路面结构计算 课程设计.docx

1、路面结构计算 课程设计路基路面工程课程设计姓 名 xxxx 学 号 xxxxxx指导教师 xxxxx 班 级 道桥10801辅导老师 xxxx 序 号 xxx 1 沥青路面设计 31交通量的计算 32确定土基回弹模量值 33路面等级以及路面类型的确定 34基层类型的确定 35确定路面结构层次、初拟各结构层厚度 46计算确定路面设计弯沉值ld 42沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算 61沥青混凝土面层层底拉应力验算 2中粒式底面拉应力 3粗粒式底面拉应力 74水泥砂粒式底面拉应力75防冻层厚度检验3 水泥混凝土路面设计 71 交通量分析 72 初拟路面结构 93 确定材料参数 94

2、 计算荷载疲劳应力 105 计算温度疲劳应力 104沥青路面结构与水泥路面结构的比较参考文献 11路基路面工程课程设计一、沥青路面设计1、新建柔性路面（1）交通量的计算根据柔性路面设计弯沉值作为设计指标时计算的当量交通量由相关规定可以得出下表4，由其中，N为标准轴载的当量轴次，次/日；n1为被换算的车型的各级轴载作用次数，次/日；P为标准轴载，KN；P1为被换算的四型的各级轴载，KN；C1 轴数系数，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为1,当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算：C1=1+1.2(M-1；m为轴数，C2为轮组系数，单轮为6.4，双轮为1，

3、四轮为0.38.得车型交通量前轴（单轮）后轴总换算系数当量轴次前轴重（KN）轴数系数轮组系数换算系数后轴重（KN）轴数系数轮组系数换算系数跃进NJ134A50013.316.4043.1110.0260.02612.9依发H650045.516.40.208286.5110.5320.74370黄河JN16340058.616.40.6259114111.7682.394958廷庆SX16130054.6416.40.461791.32.211.4771.939582解放SP920030031.316.4078110.3390.339102红旗CA63050019.316.4027.91100

4、0总和2024其中在路基路面工程查表得t=15,r=6%，=0.5（2）确定土基回弹模量值由设计资料可以得到其土基回弹模量值E0=40MPa（3）路面等级以及路面类型的确定由建设方要求其道路等级为一级道路，路面等级选为一级公路，路面类型为沥青混凝土。（4）基层类型的确定根据设计需要，基层设置如下 ：基层、底基层分别用6%的水泥稳定石粉同4%水泥稳定石粉。（5）确定路面结构层次、初拟各结构层厚度查路基路面工程表，参考其各材料的施工最小厚度，初步拟定厚度如图2所示图2 初拟结构层以及其厚度层次材料厚度(cm抗压回弹模量劈裂强度（Mpa）15C模量20C模量1细粒式沥青混凝土4200015001.4

5、2中粒式沥青混凝土4180012001.03粗粒式沥青混凝土5120010000.84水泥稳定碎石待定140014000.55二灰土358008000.256土基3535（6）、计算确定路面设计弯沉值ld根据路基路面工程表得Ac=1.0、As=1.0、Ab=1.0由此计算ld， 1理论弯沉系数的确定式中： 当量圆半径；F 弯沉综合修正系数， 。因此： F=1.6324.98/2000/10.650.38(35/0.70 0.36=0.513=24.981500/(200010.650.70.513=4.902确定设计层厚度采用三层体系表面弯沉系数，由诺莫图算设计层厚度。h/=4/10.65=0

6、.375 E2/E1=1200/1500=0.800；由三层体系弯沉系数诺莫图查得：=6.75h/=4/10.65=0.376， =35/1200=0.029；由三层体系弯沉系数诺莫图查得K1=1.38又因为K2= /(K1）=4.90/（6.751.38）=0.526，=35/1200=0.029，由上查表得：H/=4.5，H= 10.654.5=48由可知：，因为H=48cm，可知h4=34.4cm，故取h4=35cm。如图所示:h1=4cm E1=2000MPa h=4cm E1=2000Mpa h2=4cm E2=1800MPa h3=5cm E3=1200MPa H=？cm E2=1

7、800MPah4=35cm E4=1400MPa h5=35cm E5=800MPa E0 =35 MPa E0=35MPa 其中，N为标准轴载的当量轴次，次/日；n1为被换算的车型的各级轴载作用次数，次/日；P为标准轴载，KN；P1为被换算的四型的各级轴载，KN；C1轴数系数，当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为1,当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按下式计算：C1=1+1.2(M-1；m为轴数，C2为轮组系数，单轮为18.5，双轮为1，四轮为0.09.车型交通量前轴（单轮）后轴总换算系数当量轴次前轴重（KN）轴数系数轮组系数换算系数后轴重（KN）轴数系数轮

8、组系数换算系数跃进NJ134A50013.3118.5043.1110.0010.0010.6依发H650045.5118.50.03486.5110.3130.347174黄河JN16340058.6118.50.2572114112.8533.111244廷庆SX16130054.64118.50.14791.32.211.0581.204361解放SP920030031.3118.5078110.1370.13741.1红旗CA63050019.3118.5027.911000总和1821层次材料劈裂强度（换算前）换算系数K劈裂强度(换算后（Mpa）1细粒式沥青混凝土14009*Ne(-

9、0.22/Ac0492中粒式沥青混凝土10009*Ne(-0.22/Ac0343粗粒式沥青混凝土08009*Ne(-0.22/Ac0.274水泥稳定碎石05035*Ne(-0.11/Ac0.255二灰土025045*Ne(-0.11/Ac0.10二：沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层层底拉应力验算1沥青混凝土面层层底拉应力验算_ _h1=4cm E1=2000MPa h=4cm E1=2000Mpa h2=4cm E2=1800MPa h3=5cm E3=1200MPa H=48cm E2=1800MPah4=35cm E4=1400MPa h5=35cm E5=800MPa E0 =35 M

10、Pa E0=35MPa h=4,取48查三层连续体系上层底面拉应力系数诺莫图，0,知，故满足要求。2中粒式底面拉应力_ _h1=4cm E1=2000MPa h=8.11cm E1=2000Mpa h2=4cm E2=1800MPa h3=5cm E3=1200MPa H=58.4cm E2=1800MPah4=35cm E4=1400MPa h5=35cm E5=800MPa E0 =35 MPa E0=35MPa h=8.11cm ， =58.4cm由，；可知n1=1.08,n2=0.3, =0.18由H/=5.48，h/=0.76，E2/E1=0.67,E0/E2=0.03，=Xn1Xn

11、2=0.060.343粗粒式底面拉应力h1=4cm E1=2000MPa h=14cm E1=2000Mpa h2=4cm E2=1800MPa h3=5cm E3=1200MPa H=54cm E2=1800MPah4=35cm E4=1400MPa h5=35cm E5=800MPa E0 =35 MPa E0=35MPa =14cm可知n1=1.18,n2=0.38, =0.201由H/=5.05，h/=1.3，E2/E1=1.17,E0/E2=0.025, =Xn1Xn2=0.0940.27,故满足要求。4水泥砂粒式底面拉应力h1=4cm E1=2000MPa h=48.4cm E1=

12、2000Mpa h2=4cm E2=1800MPa h3=5cm E3=1200MPa H=35cm E2=1800MPah4=35cm E4=1400MPa h5=35cm E5=800MPa E0 =35 MPa E0=35MPa 可知n1=1.12,n2=0.40, =0.32由H/=3.3，h/=4.5，E2/E1=0.57,E0/E2=0.04, =Xn1Xn2=0.147m0.340.390.540.62行车道宽7m取0.20 由结果得，该交通属于重交通2 初拟路面结构因为交通量1001041.931072000104次，故可知交通属于重交通。由以上可知相应于安全等级为三级的变异水

13、平等级为中级，根据一级公路、重交通等级和中级变异水平等级。查规范知：初拟普通混凝土面层厚为250mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为190mm；垫层为150mm的二灰土。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m；长为5m。3 确定材料参数取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0Mpa，相应弯拉弹性模量标准值为31Gpa；路基回弹模量为35Mpa；二灰土垫层回弹模量去600Mpa；水泥稳定粒料基层回弹模量取1300Mpa。基层顶面当量的回弹模量值计算如下：=(0.192*1300+0.152*600/(0.192+0.152= 1031.2287=(0.193*1300+0.153*600/12+0.3

14、42/4*1/(1/(1300*0.19+1/(600*0.15= 2.82=0.3204=6.22*(1-1/(1.51*(1031.2287/400.45= 5.3=1-1.44/(1031.2287/400.55=262.0458普通混凝土面层的相对刚度半径为：0.657988=0.537*0.25*(31000/262.04580.333=0.6579884 计算荷载疲劳应力根据一级公路、重交通，由路基路面工程查得初拟普通混凝土面层厚度为0.25m。由下列公式求得:=0.537*0.25*(31000/262.04580.333=0.657988=0.077*O420.6/0.252=

15、0.958388 =2.692877=(1.928*1070.057式中 混凝土板的相对刚度半径（m）；H 混凝土板的厚度（m）；Ec 水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）；p 标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa）；kr 考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，kr=0.87 0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.76 0.84，；kc 考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查下表3-3；表3-3 综合系数kc 公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kc1.301.251.201.10ps 标准轴

16、载Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（Mpa）。 根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数 5 计算温度疲劳应力由路基路面工程知，II区最大温度梯度取90/m。板长5m，L/r=5/0.65=7.7；已知混凝土板厚0.25m，Bx=0.62 则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力： 式中： c 混凝土的温度线膨胀系数 ；Tg 最大温度梯度，Tg=90c/m；Bx 综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数；tm 最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa）。=0.31*0.25*90*0.62/2=2.16225温度疲劳系数 ，式中a，b和c为回归系数，按所在地区公

17、路自然区划查下表 3-4。表3-4 回归系数a，b和c系数公路自然区a0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270=0.51则温度疲劳应力：=K46*E46=1.097105综合，一级公路的安全等级为三级，相应于三级的安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为90。再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数取1.2所以疲劳应力为4.5479775.0，故满足要求。四：沥青路面结构与水泥路面结构的比较1用沥青材料作结合料粘结矿料修筑面层与各类基层和

18、垫层所组成的路面结构。从力学性能上分类，沥青路面属于柔性路面，刚性较小，并具有较好的变形性能；但其强度和稳定性在很大程度上取决于基层和土基的特性。与水泥混凝土相比：表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪音低 、施工期短、养护维修简便、适宜分期修建抗滑性不够，强度与稳定性不如水泥混凝土；不过耐久性较好，工程造价相对水泥混凝土路面较小。2水泥混凝土路面的特点：强度高：较高的抗压强度/抗弯拉强度/抗磨耗能力；稳定性好：水稳定性、热稳定性均较好；耐久性好、抗滑性好；养护费用少、经济效益高；能见度好，有利于夜间行车。不足：对水泥和水的需要量大；接缝：增加施工和养护的复杂性/易引起行车跳动/影响行车舒适性/强度薄弱点；需养护，开放交通较迟；修复困难。耐久性较差，工程造价相对沥青路面结构较大。故我们选择路面结构形式的时候，要充分考虑多重因素的影响，来选择合适的路面结构形式，做到经济合理。参考资料路基路面工程，华南理工出版社路基路面工程，人民交通大学出版社