水泥路面设计.docx

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公路水泥混凝土路面设计
一、轴载换算
水泥混凝土路面结构设计以100KN地单轴-双轮组荷载作为标准轴载.不同轴轮型和轴载地作用次数，按下式换算为标准轴载地作用次数.
（1） ； （2）
（3） ； （4）
Ns——100KN地单轴-双轮组标准轴载地作用次数；
Pi——单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型级轴载地总重（KN）；
——轴型和轴载级位数；
——各类轴型级轴载地作用次数；
——轴-轮型系数，单轴-双轮组时，=1；单轴-单轮时，按式（2）计算；双轴-双轮组时，按式（3）计算；三轴-双轮组时,按式（4)计算.
轴载换算
车型
(KN)

(次/日)

小客车
前轴
16.5
665
2654
0
后轴
23.0
1
2654
0
中客车
SH130
前轴
25.55
551
756
0.0001
后轴
45.10
1
756
0.0022
大客车
CA50
前轴
28.70
524.2
1631
0.0018
后轴
68.20
1
1631
3.5728
小货车
BJ130
前轴
13.40
727.3
1625
0
后轴
27.40
1
1625
0
中货车
CA50
前轴
28.70
524.2
705
0.0008
后轴
68.20
1
705
1.5443
中货车
EQ140
前轴
23.70
569.1
531
0
后轴
69.20
1
531
1.4682
大货车
JN150
前轴
49.00
416.5
776
3.5695
后轴
101.60
1
776
1000.37
特大车日野
KB222
前轴
50.20
412.1
756
5.0674
后轴
104.30
1
756
1482.7595
拖挂车
五十铃
前轴
60.00
381.7
51
5.4918
后轴
100（3轴）
0
51
0

2503.8457
上表为双车道双向交通调查结果， 取交通量年平均增长率为11.1％.小于40KN地轴载可略去.调查分析双向交通地分布情况，选取交通量方向分布系数，一般取0.5，车道数为1，所以交通量车道分布系数取1.0.
Ns=∑0.5×1.0×2503.8457=1251.9228次
查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》，此路面属重交通，设计使用年限为20年.由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》取轮迹横向分布系数为0.37，可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数Ne为：

=10980291.39次
二、路面板厚度计算
设计道路路基为中湿状态，故按以下步骤进行路面板厚度计算
1、初拟路面结构
查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表4.4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.24m, 基层选用水泥稳定碎石（水泥用量为5％），厚为h1=0.20m.垫层选用厚度为h2=0.20m地天然砂砾.普通水泥混凝土板地平面尺寸宽为4.0m,长为5.0m.纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝.
2、材料参数地确定
（1）混泥土地设计弯拉强度与弹性模量
按《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表3.0.6，取普通混泥土面层地弯拉强度标准值,相应弯拉弹性模量标准值为
（2）土基地回弹模量
参照《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》附录F，路基回弹模量取.查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取，天然砂砾回弹模量取E2=175MPa.
按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：
Ex=h12E1+h22E2h12+h22=0.22×1500+0.22×1750.22+0.22=837.5MPa
Dx=E1h13+E2h2312+(h1+h2)24(1E1h1+1E2h2)-1
=1500×0.23+175×0.2312+(0.2+0.2)24×(11500×0.2+1175×0.2)-1
=2370KN*m
hx=(12DxEx)13=(12×2.37837.5)13=0.324m

=3.970

=0.749

=172.14MPa
普通混凝土面层地相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为

=0.728
3、荷载疲劳应力计算
按式（B.1.3），标准轴载在临界荷位处产生地荷载应力计算为
σps=0.077r0.6h-2=0.077×0.7280.6×0.24-2=1.105MPa
因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力地应力折减系数.考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用地疲劳应力系数kf=Nen=(10980291.39)0.057=2.519.根据公路等级，由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》附录B，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响地综合系数
按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为

=2.906MPa
4、温度疲劳应力
由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表3.0.8，Ⅲ区最大温度梯度区93℃/m.板长L=5m,Lr=5.0/0.728=6.868, 由图B.2.2可查普通混凝土板厚,h=0.24m, Bx=0.65按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板地温度翘曲应力计算为
σtm=αcEchTg2Bx=2.25MPa
温度疲劳应力系数，按式（B.2.3）计算为

=0.553
再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为
σtr=Ktσtm=0.553×2.25=1.244MPa
5、可靠度计算
由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表3.0.1，二级公路地安全等级为三级，相应于三级安全等级地变异水平等级为中级，目标可靠度为85%，再根据查地目标可靠度变异水平等级，查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》表3.0.3，确定可靠度系数，按式（3.0.3）
γrσpr+σtr=1.10×2.906+1.244=4.565MPa≤fr5.0MPa
因而所选地普通混凝土面层厚度h=0.24m，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力地综合疲劳作用.
三、连续配筋混凝土面层纵向配筋计算
1、计算参数
混凝土强度等级为C40，查表F．5，得混凝土抗拉强度标准值=3.5(MPa)，粘结刚度系数=34(MPa/mm)，连续配筋混凝土干缩应变=O.0002.
选用HRB335螺纹钢筋，直径为：ds=16mm，查附录F.4，得到弹性模量Es= 200GPa、屈服强度 =335MPa.
2、横向裂缝间距计算
按式(E.O.2-3)，混凝土温缩应力系数为

初拟配筋率ρ=O.7％，按式(E.O.2-2)，计算钢筋贡献率为

由，查图E.O.2，得b=5.6，代入式(E.0.2-1)中

=1680mm=1.68m
Ld=1.68m满足横向裂缝间距1.0～2.5m地要求.
3、裂缝宽度计算
根据钢筋贡献率为φ=0.0452,b=5.6，查图E.0.3，得裂缝宽度系数λb=0.86，按式(E.O.3)计算裂缝宽度为
bj=αcΔT+εshλbLd=0.81mm<1mm
4、钢筋应力计算
根据钢筋贡献率为φ=0.0452,b=5.6，查图E.0.4，得钢筋温度应力系数λst=3.6，按式(E.0.4)计算钢筋应力为

=315MPa<fsy=335MPa
5、钢筋间距或根数计算
上述计算均满足要求，则初拟地纵向钢筋配筋率是合适地.
钢筋间距为πds24ρh=3.14×0.1624×0.007×0.24=0.12m=120mm

四、确定结构层设计参数
根据《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40-2002)》地建议值取定路面各结构层适宜厚度，设计水泥混凝土路面方案如下，并按照上面方法进行验算符合要求.
水泥混凝土路面各种设计方案列表如下
路基状态
结构层
层 厚（cm）
中 湿
水泥混凝土面层
24
水泥稳定碎石基层
20
级配碎石底基层
20
五、板地平面尺寸
水泥混凝土路面设计采用矩形水泥混凝土板，纵向和横向接缝垂直相交，其纵向两侧地横缝不得互相错位.
(1)纵缝间距过宽容易产生纵向断裂，因而规范规定板宽不超过4.5m，由于单侧行车道路面宽6.0m，故设计板宽取为4.0m.
(2)横缝间距取为5.0m，使混凝土板尽可能接近正方形，以改善受力状态.
(3)为使混凝土路面使用寿命较长，设计水泥混凝土板厚为24cm.
六、接缝设计
1、纵缝设计
一次铺筑宽度为3.75m，设置纵向施工缝，纵向施工缝采用平缝形式，上部应锯切槽口，深度为35mm，宽度为6mm，槽内灌塞填缝料.

纵向施工缝（单位：mm）
纵向缩缝：采用假缝形式，锯切地槽口深度应大于施工缝地槽口深度.

纵向缩缝（单位：mm）
2、横向接缝
横向施工缝其位置尽可能选在缩缝或胀缝处.

横向施工缝构造（单位：mm）
横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式，顶部应锯切槽口，深度为面层厚度地1/5-1/4，宽度为6mm，槽内填塞填缝料.

横向缩缝构造（单位：mm）
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