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1、 王利路基路面工程课程设计设计报告计算书 27 资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。 指导老师: 刘红燕 学生班级: 级2班 学 号: 姓 名: 王 利 中国民航飞行学院空中交通管理学院 11月20日 目录 一、 课程设计目的及要求 1 二、 课程设计的内容及其要求 1 三、 课程设计步骤与方法 1 1.水泥混凝土路面结构设计具体步骤如下: 1
2、 2 课程设计内容和时间安排( 自己安排的时间是8天完成) 2 3 评价标准; 3 四、 课程设计背景资料 3 水泥混凝土路面设计 3 五、 课程设计背景资料高速公路水泥混凝土路面设计( 据学号选题如下J) 5 六、 设计步骤 6 1.选定高速公路路面设计资料 6 2.轴载换算 6 3.路面板厚度计算 8 4.确定结构层设计参数 15 5.设计路面结构图绘制( CAD截图) 如下: 15 6.接缝设计 17 七、 设计过程的个人看法 19 八、 参考资料 20 路基路面课程设计任务 一、 课程设计目
3、的及要求 路基路面课程设计是交通工程专业在校进修专业课的一个重要环节, 也是学生综合运用所学知识解决现实问题和独立钻研的好机会. 路基路面的课程设计是对路基路面工程课堂教学的必要补充和深化, 经过设计让我们能够更加切合实际地和灵活地掌握路基路面的基本理论, 设计理论体系, 加深对路基路面设计方法和设计内容的理解, 加强设计、 计算、 绘图及编制说明书的基本技能, 进而提高和培养了分析、 解决工程实际问题的能力。 二、 课程设计的内容及其要求 课程设计内容分路基设计和路面设计两部分内容, 在路面设计内容里还包括机场道面设计内容。以教师提供的设计资料为主, 学生在查阅相关文献资料的基础上,
4、 结合当地的气候条件、 地质条件、 水文条件以及给定的交通条件, 拟定路基路面的设计方案, 对路基的稳定性、 路面结构厚度的计算和验算。 课程设计要求设计计算条理清晰, 计算的方法和结果能符合中国现阶段路基路面设计和机场道面设计规范的要求。 水泥混凝土路面设计是本人及本报告的主要内容。 任务: 水泥混凝土路面结构设计 三、 课程设计步骤与方法 课程设计首先要熟悉课程设计的指导书, 研读路面结构设计与计算的有关例题, 认真分析设计任务书所提供的设计依据 1.水泥混凝土路面结构设计具体步骤如下: 第一: ( 1) 水泥标准荷载的作用次数 ( EXCEL完成计算)
5、 ( 2) 确定交通量分级, 选定设计年限及轮迹横向分布系数 ( 3) 计算设计使用年限内累计当量轴次 第二: ( 4) 初拟路面结构, 包括结构层次、 类型和材料组成, 各层的厚度、 面板平面尺寸和接缝构造 ( 5) 确定材料参数, 确定混凝土的设计弯拉强度和弹性模量, 基层垫层和路基的回弹模量, 基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量 ( 6) 计算荷载疲劳应力 a.查应力计算图得最大荷载应力 b.定接缝传荷系数, 综合系数 c.计算荷载疲劳应力 d.计算温度应力 第三 ( 7) 由自然区划选最大温度梯度; 按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的翘
6、曲温度应力, 最后计算温度疲劳应力 ( 8) 检验初拟路面结构 按 (0.95fcm≤σp+σt≤1.03fcm)公式检验, 如不满足, 重拟路面结构, 重新计算, 直到满足要求为止。计算厚度取整至厘米。 第四 画图 ( 9) 画出最后选定的路面结构图 第五 整理报告 ( 10) 编写设计说明书 2 课程设计内容和时间安排( 自己安排的时间是8天完成) ( 1) 布置设计任务。教师提供路基路面课程设计的基本资料, 并交待课程设计的目的、 方法、 要求等。0.5天 ( 2) 路基设计资料分析、 设计方案的拟定。 1天 11月18日 查找资料 1课本
7、 2水泥路面设计 人民交通出版社 6月 第一版 黄晓明主编 3《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》校内网上有分享, ( 3) 路基结构形式设计、 绘制, 路基边坡稳定性验算。 1天 11月19日 ( 4) 整理及编写整理路基工程课程设计的设计报告、 计算书整理。 1天 11月20日 ( 5) 路面设计资料分析、 确定路面等级和面层类型。 1天 11月22日 ( 6) 路面结构设计、 路面结构参数及设计参数确定; 路面厚度计算和应力验算, 提出合理的路面合理的路面结构型式; 作图。 2天 11月23 24日 ( 7) 整理及编写整理路面
8、工程课程设计的设计报告、 计算书整理。 2天 11月25 27日 3 评价标准; 参照优秀的标准: ①能够熟练综合运用所学知识, 全面独立完成设计任务, 设计过程中能够提出自己的看法; ②设计方案合理, 设计计算正确, 数据可靠; ③图面质量整洁, 能很好地表示设计意图; ④计算书表示清楚, 文字通顺。 四、 课程设计背景资料 水泥混凝土路面设计 水泥混凝土路面设计( 双向4车道高速公路) 路面结构设计图、 水泥混凝土路面分块布置图、 水泥混凝土路面接缝设计图, 至少完成其一( 一张A3图纸) 水泥混凝土路面设计计算书。双向四车道: 共有四条车道, 比
9、如往南有两条车道, 相向往北也有两条, 就是双向四车道。 按国家颁布的相关标准, 同时也和全世界通用标准相差无几, 城市道路每车道宽度为3.75米, 交叉路口分流车道每车道为2.3-2.5米, 干线公路( 包括高速公路) 每车道宽为3.75米, 路肩( 高速公路紧急停车带) 为1.5-2.5米。 2.设计任务书和指导报告要求: 交通量根据学生班级及学号尾数按照表1采用, 若学号尾数超过34, 则35号选用5号的资料, 36号选用6号的资料, 依此类推。( 选定红色的) 表1 交通量( 辆/昼夜) 路基中湿, E＝35MPa 路基干燥, E＝50MPa 学生学号尾
10、数 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 小客车 3100 3018 2900 2654 2700 2620 2580 2500 2300 3100 3018 2900 2654 2700 2620 2580 2100 中客车SH130 600 658 700 756 800 834 869 900 1000 600 658 700 756 800 834 869 1100 大客车CA50 720 691 650 6
11、31 530 501 458 410 305 720 691 650 631 530 501 458 210 小货车BJ130 1500 1534 1600 1625 1700 1725 1768 1800 1900 1500 1534 1600 1625 1700 1725 1768 中货车CA50 810 781 720 705 610 585 556 510 550 810 781 720 705 610 585 556 450 中货车EQ140 750 640 800 531
12、 850 864 897 900 950 750 640 800 531 850 864 897 1000 大货车JN150 800 772 700 776 850 798 726 650 600 800 772 700 776 850 798 726 780 特大车日野KB222 800 843 900 756 600 688 654 500 400 800 843 900 756 600 688 654 450 拖挂车 五十铃 80 85 88 51 58 60 62 65
13、 65 80 85 88 51 58 60 62 58 交通量 年平均增长率( %) 10.2 11.5 12.3 11.1 8.9 9.1 9.4 9.7 9.9 10.2 11.5 12.3 11.1 8.9 9.1 9.4 11.0 水泥混凝土路面设计交通量与土基资料 注: 上表为双车道双向交通量调查结果, 学生采用相应的交通量与路基资料。 表1( 续) 水泥混凝土路面设计交通量与土基资料 交通量( 辆/昼夜) 路基干燥, E＝50MPa 路基中湿, E＝35MPa 学生学号尾数 18 19 20
14、 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 小客车 3100 3018 2900 2654 2700 2620 2580 2500 2300 3100 3018 2900 2654 2700 2620 2580 2100 中客车SH130 600 658 700 756 800 834 869 900 1000 600 658 700 756 800 834 869 1100 大客车CA50 1720 1691 1650 1631 1530
15、 1501 1458 1410 1305 1720 1691 1650 1631 1530 1501 1458 1210 小货车BJ130 1500 1534 1600 1625 1700 1725 1768 1800 1900 1500 1534 1600 1625 1700 1725 1768 中货车CA50 810 781 720 705 610 585 556 510 550 810 781 720 705 610 585 556 450 中货车EQ140 750 640 800
16、 531 850 864 897 900 950 750 640 800 531 850 864 897 1000 大货车JN150 800 772 700 776 850 798 726 650 600 800 772 700 776 850 798 726 780 特大车日野KB222 800 843 900 756 600 688 654 500 400 800 843 900 756 600 688 654 450 拖挂车 五十铃 80 85 88 51 58 60 62
17、 65 65 80 85 88 51 58 60 62 58 交通量 年平均增长率( %) 10.2 11.5 12.3 11.1 8.9 9.1 9.4 9.7 9.9 10.2 11.5 12.3 11.1 8.9 9.1 9.4 11.0 水泥混凝土路面设计交通量与土基资料 注: 上表为双车道双向交通量调查结果, 学生采用相应的交通量与路基资料。 五、 课程设计背景资料高速公路水泥混凝土路面设计( 据学号选题如下J) 设计资料: 本公路等级为高速公路, 双向四车道, 据表得, 交通量年平均增长率为11.1%, 查得设
18、计年限为30年, 该路段处于中南地区, 选取广州, 属Ⅳ7区。 表1 交通量( 辆/昼夜) 路基中湿, E＝35MPa 路基干燥, E＝50MPa 学生学号尾数 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 小客车 3100 3018 2900 2654 2700 2620 2580 2500 2300 3100 3018 2900 2654 2700 2620 2580 2100 中客车SH130 600 658 700 756 80
19、0 834 869 900 1000 600 658 700 756 800 834 869 1100 大客车CA50 720 691 650 631 530 501 458 410 305 720 691 650 631 530 501 458 210 小货车BJ130 1500 1534 1600 1625 1700 1725 1768 1800 1900 1500 1534 1600 1625 1700 1725 1768 中货车CA50 810 781 720 705 610
20、 585 556 510 550 810 781 720 705 610 585 556 450 中货车EQ140 750 640 800 531 850 864 897 900 950 750 640 800 531 850 864 897 1000 大货车JN150 800 772 700 776 850 798 726 650 600 800 772 700 776 850 798 726 780 特大车日野KB222 800 843 900 756 600 688 654
21、500 400 800 843 900 756 600 688 654 450 拖挂车 五十铃 80 85 88 51 58 60 62 65 65 80 85 88 51 58 60 62 58 交通量 年平均增长率( %) 10.2 11.5 12.3 11.1 8.9 9.1 9.4 9.7 9.9 10.2 11.5 12.3 11.1 8.9 9.1 9.4 11.0 水泥混凝土路面设计交通量与土基资料 注: 上表为双车道双向交通量调查结果, 学生采用相应的交通量与路基资料。 六、 设
22、计步骤 1.选定高速公路路面设计资料 主要设计指标: 全线按照平原丘陵山区公路修建, 路基宽度为24m, 双向4车道, 中央分隔带3.0m, 土路肩为2×3.00m, 行车道为4×3.75m, 中央两左侧路缘带2×0.75m。设计车速: 80～100km/h。根据交通量情况和公路性质设计机动车道的路面结构。设计交通量标准轴载为BZZ-100。交通组成如下表所示, 交通量年增长率r=11% 。 2.轴载换算 ( 1) 水泥标准荷载的作用次数 (EXCEL完成计算) 水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴轮型和轴载的作用次数, 按下
23、式换算为标准轴载的作用次数。 ( (公式1) ; ( 公式2) ( (公式3) ; ( (公式4) Ns——100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数; Pi——单轴-单轮、 单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型级轴载的总重( KN) ; ——轴型和轴载级位数; ——各类轴型级轴载的作用次数; ——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。 表2 水泥( EXCEL) 轴载换算结果表( 弯沉) 车型 (KN)
24、 (次/日) 小客车 前轴 16.5 665 2654 1764910 0 后轴 23 1 2654 2654 0 中客车 前轴 25.55 551 756 416556 0.00014 SH130 后轴 45.1 1 756 756 0.0022 大客车 前轴 28.7 524.2 631 330770.2 0.0007 CA50 后轴 68.2 1 631 631 1.382 小货车 前轴 13.4 727.3 1625 1181863 0 BJ130 后轴 27.4
25、 1 1625 1625 0 中货车 前轴 28.7 524.2 705 369561 0.00078 CA50 后轴 68.2 1 705 705 1.54 中货车 前轴 23.7 569.1 531 302192.1 0 EQ140 后轴 69.2 1 531 531 1.47 大货车 前轴 49 416.5 776 323204 3.57 JN150 后轴 101.6 1 776 776 1000.37 特大车日野 前轴 50.2 412.1 756 311547.6 5.067 K
26、B222 后轴 104.3 1 756 756 1482.76 拖挂车 前轴 60 381.7 51 19466.7 5.492 五十铃 后轴 100( 3轴) 0 51 0 0 2501.655 轴载换算结果表 注: 轴载小于25KN的轴载作用不计。 上表为四车道双向交通调查结果, 取交通量年平均增长率为11.1％。小于和等于40KN(单轴)和80KN( 双轴) 的轴载可略去(设计过程中能够提出自己的看法)。 调查分析双向交通的分布情况, 车道数为4。 课本P283查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》, 高速公路一级,
27、 设计使用年限为30年。P297由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》取轮迹横向分布系数为0.22, 可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数Ne为: (公式5) 〉 0000次, 此路面属特重交通。 依据参照《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》: 参考一 3.路面板厚度计算 路基的强度和稳定性同路基的干湿状态有密切关系, 并在很大程度上影响路面结构的设计, 路基按干湿状态不同, 分为四类: 干燥、 中湿、 潮湿和过湿。为了保证路基路面结构的稳定性一般要求路基处于干燥或中湿状态
28、 当处于过湿状态时, 路基不稳定, 冰冻区春融翻浆, 非冰冻区弹簧, 路基经处理后方可铺筑路面。下面对潮湿、 中湿、 干燥3种状态分别讨论。 本设计报告标准为干燥状态 依据参照《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》: 参考二 ①、 初拟路面结构 查《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》表4.4.6校内网上有分享, 依据参照《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》: 参考三 初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.26m, 基层选用水泥稳定碎石( 水泥用量为5％) , 厚为h1=0.22m。底基层厚度为h2=0.20m的级配
29、碎石。普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为3.75m,长为5.0m。纵缝为设拉杆平缝, 横缝为设传力杆假缝。 ②、 材料参数的确定 ( 1) 混凝土的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- )》表3.0.6, 参考四 取普通混泥土面层的弯拉强度标准值,课本P298表10-19相应弯拉弹性模量标准值为。 ( 2) 土基的回弹模量 参照《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》附录F, 设计要求路基回弹模量取。查附录F.2,水泥稳定粒料基层回弹模量取, 级配碎石回弹模量取。 依据参照《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》: 参考五
30、 计算基层顶面当量回弹模量如下: (公式6) (公式7) (公式8) (公式9) (公式10) (公式11) (公式12) 普通混凝土面层的相对刚度半径计算为 (公式13) ③、 荷载疲劳应
31、力计算 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为 (公式14) 因纵缝为设拉平缝, 查表10-21课本P300, 接缝传荷能力的应力折减系数。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 (公式15)根据公路等级, 由《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》附录B, 考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。 依据参照《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》: 参考六 荷载疲劳应力计算为 (公式16) ④、 温度疲劳应力 由《公路水泥砼路面设计规范(JTG
32、 D40- )》表3.0.8, 参考七 该路段处于中南地区, 选取广州, 属Ⅳ7区最大温度梯度区86-92℃/, 取值为88℃/。板长, (公式17) 依据参照《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》: 参考八 图B.2.2 可查普通混凝土板厚,, 按式( B.2.2) , 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为 (公式18) 温度疲劳应力系数K1, 计算为 (公式19) 计算温度疲劳应力为 (公式20) ⑤、 可靠度计算 由《公路水泥砼路面设计规范(JTG
33、D40- )》表3.0.1, 高速公路的安全等级为一级, 相应于一级安全等级的变异水平等级为低级, 目标可靠度为95%, 再根据查的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- )》表3.0.3, 参考九 确定可靠度系数, (公式21) 因而所选的普通混凝土面层厚度=26cm, 能够承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。 4.确定结构层设计参数 根据《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》的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
34、表如下 路基状态 结构层 层 厚( cm) 干 燥 水泥混凝土面层 26 水泥稳定碎石基层 22 级配碎石底基层 20 板的平面尺寸 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, 其纵向两侧的横缝不得互相错位。 (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7.5m, 故设计板宽取为3.75m。 (2)横缝间距取为5.0m, 使混凝土板尽可能接近正方形, 以改进受力状态。 (3)为使混凝土路面使用寿命较长, 设计水泥混凝土板厚为20cm。 5.设计路面结构图绘制( CAD
35、截图) 如下: 图1 水泥路面设计平面图 图2 水泥路面设计剖面图 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓上未显示出的图形内容如下↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓ 纵向和横向施工缝: 6.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。 图3 纵向施工缝( 单位: mm) 纵向缩缝: 采用假缝形式, 锯切的槽口深度应大于施工缝的槽口深度。采用粒料基层时, 槽口深度应为板厚的1/3; 采用半刚性基层时, 槽口深度应为板厚的2/5。 图4 纵向缩缝( 单位
36、 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。 图4 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, 深度为面层厚度的1/5-1/4, 宽度为6mm, 槽内填塞填缝料。 图5 横向缩缝构造( 单位: mm) 七、 设计过程的个人看法 ①课程设计首先要熟悉课程设计的指导书, 研读路面结构设计与计算的有关例题, 认真分析设计任务书所提供的设计依据。 ②设计过程的开始要对整个设计过的流程有清晰的思路, 而且尽可能的能画出设计的流程图或者局部的思路图, 能帮助从整体上把握好整个设计的安排。
37、 ③需要结合自己平时的生活经历和社会的观察。 ④这次是整个《路基路面工程》学习的综合输出过程, 对课本知识的吸收和掌握能力会对本设计的指导起到很明显的效应。 ⑤中国现在正在进行大规模的基础设施建设阶段, 考虑到《路基路面工程》设计的要实现的功能效应: 承载能力, 稳定性, 耐久性, 表面平整度, 表面抗滑性能等等宏观和微观的效应, 应该综合考虑些新型优质材料的使用, 一方面能真能增加使用年限和安全, 另一方面也能推进中国国内的《土木工程材料》能够尽快地走上国际市场的轨道。 ⑥学会借助电脑软件计算能解决很大的计算量, 例如本次设计的过程中充分的结合了EXCEL计算轴载作用次数和CAD绘图。
38、 八、 参考资料 １、 用过的资料 ①．《路基路面工程》课本教材; 东南大学出版社 10月第一版 ②．水泥路面设计 人民交通出版社 6月 第一版 黄晓明主编 ③．《公路水泥砼路面设计规范(JTG D40- )》校内网上有分享, 已经下载到上交文件夹中( 本次设计的重要参考资料) ２、 查找过可是没用上的资料 ①．《公路路基设计手册》, 人民交通出版社, 1996, 北京 ②《公路水泥混凝土路面设计规范》( JTJ) ,人民交通出版社, , 北京 ③.《机场水泥混凝土道面设计规范》民航出版社, 课程设计到此结束 欢迎老师审阅, 望老师在忙碌中斧正! 在此深表感谢!
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