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水泥混凝土路面设计计算书1混凝土路面结构设计原则（1）路面结构设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然因素，密切结合本地区实践经验，将混凝土路面板按重要工程结构的要求完成设计，首先应保证工程的按质量与耐久性。基层、底基层、垫层设计在满足设计要求的前提下，尽可能使用当地材料修建。（2）在满足交通量与使用要求的前提下，应遵循因地制宜、方便施工、利于养护、节约投资原则进行方案比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠的方案。（3）应结合当地时间基础，积极推广成熟的科研成果，积极、慎重地运营行之有效的额新材料、新工艺、新技术，以达到确保工程质量与耐久性的目的。（4）路面设计方案应充分考虑沿线环境保护、自然生态平衡，有利于施工、养护工作人员的健康与安全。（5）对于地处不良地基的路段，应采取有效措施加快稳定路基沉降，路基沉降率达不到限定要求时，绝不能仓促施工提前铺筑路面板。对于确实在短期内达不到限定沉降率要求的路段，可以先铺简易沥青路面，通车数年后，待路基沉降速率满足稳定要求后，再正式铺筑混凝土路面。总之，按设计使用年限标准设计的混凝土路面，施工时必须创造条件，严格执行，一次完成。2交通量计算及交通参数分析依据规范，浏醴高速公路K14+000~K16+000段，属于公路区划IV6区。交通量年增长率为8.3%。该地区路线地段基本为低缓丘陵地貌，路基土为粘土质砂。干燥路段路床顶距地下水位2.5m，中湿路段路床顶距地下水位1m，当地粗集料主要为砂岩。由表5-1可得：N th 㤶 th t h （1）交通参数分析根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2011），高速公路设计使用年限30年，安全等级一级，可得临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数η t，年增长率 htt率。表1标准轴载换算次数车型车轴轴轮数Pi(kN)交通量Nsi小客车前轴1-111.535000.000后轴1-12335000.000中客车SH130前轴1-116.57000.000后轴1-2237000.000大客车CA50前轴1-128.77500.000后轴1-268.27501.643小货车BJ130前轴1-113.5516000.000后轴1-227.216000.000中货车CA50前轴1-128.78200.000后轴1-268.28201.796中货车EQ140前轴1-123.78000.000后轴1-269.28002.212大货车JN150前轴1-1498000.009后轴1-2101.68001031.310特大车日野KB222前轴1-150.29500.015后轴1-2104.39501863.256拖挂车五十铃前轴1-160880.025后轴3-210088264.000合计3164.267（2）累计标准轴次 ht hh t η h hthtt率t hhhtt率 t t hh tt3路面结构方案设计及计算根据设计需求，路基的干燥类型，选择干燥和中湿状态，分别设计3种方案，并进行相关方案的比选。该计算书中所用公式及相关参数均参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTGD40-2011)。表2水泥混凝土路面设计方案路基状态结构层厚度（cm）干燥水泥混凝土面层27密集配沥青碎石（ATB-25）基层18级配碎石底基层20中湿水泥混凝土面层27密集配沥青碎石（ATB-25）基层18级配碎石底基层20级配砾石垫层153.1干燥状态（1）初拟路面结构参照规范，重交通等级高速公路安全等级为一级，变异系数低级。初拟水泥混凝土路面面层厚度27cm，基层选用密集配沥青碎石（ATB-25），厚度为18cm；底基层选用级配碎石，厚度为20cm。板平面尺寸设计为宽4.25m、3.75m、3m，长5m尺寸的水泥混凝土板，纵缝为设拉杆平缝；横缝为设传力杆的假缝。（2）确定材料参数普通混凝土面层的弯拉强度标准值 h 准，相应的弯拉弹性模量为 thGPa，泊松比为 th ；基层密集配沥青碎石（ATB-25）回弹模量为 㤶 MPa，泊松比为 thh；底基层级配碎石回弹模量为 h MPa；碎石粗集料的混凝土热膨胀系数为 hh h /°C。干燥状态，取粘土质砂土基的回弹模量100MPa，距地下水位2.5m时，湿度调整系数取0.95，因此得路床顶综合回弹模量 h th h MPa。计算板底地基综合当量回弹模量： h / h h h h t t h혀准 h h t 혀 α t ln t th t㤶㤶 h t㤶㤶 h ht‹t‹ h혀准板底地基综合当量回弹模量 取为135Mpa混凝土面层板弯曲刚度 ，基层板弯曲刚度 ，路面结构总相对刚度半径 的计算如下： th h th t‹th h th t h 혀 th h 㤶 thhth h thh t hh 혀 hth t h/t hth t tt hht h/t thh혀(3)荷载应力计算标准轴载和极限轴载在临界荷位处产生的荷载应力： 혀 ht㤶 h tht t th㤶 ht㤶 h thtt h t thh t t‹ h th㤶 htt㤶hh혀准 혀혀 ht㤶 h tht t 혀 th㤶 ht㤶 h thtt h t thh t t‹ h 㤶 th㤶 ht㤶 h혀准计算面层荷载疲劳应力和面层最大荷载应力： 혀 혀 th‹ t h hth htt㤶h tt㤶 h혀准 혀t혀准 혀혀 th‹ hth ht㤶 ht㤶 h혀准其中：应力折减系数 th‹；综合系数 hth ；疲劳应力系数 hh tt h 㤶 t ‹ t h(4)温度应力由规范表查得最大温度梯度取88℃/m；综合温度翘曲应力与内应力的温度应力系数 计算如下： h t h h t‹th t thh㤶 h ht h 准/혀 t h㤶 t t h t tt h ht hh㤶 th 혀ξ 㤶 t 㤶 t ht h thh㤶 t th tht h th 㤶 t thht th㤶t t t thh hth‹ h hhtξsinhhth‹coshth‹tcoshhth‹sinhth‹coshth‹sinhth‹tsinhhth‹coshhth‹ t‹h ht‹‹ 㤶t㤶h ththh ht‹‹ 㤶t㤶h t‹ t‹h thth h t‹h ttht计算面层最大温度应力： t혀准 hh h th t‹ hh ttht ht h혀准计算温度疲劳应力系数： t혀准 准 t혀准 t ht th㤶h ht t httt t h tthh计算温度疲劳应力： t혀准 tthh ht t h혀准(5)结构极限状态校核根据规范，确定可靠度系数γ ht ，验证结构极限状态是否满足要求： 혀 t ht tt㤶 t t t ≤ t h혀准 혀t혀准 t t혀准 ht ht㤶 tht tt h≤ t h혀准拟定的由计算厚度0.27m的普通混凝土面层，厚度为0.18m的密集配沥青碎石（ATB-25）基层和厚度为0.20m的级配碎石底基层，可以承受计算基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用，以及最大轴载在最大温度梯度时的一次作用。取混凝土面层设计厚度为0.28m。3.2中湿状态（1）初拟路面结构初拟水泥混凝土路面面层厚度27cm，基层选用密集配沥青碎石（ATB-25），厚度为18cm；级配稳定碎石，厚度为 h=20cm，垫层选用级配砾石，垫层厚度 =15cm，中湿状态，取粘土质砂土基的回弹模量100MPa，距地下水位1m时湿度调整系数取0.8，由此得路床顶综合回弹模量 h th h MPa。（2）确定材料参数级配砾石垫层回弹模量取 h hh h혀准，其它同干燥方案。计算板底地基综合当量回弹模量： h / h h ht ht t t th hh t t th hth혀准 h ht tt 혀 α t ln t th t h‹ hth t h‹ h h㤶 t h혀准板底地基综合当量回弹模量 取为140Mpa混凝土面层板弯曲刚度 ，基层板弯曲刚度 ，路面结构总相对刚度半径 的计算如下： th h th t‹th h th t h 혀 th h 㤶 thhth h thh t hh 혀 hth t h/t hth t tt hh㤶 h/t thhh혀(3)荷载应力计算标准轴载和极限轴载在临界荷位处产生的荷载应力： 혀 ht㤶 h tht t th㤶 ht㤶 h thtt h t thhh t t‹ h th㤶 htt㤶h혀准 혀혀 ht㤶 h tht t 혀 th㤶 ht㤶 h thtt h t thhh t t‹ h 㤶 th㤶 htthh혀准计算面层荷载疲劳应力和面层最大荷载应力： 혀 혀 th‹ t h hth httth ttthh혀准 혀t혀准 혀혀 th‹ hth htth htthh혀准其中：应力折减系数 th‹；综合系数 hth ；疲劳应力系数 hh tt h 㤶 t ‹ t h(4)温度应力由规范表查得最大温度梯度取88℃/m；综合温度翘曲应力与内应力的温度应力系数 计算如下： h t h h t‹th t thh㤶 h ht hh 准/혀 t h㤶 t t h t tt h ht hh㤶 th 혀ξ 㤶 t 㤶 t ht h thhh㤶 t th tht h th 㤶 t thhht th t t t thhh hthh h hhtξsinhhthhcoshthhtcoshhthhsinhthhcoshthhsinhthhtsinhhthhcoshhthh t‹ ht‹‹ 㤶t㤶h ththh ht‹‹ 㤶t㤶h t‹ t‹ thth h t‹ tt‹ 计算面层最大温度应力： t혀准 hh h th t‹ hh tt‹ ht h혀准计算温度疲劳应力系数： t혀准 准 t혀准 t ht th㤶h ht t httt t h tt‹‹计算温度疲劳应力： t혀准 tt‹‹ ht t ‹h혀准(5)结构极限状态校核根据规范，确定可靠度系数γ ht ，验证结构极限状态是否满足要求：