水泥混凝土路面厚度计算

水泥混凝土路面厚度计算.max.max()()rprtrrrptrffbrbprrf贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲劳断裂作为设计标准。其极限状态设计表达式为：设计标准：水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂；验算标准：面层板在设计基准期内，在最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂。其极限状态设计表达式分别为：一、水泥混凝土路面设计标准及验算标准二、水泥混凝土板厚度计算流程交通分析，确定交通荷载等级路面结构的组合设计，初拟路面结构按照初拟路面结构组合形式，选择相应力学分析模型；根据选定的力学模型计算混凝土面层板的最大荷载应力、荷载疲劳应力、最大温度应力及温度疲劳应力。面层板极限状态检验贫混凝土或碾压混凝土为基层、下面层板时，计算其荷载疲劳应力，检算其极限状态。面层或基层的极限状态不满足要求时，改选混凝土面层板厚度或(和)整调基层类型或(和)厚度，重新计算。计算厚度加6mm磨损厚度后，按10mm向上取整，作为混凝土面层的设计厚度。公路等级安全等级公路自然区划设计基准期累计轴载次数Ne路基垫层和基层材料调查及试验温度梯度Tg初拟路面结构结构特征参数r(rg,rβ),Dc(Db),CL,BL等最大温度应力σt.max设计及极限轴载临界荷位荷载应力σps(σpsb),σpm荷载疲劳应力及荷载最大应力σpr(σprb),σp.max目标可靠度变异等级水平可靠度系数γr温度应力疲劳系数kt温度疲劳应力σtrγr(σpr+σtr)≤frγrσprb≤frb材料设计弯拉强度fr(frb)结束否是荷载疲劳应力系数kf接缝传荷应力折减系数kr理论偏差和动载影响综合系数kc交通调查交通等级设计轴载Ps极限轴载Pmσp.max+σt.max≤fr水泥路面的设计轴载及轴载换算1交通分析——交通荷载分级按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，以轴重100kN的单轴-双轮组荷载作为设计轴载。对极重交通荷载等级的水泥混凝土路面，宜选用货车中占主要份额特重车型的轴载作为设计轴载。各级轴载作用次数按按等效疲劳损坏原则换算为设计轴载的作用次数。161SiniiSPPNNrtrseggNN36511设计轴载累计作用次数交通调查与分析初期年平均日货车交通量（双向）方向分配系数，一般0.5-0.6车道分配系数设计车道的年平均日货车交通量（ADTT）货车交通量的年平均增长率gr轴载调查与分析各类车辆的轴型调查和轴重测定轴载当量换算系数法车辆当量轴载系数法车道使用初期的设计轴载日作用次数Ns车辆轮迹横向分布系数η设计轴载累计作用次数NejijijpiispknADTTN)(3000,rtrseggNN36511不同轴重级位的设计轴载当量换算系数车道使用初期的设计轴载日作用次数16,sijijpPPk各类车辆的设计轴载当量换算系数ijijijpkppkk,,kkkpspkADTTN)(,车道使用初期的设计轴载日作用次数设计轴载累计作用次数2初拟路面结构根据公路等级和交通荷载、路基条件、当地温度和湿度状况及已有公路路面的使用经验，进行路面组合设计，初拟路面结构。路床顶面的综合回弹模量值，轻交通荷载等级时不得低于40MPa，中等或重交通荷载等级时不得低于60MPa，特重或极重交通荷载等级时不得低于80MPa。路基基层和底基层承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基层，承受中等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采用无机结合料稳定类材料，且上路床由细粒土组成时，应在基层下设置粒料类底基层。贫混凝土或碾压混凝土基层上应铺设沥青混凝土夹层，厚度不宜小于40mm。无机结合料稳定碎石基层上应设封层。面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。注意：平面尺寸及接缝设计平面布局宜采用矩形分块，其纵向和横向接缝应垂直相交，纵缝两侧的横缝不得相互错位。纵向接缝的间距（板宽）宜在3.0~4.5m范围内选用。横向接缝的间距（板长）应按面层类型和厚度选定（普通水泥混凝土面层宜为4~6m，面层板的长宽比不宜超过1.35，平面面积不宜大于25m2）纵向接缝设置：一次摊铺宽度小于路面宽度时，应设纵向施工缝（设拉杆的平缝）；一次摊铺宽度大于4.5m，应设纵向缩缝（设拉杆的假缝）；碾压混凝土面层一次摊铺宽度大于7.5m时，应设纵向缩缝；行车道路面与混凝土硬路肩之间的纵向接缝必须设拉杆。横向接缝设置（缩缝、胀缝和施工缝）：横向施工缝：每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设横向施工缝，其位置宜选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处的施工缝，应采用加传力杆的平缝，设在胀缝处的施工缝，其构造同胀缝；横向缩缝：保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则裂缝。应采用假缝形式，极重、特重和重交通荷载公路的横向缩缝，中等和轻交通荷载公路邻近胀缝或自由端部的3条横向缩缝，收费广场的横向缩缝，应采用设传力杆假缝；横向胀缝：保证板在温度升高是能部分伸长，从而避免路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。在邻近桥梁或其他固定构筑物处，或者与其他道路相交处，应设横向胀缝。3路面材料参数确定4力学模型的选择弹性地基单层板模型适用于粒料基层上混凝土面层旧沥青路面加铺混凝土面层，面层板以下部分按弹性地基处理弹性地基双层板模型适用于无机结合料类基层或沥青类基层上混凝土面层，旧混凝土路面上加铺分离式混凝土面层；面层和基层或者新旧面层作为双层板，基层底面以下或旧面层底面以下部分按弹性地基处理复合板模型适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板。旧混凝土路面上加铺结合式混凝土面层，两层不同性质材料组成的层间黏结的面层，作为弹性地基上的单层板或弹性地基上双层板的上层板；无机结合料类基层或沥青类基层与无机结合料类底基层组成的基层，作为弹性地基上双层板的下层板。水泥混凝土路面结构分析应采用弹性地基板理论。除粒料基层外，其他基层与混凝土面层应按分离式双层板模型进行结构分析。粒料基层及各级底基层和垫层，应与路基一起视作多层弹性地基，以地基顶面当量回弹模量表征。水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准；并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准。贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲劳断裂作为设计标准。5荷载应力计算----弹性地基单层板模型设计轴载在面层板临界荷位处产生的的荷载疲劳应力pscfrprkkkkr—接缝传荷的应力折减系数，混凝土路肩，kr=0.87~0.92，柔性路肩或土路肩，kr=1。kf—疲劳应力系数kc—综合系数，查表pr荷载疲劳应力系数kfefNkffffl017.0053.0式中Ne——设计基准期内设计轴载累计作用次数；λ——材料疲劳指数，普通、钢筋、连续配筋混凝土：λ=0.057；碾压、贫混凝土：λ=0.065；ρf——钢纤维的体积率（%）；lf——钢纤维的长度（mm）；df——钢纤维的直径（mm）。设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力σps30.7020.94cs1.4710psrhP1/3ct1.21rDE3ccc2c121EhDv式中Ps——设计轴载的单轴重(kN)；hc、Ec、vc——混凝土面层板的厚度(m)、弯拉弹性模量（MPa）和泊松比r——混凝土面层板的相对刚度半径(m)；Dc——混凝土面层板的截面弯曲刚度(MN·m)；Et——板底地基当量回弹模量（MPa)00xtEEEE0.860.26lnxh2211nnxiiiiiEhEh1nxiihh新建公路的板底地基当量回弹模量Et式中E0——路床顶综合回弹模量（MPa）；Ex——粒料层的当量回弹模量（MPa；hx——粒料层的总厚度（m）；n——粒料层的层数；Ei、hi——第i结构层的回弹模量（MPa）与厚度(m)。5荷载应力计算----弹性地基双层板模型上层板（面层）的荷载疲劳应力σprpscfrprkkk30.65-20.94cbc1.45101psgsrhPDD3bbb2b121EhDv1/3cbt1.21grDDE3ccc2c121EhDv贫砼或碾压砼基层板或者下面层板的荷载疲劳应力bpscfbprkk94.0268.03/11041.1sbgbcbpsPhrDDkf,kc——荷载疲劳应力系数、综合系数，按单层板取值；σbpr——下层板的荷载疲劳应力（MPa）；σbps——设计轴载Ps在下层板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)；最重轴载在上层板临界荷位处产生的最大荷载应力pmcrpkkmax,——最重轴载Pm在四边自由板临界荷位处产生的最大荷载应力（MPa），设计轴载Ps改为最重轴载Pm（以单轴计，kN）；kr、kc——应力折减系数、综合系数。.maxp94.0265.0311045.1mcgcbpmPhDDpm6温度应力计算----弹性地基单层板模型在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力σtrc-4.481.77e0.1311hLLLBCCttttttttCLcoshsinhsincossincoshcossinh1rLt3/最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力σt,max综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL混凝土面层板的温度翘曲应力系数CLmax,tttrkLgccctBThE2max,2sinhxxeex2coshxxeex温度疲劳应力系数kt.max.maxtbtrttttrfkacf6温度应力计算----弹性地基双层板模型在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力σtrc-4.481.77e0.1311hLLLBCC最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力σt,max综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL混凝土面层板的温度翘曲应力系数CL与单层板公式不同。max,tttrkLgccctBThE2max,下层板的温度疲劳应力不需计算ttttttttCLcoshsinhsincossincoshcossinh111grLt3/43nc43ncggkrDrkrDr14cbcbnDDrDDk1cbncb12hhkEE温度翘曲应力系数CL式中ξ——与双层板结构有关的参数；rβ——层间接触状况参数(m)；kn——面层与基层之间竖向接触刚度，上下层之间不设沥青混凝土夹层或隔离层时按公式计算；设沥青混凝土夹层或隔离层时，kn取3000MPa/m。7结构极限状态校核.max.max()()rprtrrrptrffbrbprrf三、设计示例公路自然区划Ⅲ区新建一条高速公路，单向三车道，行车道宽11.75m。路基土为黄土（低液限粉土），路床顶距地下水位2.0m，当地粗集料主要为花岗岩。拟采用碾压混凝土做基层。应交通调查分析得知，设计轴载Ps=100KN，最重轴载Pm=250KN，设计车道使用初期设计轴载日作用次数为42000，交通量年平均增长率为7%。试设计该路面厚度。1交通分析高速公路的设计基准期查表为30年，安全等级为一级。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数查表取0.22。设计基准期内设计车道标准轴载累计作用次数按公式计算：次83010186.322.007.0365107.014200036511rtrSeggNN属特重交通荷载等级2初拟路面结构相应于高速公路的变异水