灰、矿渣 外购材料：沥青、水泥、矿粉各材料工程性质由试验确定。二、设计要求（一）沥青路面设计1、 推算设计年限内一个车道的累计当量轴次；2、 拟定路面结构组合（选用两种结构作比较）；3、 确定路面设计弯沉值；4、 确定路面土基回弹模量值；5、 路面结构厚度设计（进行路表弯沉、层底应力计算） ；6、 方案比选；7、 编制设计说明书。（二） 水泥路面设计1、 确定设计基准期和标准轴累计作用次数；2、 确定交通等级；3、 确定板的平面尺寸并初拟路面结构组合和板厚；4、 确定材料的力学参数；5、 确定基层顶面的当量回弹模量；6、 计算荷载疲劳应力和重载最大应

3、力；7、 计算温度疲劳应力；8、 检查设计和验算标准，确定路面结构；9、 编制设计说明书。三、个人设计参数选取（单人单题） 每位同学按一级公路重交通及以上公路标准，准备交通资料中的车型、车辆数和交通 增长率，然后通过班长组织的抽签方式选用其他同学提供的交通资料进行路面设计。要求 至少选取五种车型，必须保证其中至少一种车型后轴距大于 3m,至少一种车型后轴距小 于3m,其它自定。交通量年平均增长率按 3-7%考虑。四、需提交的文件和图纸一）详细的设计计算书1、沥青混凝土路面：1确定结构方案；2确定设计参数；3计算待求层厚度；4弯拉应力验算。2、水泥混凝土路面1确定结构方案；2确定设计参数；3初拟

4、混凝土板尺寸；4应力验算；5接缝设计。）提交如下设计图 （A3 图幅，比例自定，最好用计算机绘制）1、路面结构图；2、水泥混凝土路面平面设计、接缝构造图和配筋图。五、考核要求和标准1、 按指导教师的要求按时到设计教室独立、认真完成课程设计，平时表现占总成绩 的 30% ；2、 课程设计中内容详尽、方案合理、计算准确、图表规范、文字表述流畅等方面占 70%。道路工程课程设计计算书1.设计资料广州地区新建XXX 级公路，经调查沿线路基土质为高液限粘土，填方路基高1.2m, 地下水位距路床2.6m，沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、石灰、水泥等材料供应。本公路位于广东省境内，是我国重要的公路干线之一

5、，具有重要的政治、经济和国防 意义。路基宽度按双向四车道设计，试分别设计水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的结构 层次，并计算出结构层的合理厚度，水泥混凝土路面还需进行接缝设计。1.1交通量近期交通量如下：预测该路竣工后第一年的交通组成如下表，使用期内交通量的年平均增长率为： 5%序 号车型前轴重（kN）后轴重（kN）后轴 数后轴轮组 数后轴距（m）车辆数（辆/ 日）1奔驰LPK70922.0044.0012015002亚洲ZQ660015.5027.501209003大力SH126160.00100.002228004太脱拉11138.7074.002227505黄海DD69056.00104.

6、002247201.2路用材料沿线地方材料：砾石、砂、石灰、碎石、电厂粉煤灰、矿渣 外购材料：沥青、水泥、矿粉各材料工程性质由试验确定。2.沥青路面设计2.1轴载分析计算2.1.1以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，换算为标准轴 P的当量轴次N根据公路沥青路面设计规范JTGD50-2006由以下公式计算：N C1C2n)45i 1 p标准轴载P=100kNC为轮组系数：双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38。G为轴数系数：当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算；当轴间距小于 3m时，双轴或多轴的轴数系数按以下公式计算：C2=1+1.2(m-1) 0车型R（kN）C1C2C1

7、C2 n1（善）435奔 驰前轴22.006.41150013.24LPK709后轴44.0011150042.18亚 洲前轴15.506.419001.73ZQ6600后轴27.50119003.28大 力前轴60.006.41800554.92SH1261后轴100.0012.28001600.00太脱拉前轴38.706.4175077.23111后轴74.0012.2750404.81黄 海前轴56.006.41720369.94DD690后轴104.00127201878.67G。2门1（?）4.354945.992.1.2进行半刚性基层层底拉应力验算时，换算为标准轴 P的当量轴次NN

8、Pi 8C1C2ni(-)PG为轮组系数：双轮组为 1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09。车型R(kN)C1C2C1 C2n 1(_P)奔 驰前轴22.0018.5115000.15LPK709后轴44.001115002.11亚 洲前轴15.5018.519000.01ZQ6600后轴27.50119000.03大 力前轴60.0018.51800248.58SH1261后轴100.00138002400.00太脱拉前轴38.7018.517506.98111后轴74.0013750202.32黄 海前轴56.0018.51720128.83DD690后轴104.00127201970

9、.74G C2n?)84959.74C2为轴数系数：以拉应力为设计指标时，双轴或多轴的轴数系数按下式计算:C2=1+2( m-1)2.1.3设计年限内一个车道上的累计当量轴次数拟建公路为一级公路，路面的设计年限为15年，使用期内交通量的平均增长率为 5% 按双向四车道设计，车道系数取 n=0.4。a.以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，设计年限内一个车道上的累计当 量轴次数：Ne 365 (1 r)t 1 N1 r15365 (1 5%) 1 4945.99 0.4 15582194 次5%b.当进行半刚性基层层底拉应力验算时，设计年限内一个车道上的累计当量轴次数:累计当量轴次数大于1

10、200万次/车道，交通等级为重交通，应属于高级路面2.2路面结构设计方案一2.2.1结构组合与材料选取根据规范表4.1.3-1和表4.1.5选定路面结构：4cm细粒式沥青混凝土 + 6cm中 粒式沥青混凝土 + 8cm粗粒式沥青混凝土 + 20cm水泥稳定碎石基层+石灰土底基层，以 石灰土底基层为设计层。2.2.2各层材料的抗压模量与劈裂模量查公路沥青路面设计规范(JTG D50 2006)附录表E,得到各层材料的抗压回弹 模量和劈裂强度如下：各层材料的抗压回弹模量和劈裂强度材料名称细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土水泥稳定碎石石灰土底基层20 C抗压回弹140012001000

11、1500550模量E(MPa)劈裂强度1.41.01.00.50.225d (Mpa)2.2.3路基回弹模量的确定土质为高液限粘土，地区所在的自然区为W 7,根据规范附录F,得：干燥、中湿和潮湿状态下的路基临界高度分别为： 比 1.7 1.8 ； H2 1.4 1.5 ; H3 1.1 1.2路床表面至地下水位的高度 H=2.6m根据规范表5.1.4-2得土基的干湿类型为干燥。 根据规范表5.1.4-1，由土基的干湿类型和土质查得，土基的平均稠度 c=1.10。根据规范附录F,由路基土的平均稠度，自然区划和土质，得土基回弹模量 丘=40Mpa2.2.4设计指标的确定：(1)设计弯沉值计算：根据

12、规范8.05 :币600Ne2AcAsAb对一级公路，公路等级系数 A=1.0 ;沥青混凝土路面，面层类型系数 As=1.0，半刚性 基层，底基层总厚度大于20cm基层类型系数A=1.00 2 0 2Id 600Ne . Ac As Ab 600 15582194 . 1.0 1.0 1.0 21.86 (0.01mn)(2)各层容许拉应力：沥青混凝土层:石灰土:Ac2.2.5设计资料总结层 位结构层材料名称厚度mm)20 r抗压模量(MPa劈裂强度(MPa容许应力(MPa1细粒式沥青混凝土4014001.40.412中粒式沥青混凝土6012001.00.293粗粒式沥青混凝土8010001.

13、00.294水泥稳定碎石20015000.50.235石灰土?5500.2250.086新建路基402.2.6 确定石灰土层厚度运用HPDS200公路路面设计程序系统进行计算。计算机计算成果如下:(1)按设计弯沉值计算设计层厚度 :LD= 21.8 (0.01mm)H( 5 )= 343 mm(H( 5 )= 343 mm( 通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改 最后得到路面结构设计结果如下 :细粒式沥青混凝土40 mm中粒式沥青混凝土60 mm粗粒式沥青混凝土80 mm水泥稳定碎石碎石200 mm石灰土350 mm新建路基2)交工验收弯沉值和层底拉应力计算计算新建路面各结构

14、层及路基顶面交工验收弯沉值LS= 21.6 (0.01mm)LS= 23.6 (0.01mm)LS= 26.8 (0.01mm)第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值第5层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 70.6 (0.01mm) 路基顶面交工验收弯沉值 LS= 232.9 (0.01mm)计算新建路面各结构层底面最大拉应力:(未考虑综合影响系数)(T ( 1 )=-.177 (MPa)(T ( 2 )=-.056 (MPa)(T ( 3 )=-.042 (MPa)(T ( 4 )= .103 (MPa)(T ( 5 )= .062

15、 (MPa)第1层底面最大拉应力 第2层底面最大拉应力 第3层底面最大拉应力 第4层底面最大拉应力 第5层底面最大拉应力通过计算机设计得到确定石灰土层的厚度为 35cm实际路面结构的实测弯沉值为21.8 (0.01mm v 21.86 (0.01mm ,水泥稳定碎石层层底的最大拉应力为 0.103Mpav 0.23Mpa,石灰土层层底的拉应力为 0.062Mpav 0.08Mpa,上述计算结果均满足设计要求2.3路面结构设计方案二2.3.1结构组合与材料选取选定路面结构：4cm细粒式沥青混凝土 +8cm中粒式沥青混凝土 +10cm粗粒式沥青混凝土 +粗粒式半开级配沥青碎石+20cm级配碎石底基

16、层，以粗粒式班开级配沥青碎石为设 计层。2.3.2设计资料总结层 位结构层材料名称厚度mm)20 C抗压模量(MPa劈裂强度(MPa容许应力(MPa1细粒式沥青混凝土4014001.40.412中粒式沥青混凝土8012001.00.293粗粒式沥青混凝土10010001.00.294粗粒式半开级配沥青碎石?700-5级配碎石200220-6新建路基402.2.3确定粗粒式半开级配沥青层厚度(1)按设计弯沉值计算设计层厚度：LD= 21.8 (0.01mm)H( 4 )= 80 mm LS= 3 (0.01mm)由于设计层厚度 H( 4 )=Hmin 时LS=LD,故弯沉计算已满足要求 .H(

17、4 )= 80 mm( 仅考虑弯沉 ) 按容许拉应力计算设计层厚度 :细粒式沥青混凝土 60 mm中粒式沥青混凝土 80 mm粗粒式沥青混凝土 100 mm粗粒式半开级配碎石层 80 mm级配碎石 200 mm新建路基2)交工验收弯沉值和层底拉应力计算计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值路基顶面交工验收弯沉值 LS= 232.9 (0.01mm)计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :( 未考虑综合影响系数 )(T ( 1 )=-.169 (MPa)(T ( 2 )= .035 (MPa)(T ( 3 )= .132 (MPa)第1层底面最大拉应力第2层底面最大拉应力第3层底面最大拉应力

18、通过计算机设计得到确定粗粒式半开级配碎石层的厚度为 80cm实际路面结构的实测弯沉值为21.8(0.01mm v 21.86 (0.01mm),细粒式沥青混凝土层的最大拉应力为 0.132Mpav 0.29Mpa,上述计算结果均满足设计要求。3.水泥混凝土路面设计3.1标准轴载及轴载换算根据公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2011，其计算公式如下：Ns16IM Pi N ii 1 100i为轴-轮型系数，单轴-双轮组时，i 1 ;单轴-单轮组时，按式i 2.22 103Pi 0.43计算；双轴-双轮组时，按式i 1.07 10 5R 0.22计算；三轴-双轮组时，按i 2.24 10

19、 5P 0.22计算。根据设计交通车辆资料，得标准轴载作用次数如下表:标准轴载作用次数车型R(kN)i5($奔 驰前轴22.00587.6415000.00LPK709后轴44.001.0015000.00亚 洲前轴15.50683.149000.00ZQ6600后轴27.501.009000.00大 力前轴60.00381.72800186.15SH1261后轴100.000.008000.00太脱拉前轴38.70460.937500.09111后轴74.000.007500.00黄 海前轴56.00393.2272026.48DD690后轴104.000.007200.00r / P1 1

20、6 i n1(B)212.72设计车道标准轴载累计作用次数:一级水泥混泥土公路的设计年限为 30年，临界荷位的车辆车辆轮迹横向分布系数 取0.2，交通量年平均增长率为5%根据交通标准轴载作用累计次数的分级，可得本设计交通分级为重级交通。3.2初拟路面结构初拟普通混凝土面层厚度为0.24m,基层选用0.20m厚水泥稳定粒料，垫层选用0.15m 级配砾石。普通混凝土板的平面尺寸为长 5m宽4.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。3.3路面材料参数确定取普通混凝土面层的弯拉强度标准值 fr=5.0Mpa,相应弯拉弹性模量标准值 Ec=31Gpa泊松比为0.15，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数

21、 c 11 10 6/C。根据规范附录E:路基回弹模量E0=40Mpa取距地下水位2.6m时的湿度调整系数为0.83，由此，路床顶综合回弹模量取为40 0 83 332MPa。水泥稳定粒料基层回弹模量 Ei=2000Mpa泊松比取0.20。级配砾石回弹模量E=250Mpa板底地基综合当量回弹模量如下：n n2 2 2 2Ex (hi Ei)/ hi hi Ei / hi 250MPai 11 i 1 nhx hi h1 0.15i 10.261 n(hx) 0.860.26 In (0.15) 0.86 0.348板底地基综合当量回弹模量 Et取为70Mpa混凝土面层板的弯曲刚度De,半刚性基

22、层板的弯曲刚度Db，路面结构的相对刚度半径rg计算为:3.4荷载疲劳应力计算：标准轴载和极限荷载在临界荷位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 kr=0.87，考虑设计基准期内荷由规范附录B得，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的影响的综合系数 kc 1.10荷载疲劳应力计算为:prkrkfkc ps 0.87 2.200 1.10 1.82 3.83MPap,max krkc pm 0.87 1.10 1.89 1.81MPa3.5温度疲劳应力分析：由规范得:IV 7区最大温度梯度取92 ( oC/m )kn1/九 hb、2 它 i：)1 ( 0.242(3

23、1000220) 1 4641 MPa/a20001/41/4DcDb36.53 1.390.130MPa /a(Dc Db)knkn rgknDcr4 Dc5.0(36.53 1.39) 46413rg3 0.986ClBl3 rrg1.694 34641 0.986 36.53 0.1304 34641 0.130 36.53 0.986(1 )si nh(1.69)cos(1.69) cosh(1.69)s in (1.69)(1 ) sin(1.69) cos(1.69) sinh(1.69)cosh(1.69)1.77e 4.48hcCL 0.131(1 CL) 1.77e 4.48

24、 0.240.7130.28(1 ) 0.3671 0.280.131(1 0.713)0.7130.393计算面层最大温度应力:t,maxcE c hcT gBl11 10 6 31000 0.24 920.3931.468计算温度疲劳应力系数:自然区划为V 7区，由规范得,at0.841 ,bt 1.323, ct 0.058ktr-attmtmct 50 0.8411.4681.4685.01.3230.058 0.368计算温度疲劳应力:trt,max0.368 1.468 0.5403.6应力复核由规范 得：一级公路的安全等级为二级， 相应于二级安全等级的变异水平为低级， 取可靠度系

25、数 r 1.14r p ,max t ,max1.14 (1.81 0.923) 3.12MPa fr 5.0MPar prtr 1.14 (3.83 0.540) 4.98MPa f r 5.0MPa初拟普通混凝土面层厚度为0.24m,基层选用0.20m厚水泥稳定粒料，垫层选用0.15m 级配砾石满足要求。3.8接缝设计3.8.1 纵向接缝 纵缝设拉杆平缝，拉杆采用螺纹钢筋，设在板后中央，并对拉杆中部 100mm 范围内进行防锈处理。由水泥混凝土面层厚度为240mm,根据规范表5.1.3得：拉杆的直径、 长度和间距为14X 700X600 (mm)，其构造见附图。3 .8. 2横向接缝横缝设传力杆的假缝，根据规范表 5.2.5得：传力杆直径为30mm传力杆长度取450mm间距取200mm最外侧传力杆距纵向接缝或自由边的距离为 200mm其构造见附图。