公路水泥混凝土路面结构设计及厚度计算.docx

第1章 绪论1.1路面课程设计的任务与要求及参考文献1.1.1课程设计题目：公路水泥混凝土路面结构设计及厚度计算1.1.2设计内容：1. 交通量计算2. 判别路基干湿类型并确定土基回弹模量；3. 拟定路面结构方案；4. 进行结组合设计，确定路面设计参数，并初拟路面厚度；5. 进行应力计算，并验算路面厚度；6. 方案比较，确定合理路面结构；7. 绘制路面结构设计图1.1.3设计资料：II区某城市郊区道路，今年来，由于交通量大量增加，要对下列路段进行设计 K0+800—K4+500段改线，在新路基上铺筑水泥混凝土路面；K4+500—K6+000段，利用 旧路，但路面强度不够，须进行补强1. 路况调查资料(1) 经预测设计使用初期年平均日交通量(双向)如下表1.1:表1.1车型解放沃尔沃尼桑交通黄河东风小汽车交通量(次/日)40024018012036085800交通两年平均增长率5.6%(2)原有路面结构和路基状况调查：① 路基宽度10米，路面宽度8.5米② 路面结构为：3cm沥青表面处置，20cm石灰土基层，20cm沙砾垫层③ 沿线路基土质为粘质土，液限30%，塑限17%，当地最大冻深2.1米。

2. 材料调查沿线可供给各种砂石料，并有矿渣，炉渣，水泥，石灰，沥青等多种筑路材料3. 设计参考资料《路基路面工程》 邓学军主编，人们交通出版社，2009.9公路水泥混凝土路面设计规范》 人们交通出版社，2003.5公路工程技术标准》 人们交通出版社，2004.41.2交通调查与分析1.2.1 交通量计算解放的载重量=巴=4.08吨9.8沃尔沃的载重量二100二10.20吨9.8尼桑的载重量=8525二8.70吨9.8交通的载重量=4325二4.41吨9.8黄河的载重量二8260二8.43吨9.8东风的载重量二5000二5.10吨9.82<4.08<7所以为中型车折算系数1.57<10.20<14 所以为大型车折算系数2.07<8.70<14所以为大型车折算系数2.02<4.41<7所以为中型车折算系数1.57<8.43<14所以为大型车折算系数2.02<5.10<7所以为中型车折算系数1.5确定公路等级，将以上各型号汽车的使用初期年平均日交通量折算成小客车的年 平均日交通量如表1.2表1.2车型解放沃尔沃尼桑交通黄河东风小汽车交通量（次/日）40024018012036085800折算后交通量（次/日）600480360180720128800小汽车的折合交通量：N =600+480+360+180+720+128+800=3268（次/日）1设计年限选用20年，确定年平均日交通量：N 二 N （1+r） t-i =3268 x （1+0.056） 20一 1 =9202 （次/ 日）t1因为年平均日交通量在5000 15000之间，根据规定可确定此公路为二级公路，设计基准年为20年。

1.2.2设计车道的年平均日货车交通量按年平均日货交通量：按单向一车道取用方向分配系数如表1.3，方向分配系数为 0.5表 1.3车型解放沃尔沃尼桑交通黄河东风交诵量（次/日）200120906018043计算结果如下表 1.4：表 1.4车型P /KNiiNi(p A16N 二b N —s 1 100丿解放CA10B前轴19.4620.29200后轴60.8512000.070沃尔沃N8648前轴55.00396.281203.33后轴120.0011202218.61尼桑CK20L前轴49.85413.39900.54后轴10019090交通SH141前轴25.55551.03600.00后轴55.101600.00黄河JN150前轴49.00416.461800.83后轴101.601180232.04东风EQ140前轴23.70569.1334后轴69.201340.09累计标准累计轴次2545.51由上表得： N =2545.51 次/日s临界荷载处的车辆轮迹横向分布系数，查任务指导书表 4 取 0.34，设计基准期内 设计车道标准荷载累计作用次数为：365N11gt1r365 2545.51 1 0.056 20 10.34=11132979.110.056100 10 4 <11132979.11=1113.2979 104 <2000 104次/日所以属于重交通等级。

第2章 新建公路设计2.1拟定路面结构及参数 根据设计说明书，安全等级三级的变异水平等级为中级，根据二级公路，重交通等级和中级变异水平等级，初拟面层采用水泥混凝土面层，厚度为24cm•基层选用二灰稳定粒料，厚度为18cm, E =1350MPa垫层选用砂砾垫层，厚度为20cm, E =200MPa11普通混凝土板的平面尺寸宽4.5m,长5.0m,纵缝设为拉杆平缝，横缝设为传力杆的假 缝2.2判别路基干湿类型并确定土基回弹摸量2.2.1路基干湿类型的确定：沿线路基土质为粘质土，液限3=30%，塑限3=17%，当地最大的冻深2.1米(1) K0 + 800——K2 + 500段，路槽底距地下水位2.8m；利用临界高度法查表确定得出：H = 2.8m〉H = 2.7m 确定路基为干燥状态查01表得路基平均稠度：①±1.10(干燥)取①=1.15查看路基回弹模量参考值表，得ccE =31.5MPa，设计计算时取E =31.5x (1+0.20) =37.8 MPa 00(2) K2 + 500——K4 + 500段，路槽底距地下水位2.2m；利用临界高度法查表确定得出：H = 2.0m〈H〈H = 2.7m确定路基为中湿状态。

2 0 1查表得路基平均稠度：0.95<« < 1.10 (中湿)，取①=1.00查看路基回弹模量参考cc值表得E =26MPa，设计计算时取E =26x (1+0.20) =31.2 MPa002.2.2基层顶面当量回弹模量计算(1) K0 + 800——K2 + 500 段厂 h 2 E + h 2 EE 二 _1 22x h 2 + h 212=714.64 MPa1350 x 0.182 + 200 x 020.182 + 0.22(h + h 匕(1 1、+ —Eh Eh1 1 20.183 x 1350 + 0.23 x 200 * (0.18 + 0.2)2h3E *h3ED = _1 2 2 + —1 x 12 4-1121 )+ 1350 x 0.18 200 x 0.2 丿-1二 2.03MN・mh=x(12 x 2.03、714.64 丿= 0.32ma = 6.221-1.51-0.45= 6.22x1 - 1.51x-0.45V 37.8 丿=3.727-0.55=1-1.44(714.64 \37.8 丿-0.55= 0.71' 3 = 3.72x0.320.74 x37.8x丿(714.64 ¥3V 37.8 丿= 166.81(2) K2 + 500——K4 + 500 段a = 6.221-1.51-0.45= 6.22x1-1.51x(714.64 )v 31.2 ‘-0.45= 3.92b = 1 - 1.44-0.55=1-1.44V 31.2 丿-0.55= 0.74E = ahb Et x 0E/E丿V / E0 丿= 3.92x 0.320.75 x 31.2 x(714.64 丫'331.2 丿=111.152.2.3普通混凝土面层的相对刚度半径计算(1) K0 + 800——K2 + 500 段r = 0.537 h13 = 0.537 x 0.24 x(31000V 166.81 丿3 = 0.74m(2) K2 + 500——K4 + 500 段r = 0.537h23 = 0.537 x 0.24 x(31000¥；1111.15 丿= 0.84m2.3应力验算2.3.1荷载疲劳应力(1) K0 + 800——K2 + 500 段标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：b = 0.077r o.6h-2 = 0.077 x 0.74o.6 x 0.24-2 = 1.12MPps 1 a因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力应力折减系数，根据任务指导书取 K =0.87. r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K =Nev =11142979.110.057 =2.21.根据公路等级，查表考虑偏载和动载等因素对路面 f疲劳损坏影响的综合系数K =1.20。

c则荷载疲劳应力计算为：b =kk kb =0.87x2.21x1.20x1.12=2.58MPpr r f c ps a(2) K2 + 500——K4 + 500 段 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：b =0.077r0.6h-2=0.077x0.840.6x0.24-2=1.12MPps 2 a因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数K =0.87.考虑设计基准期内 r荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数K = Nev = 11132979.11o.o57 = 2.21.根据公路等 f级，查表考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数K =1.20c则荷载疲劳应力计算为：b =kk kb =o.87x2.58x1.2ox1.12=2.58MPpr r f c ps a2.3.2温度疲劳应力(1) K0 + 800——K2 + 500 段II区最大温度梯度取84 ( oCm )板长5m,L/r=5/0.74=6.76 查图，h=0.24,Bx=0.65最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：btma E hT=—c_c g B2 xI"0-5 x31000x0.24x84 x0.65 =22.o3MPa温度疲劳应力系数kt，查表知，a=0.82&b=0.041,c=1.323,计算得:f〔g ]。