水泥混凝土路面设计计算书

水泥混凝土路面设计计算书2目录1课程设计题目......................................................................32课程设计主要内容...............................................................33路面厚度计算......................................................................33.1交通分析..................................................................33.2初拟路面结构..........................................................53.3路面材料参数确定...................................................73.4荷载疲劳应力.......................................................113.5温度疲劳应力........................................................123.6验算初拟路面结构.................................................134接缝设计...........................................................................144.1纵向接缝...............................................................144.2横向接缝...............................................................155混凝土面板钢筋设计..........................................................165.1边缘补强钢筋.......................................................165.2角隅钢筋..............................................................166材料用量计算....................................................................166.1面层.....................................................................166.2基层.....................................................................176.3垫层.....................................................................187施工的方案及工艺............................................................153泥混凝土路面设计计算书1课程设计题目水泥混凝土路面设计：此为城市主干道三级公路，路基为粘质土，采用普通混凝土路面，路面宽24m，经交通调查得知，设计车道使用初期轴载日作用次数为500。试设计该路面结构。2课程设计主要内容（1）结构组合设计；（2）材料组成设计；（3）混凝土板厚的确定；（4）板的平面尺寸确定；（5）接缝设计；（6）配筋设计；（7）材料用量计算；4路面厚度计算4.1交通分析根据《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ012一94)，不同等级公路的路面结构设计安全等级及相应的设计基准期、可靠度指标和目标可靠度查规范可知：三级公路的设计基准期为30年，安全等级为四级。混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分部系数4表4-2公路等级纵缝边缘处高速公路、一级公路、二级公路0.17~0.22二级及二级以下公路行车道宽＞7m0.34~0.390.54~0.62行车道宽≤7m由表4-2知，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.35已知交通量设计年限内年增长率：8%。荷载累计作用次数为：（次）4^10597.72335.036508.0]1)08.01[(500365]1)1[(30rtrseggNN交通量相轴载大小是路面设计的基本依据。随着交通量增大，对路面使用性能和使用寿命的要求相应提高。由此，在使用年限内对混凝土强度、面板厚度、基层类型和模量等方面提出了不同的技术要求。为了区分各项要求在程度上的差别，按使用初期设计车道每日通过的标准铀载作用次数，将水泥混凝土路面承受的交通划分为特重、重、中等和轻四个等级，标准如下：公路混凝土路面交通分级表4-4交通等级特重重中等轻设计车道标准轴载累计作用次数4(10)eN＞2000100~20003~100＜35由表4-4可得该公路属于重交通等级。4.2初拟路面结构由上表4-1知，安全等级为四级的道路对应的变异水平等级为低级。水泥混凝土面层厚度的参考范围表4-5交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低中低中低中低中面层厚度（mm）≥260≥250≥240270~240260~230250~220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）240~210230~200220~200≤230≤2206根据三级公路、重交通等级和低级变异水平等级，由表4-5知，初拟普通混凝土面层厚度为220mm。各类基层适宜交通等级与适宜厚度的范围表4-6基层类型厚度适宜的范围（mm）适宜交通等级贫混凝土或碾压混凝土基层120~200特重交通水泥稳定粒料基层150~250重交通沥青混凝土基层40~60特重交通沥青稳定碎石基层80~100重交通石灰粉煤灰稳定粒料、级配粒料基层150~200中等或轻交通多孔隙水泥稳定碎石排水基层100~140高速、一级、重交沥青稳定碎石排水基层80~100高速、一级、重交如上表4-6，基层可选用水泥稳定粒料类，厚180mm，垫层选用低剂量无机结合料稳定土，厚150mm。普通混凝土板的平面尺寸宽4.5m、长5.0m；纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。74.3路面材料参数确定混凝土面板在行车荷载和温度变化等因素的作用下，将产生压应力和弯拉应力。混凝土面板所受的压应力与混凝土的抗压强度相比很小，而所受的弯拉应力与抗弯拉强度相比则大得多，可能导致混凝土面板开裂破坏。因此，在设计混凝土面板厚度时，应以弯拉强度为其设计标准。混凝土的强度随龄期而增长，通常以28日龄期的强度为标准。各级交通要求的混凝土设计弯拉强度不得低于表4-7的规定。当90日内不开放交通时，则可采用90日龄期的强度(为28日强度的1.1倍)。混凝土的强度对路面的使用寿命有重大影响，强度的变化同路面容许的标准铀载作用次数的对数成正比。增加混凝土的强度，可以大大延长路面的使用寿命，取得十分显著的经济效益。因而，应尽可能提高混凝土的强度。结合我国的材料情况和施工工艺水平，《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ012—94)规定了设计强度的最低值。条件许可时，应尽量采用高值，尤其是对于特重交通的公路。混凝土弯拉强度标准值rf表4-7交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值5.05.04.54.08（MPa）钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa）6.06.05.55.0混凝土弯拉弹性模量的测试工作，很费时而又不易准确，且其数值的变化对荷载应力计算结果的影响不大。因而，在无条件测试时，直接采用表4-7所列数值，=5.0rfMPa。水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值表4-8弯拉强度（MPa）1.01.52.02.53.0抗压强度（MPa）5.07.711.014.919.3弯拉弹性模量（GPa）1015182123弯拉强度（MPa）3.54.04.55.05.5抗压强度（MPa）24.219.735.841.848.4弯拉弹性模量（GPa）2527293133按表4-8取普通混凝土面层的弯拉弹性模量标准值为GPaEc31。中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围9表4-9土组公路自然区划ⅡⅢⅣⅤⅥ土质砂26~4240~5039~5035~6050~60黏质土25~4530~4025~4530~4530~45粉质土22~4632~5430~5027~4330~45垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围表4-10材料类型回弹模量（MPa）材料类型回弹模量（MPa）中、粗砂80~100石灰粉煤灰稳定粒料1300~1700天然砂砾150~200水泥稳定粒料1300~1700未筛分碎石180~220沥青碎石（粗粒式，20C）600~800极配碎砾石（垫层）200~250沥青混凝土（粗粒式，20C）800~1200极配碎砾石（基层）250~350沥青混凝土（中粒式，20C）1000~1400石灰土200~700多孔隙水泥碎石（水泥剂量1300~1700109.5%~11%）石灰粉煤灰土600~900多孔隙沥青碎石（20C，沥青含量2.5%~3.5%）600~800按表4-9，路基土回弹模量取MPaE300。按表4-10，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取MPaE6002，水泥稳定粒料基层回弹模量取MPaE13002。则有：基层顶面当量回弹模量计算如下：MPahhEhEhEx101315.018.015.060018.0130022222221222121)(57.215.0600118.0130014)15.018.0(1215.060018.01300114)(12123312211221322311mMNhEhEhhhEhEDx)(312.0101357.2121233mEDhXxx293.430130051.1122.651.1122.645.045.00EEax792.030101344.1144.1155.055.00EEbxMPaEEEahExbxt16530101330312.0293.431816.03100普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算为11mEEhrtc677.01653100022.0537.0537.0334.4荷载疲劳应力标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：MPahrps259.122.0677.0077.0077.026.026.0因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数为92.0~87.0rK,故取87.0rK。考虑设计基准期内荷载应力疲劳作用的疲劳应力系数504.2)10885.9(057.06vefNK。由于超过额定载重和载重在各侧车轮上分配的不均匀性，在行驶过程中因路表不平整和车辆自振所引起的变动，以及路面结构厚度和材料性质的变异等因素对路面疲劳损坏的影响的综合系数。其数值是参照国内外资料确定。综合系数cK表4-11公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路cK1.301.251.201.10根据公路等级和表4-11，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数为20.1cK。则荷载疲劳应力为MPaKKKpscfrpr29.3259.120.1504.287.0124.5温度疲劳应力混凝土面板顶面和底面的温度之差除