水泥混凝土路面设计

水泥混凝土路面设计1、设计资料公路自然区划Ⅳ区拟新建一条水泥混凝土路面一级公路，路基为含砂低液限粘土。据交通调查得知，交通量年平均增长率为8%，设计年限使用初期标准轴载日作用次数为15000。试设计该路面厚度。2、设计内容（1）交通分析：查公路混凝土路面设计基准期参考值表16-1知：一级公路设计基准期为30年。因为据交通调查得知，交通量年平均增长率为8%，设计年限使用初期标准轴载日作用次数为15000。（万次）136440.223650.081-0.081150003651130grgrNNtsE由公路混凝土路面交通等级表16-4知交通等级为特重。（2）拟定路面结构组成：由可靠度设计标准表16-20知安全等级为二级的一级路对应的变异水平等级为低～中级。根据一级公路﹑特重交通等级和低级变异等级水平查水泥混凝土面层厚度参考范围，以及表16-16：初拟新建单层水泥混凝土路面，混凝土面层厚度0.03m，基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚0.2m，垫层为0.15m的级配碎砾石。普通混凝土板的宽4.5m，长5m。纵缝设拉杆平缝，横缝为设拉力杆的假缝。路面材料参数确定：查表16-11可知特重交通混凝土设计弯拉强度为5MPa，相应的弯拉弹性模量为31000MPa。查中湿地基路床顶面回弹模量经验参考值范围表16-26知：公路自然区划Ⅳ区砂低液限粘土路基回弹模量为35MPa。由垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围表16-27知：级配碎砾石（垫层）回弹模量取200MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPa。由以上资料参数按公式16-53按计算基层顶面的当量回弹模量Et：a90415.02.020015.013002.022222221222121MPhhEhEhExmMNhEhEhhhEhEDx75.1)15.020012.013001(4)15.02.0(1215.02002.01300)11(4)(12123312211221322311mEDhxxx285.0)90475.112()12(3131046.4])35904(51.11[22.6])(51.11[22.645.045.00EEax759.0)35904(44.11)(44.1155.055.00EEbxMPaEEEahExbxt44.161)35904(35285.0046.4)(31759.03100按式16-52b计算混凝土的相对刚度半径：929.0)44.16131000(3.0537.0)(537.03131tcEEhr（3）确定水泥混凝土的设计抗弯拉强度fcm及混凝土的弯拉弹性模量Ec查水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值表16-25知：弯拉弹性模量确定为MPaEc31000。查混凝土弯拉强度标准值rf表16-23知：特重交通等级应选用MPafr5。（4）水泥混凝土路面板厚设计及验算：荷载疲劳应力分析：按公式16-52计算标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：819.03.0929.0077.0077.0260.0260.0hrps因为纵缝为设计拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数87.0rk。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数2.9)1013644(057.04vefNk按公路等级查综合系数：52.1ck故荷载疲劳应力计算：2.583MPa0.8191.252.90.87pscfrprkkk温度疲劳应力：由最大温度梯度标注值Tg表16-28可知：Tg可取90(0C/m)。板长为5m，l/r=5/0.929=5.38，h=0.3m，5101c/0C。Ec=31000MPa。通过查温度应力系数Bx图16-14得知：Bx=0.58。按式16-56计算：43.258.02903.03100010125-xgcctmBhTEMPa根据公路自然区划，通过查回归系数a.b和c表16-29：a=0.841、b=0.058、c=1.323按公式16-57计算：547.0]058.0-)543.2(841.0[43.25])([323.1bfafKcrtmtmrt再按公式16-55计算疲劳应力：a33.143.2547.0trMPKtmt查可靠度设计标准表16-20：一级公路安全等级为二级，相应于二级的变异系数水平等级为低～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，查表16-22得出可靠度系数16.1r按公式16-48计算：rtrprrf)(MPafMPar554.4)33.1583.2(16.1防冻厚度：含砂低液限粘土最小防冻厚度0.3m，满足要求。故所选取的普通混凝土面层厚度(0.3m)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。HPDS2003验算：水泥混凝土路面设计：设计内容:新建单层水泥混凝土路面设计公路等级:一级公路变异水平的等级:低级可靠度系数:1.16面层类型:普通混凝土面层序路面行驶单轴单轮轴载单轴双轮轴载双轴双轮轴载三轴双轮轴载交通量号车辆名称组的个数总重组的个数总重组的个数总重组的个数总重(kN)(kN)(kN)(kN)1标准轴载001100000015000行驶方向分配系数1车道分配系数1轮迹横向分布系数.22交通量年平均增长率8％混凝土弯拉强度5MPa混凝土弯拉模量31000MPa混凝土面层板长度5m地区公路自然区划Ⅳ面层最大温度梯度90℃/m接缝应力折减系数.87基(垫)层类型----新建公路土基上修筑的基(垫)层层位基（垫）层材料名称厚度(mm)回弹模量(MPa)1水泥稳定粒料20013002级配碎砾石1502003土基35基层顶面当量回弹模量ET=161.5MPaHB=300r=.93SPS=.82SPR=2.59BX=.45STM=1.88KT=.46STR=.86SCR=3.45GSCR=4RE=-20%设计车道使用初期标准轴载日作用次数:15000路面的设计基准期:30年设计基准期内标准轴载累计作用次数:1.364496E+08路面承受的交通等级:特重交通等级基层顶面当量回弹模量:161.5MPa混凝土面层设计厚度:300mm验算路面防冻厚度:路面最小防冻厚度300mm新建基(垫)层总厚度350mm验算结果表明,路面总厚度满足路面防冻要求.