水泥混凝土路面工程课程设计

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：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 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:“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 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 NsiNi(i1ni Ni PNsiNi(i)16100 1 1 1 1 1 1 1 1 Pi16)258.92100 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 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）水泥稳定粒料基层回弹模量取E11500MPa，天然砂砾回弹模量取E2250MPa。

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934.3MPa 2h12h20.2220.2023hh2(11)1E1h13E2h2Dx112124E1h1E2h2

2215000.2232500.2030.220.20111212415000.222500.2013.413MNm

hx312Dx3123.413 0.353mEx934.3E934.30.45a6.22[11.51(x)0.45]6.22*[11.51*()]3.82E045

E934.30.55b11.44(x)0.5511.44*()0.728E045

E934.31/3Et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

r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

ps0.077r0.6h20.077*0.7250.6*0.2620.939MPa

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,Bx0.58, 按（式16—56教材P483），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为

tmcEchTg2BX1E5*31000*0.26*98*0.582.2912

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(tmfy)cb]52.2911.270[0.834*()0.052]0.52.2915

再由（式16—55教材P483）计算温度疲劳应力为 trkttm2.291*0.5621.288MPa6、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tr)1.13*(2.391.288)4.16MPafr5.0MPa

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