水泥混凝土路面工程课程设计

《水泥混凝土路面工程》

课程设计

一、设计资料

青海某地拟建一条公路，交通调查如下：解放CA10B车950辆/日，黄河JN150车200辆/日，东风EQ140车250辆/日，交通SH141车800辆/日，交通量平均增长率为7%，土质为中液限粘土，平均稠度为1.08，土基回弹模量E0=45MPa,季节性冰冻地区，冰冻深度为1.2米。详细交通组成表如下：

车型 解放CA10B 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi 19.4 60.85 49.00 101.60 23.70 69.20 25.55 55.10 C1 1 1 1 1 1 1 1 1 C2 1 1 1 1 1 1 1 1 黄河JN150 东风EQ140 交通SH141 二、设计内容

1、根据设计资料要求，确定路面等级和面层等级；

路面等级：路面等级由公路等级划分，而公路等级又由交通量确定。水泥混凝土路面设计年限取20年，则由已知的：“解放CA10B车950辆/日，黄河JN150车200辆/日，东风EQ140车250辆/日，交通SH141车800辆/日，交通量平均增长率为7%”，按交通量计算公式：

Ne?365N1?[(1??)t?1]/365/20?2200*365/7%*[(1?7%)20?1]/365/20 ?4510

可计算出交通量

Ne=4510辆/日。

Ne换算成小客车的交通量=4510*2=9020辆/日（换算系数为2）。

由此查公路分级与技术标准（道勘P7）可知此公路等级为双车道的二级公路。

则路面等级查表（教材P25表1-11）可知为高级路面。

换算为标准轴载的作用次数：

轴载换算 车型 解放CA10B 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi 19.4 60.85 49.00 101.60 23.70 69.20 25.55 55.10 n?i Ni PNs??iNi(i)16100 1 1 1 1 1 1 1 1 950 950 200 200 250 250 800 800 0 0.3400 0.0022 257.8276 0 0.6913 0 0.0577 黄河JN150 东风EQ140 交通SH141 PNs???iNi(i)16?258.92100i?1 由(表16-20教材P479），二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级。由(表16-3教材P456）横向分布系数为0.39。交通量年平均增长率7%。 则设计基准期内设计车道标准轴载累积作用次数为

Ns[(1?gr)t?1]*365Ne??gr258.92*[(1?7%)20?1]*365?*0.397% ?1.51E6 查(表16-4教材P459）可知路面面层等级为重交通。

2、初拟路面结构

由(教材P477)查的，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。

3、材料参数的确定

（1）混泥土的设计弯拉强度与弹性模量

由(表16-11教材P474）取普通混泥土面层的弯拉强度标准值fr?5MPa,相应弯拉弹性模量标准值为Ec?31GPa

（2）土基的回弹模量

路基回弹模量取E0?45MPa。由表16-14（教材P474）水泥稳定粒料基层

MPa，天然砂砾回弹模量取E2?250MPa。 回弹模量取E1?1500按式16-53教材P481，计算基层顶面当量回弹模量如下：

2h12E1?h2E20.222?1500?0.202?250Ex???934.389MPa 2h12?h20.222?0.2023?h?h2?1E1h13E2h21?1Dx???1(?)12124E1h1E2h2

21500?0.223250?0.203?0.22?0.20??11????????12124?1500?0.22250?0.20?2?1?3.413MNm

12Dx312?3.413 ??0.353mEx934.389E934.389?0.45a?6.22[1?1.51(x)?0.45]?6.22*[1?1.51*()]?3.82E045 E934.389?0.55b?1?1.44(x)?0.55?1?1.44*()?0.728E045 E934.3891/3Et?ahxbE0(x)1/3?3.82*0.3530.728*45*()?221.39E045

普通混凝土面层的相对刚度半径按（16-52bP481）计算为 hx?3r?0.537h3Ec31000?0.537*0.26*3?0.725Et221.39

4、荷载疲劳应力计算

按式（16-52aP481），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为

0.6?2?ps?0.07r7h?6?0.077*00..725?*20.2MPa6

0.939因纵缝为设拉平缝，接缝传荷能力的应力折减系数kr?0.87。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

kf?Nev?(1.51E6)0.057?2.25。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的综合系数kc?1.30按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为

?pr?krkfkc?ps?0.87*2.25*1.30*0.939?2.39MPa

5、温度疲劳应力

由（表16-28教材P483），VII区最大温度梯度区98℃/m。板长l?5m，

l/r?5/0.725?6.70由（图16-14教材P483）可查普通混凝土板厚

h?0.26m,B?0.58, 按（式16-56教材P483），最大温度梯度时混凝土板的温x度翘曲应力计算为

?tm??cEchTg2BX?1E?5*31000*0.26*98*0.5?822.291

温度疲劳应力系数

kt，由（表16-29教材P484）可得，自然区划为VII区，

式中：a=0.834,b=0.052,c=1.270.按（式16-57教材P483）计算为

kt?fy

?tm[a(?tmfyc)?b?]52.291[0.834*(1.27?0)2.2915?0.052]

0.5再由(式16-55教材P483）计算温度疲劳应力为

562M1.P2a8tt?m2.291*0.? ?tr?k?6、可靠度计算

查(表16-20教材P479)，二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85%，再根据查的目标可靠度变异水平等级，查(表16-22教材P480），确定可靠度系数?c?1.13，按式（式16-48教材P480）：

?r(?pr??t)r?1.13*(2.?391.?28M8P)a4.?f16r?MPa

因而所选的普通混凝土面层厚度h?0.26m，可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲

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