水泥混凝土路面设计例题.docx

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水泥混凝土路面设计例题

水泥混凝土路面设计例题

水泥混凝土路面设计

公路自然区划II区拟建一条二级公路，中湿路基为黏质土，采用普通混凝土路面，路面宽9m，设计车道使用初期标准轴载日作用次数为2100，交通量年增长率为5%。

试设计水泥混凝土路面。

解：

1、交通分析

查表1可知二级公路的设计基准期为20年，其可靠度设计标准的安全等级为三级。

临界荷载位置处的车辆轮迹横向分布系数查表2取0.39.

设计基准期内的累计作用次数：

查表3可知属重交通等级。

2、初拟路面结构

由表1可知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，查表4初拟普通混凝土面层厚度为0.22m。

基层可选用水泥稳定粒料，厚0.18。

垫层为0.15m的低剂量无机结合料稳定土。

普通混凝土板的平面尺寸为4.5m,长5m。

纵缝为设拉杆的平缝，横缝为不设传力杆的假缝。

3、路面材料参数确定

取重交通等级的普通混凝土面层，查表5得弯拉强度标准值5.0MPa，弯拉弹性模量标准值31GPa。

中湿路基路床顶面回弹模量查表6得30MPa，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量为600MPa,水泥稳定粒料基层回弹模量为1300MPa.

4、计算基层顶面当量回弹模量

5、普通混凝土面层的刚度半径

6、荷载应力

7、

修正系数确定

因纵缝为设拉杆平缝，查表7得到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

根据公路等级，查表8可得综合系数

8、荷载疲劳应力

9、翘曲应力

II区最大温度梯度查表9取88℃/m。

已知板长L=5m,L/r=5/0.67=7.46,普通混凝土的板厚h=0.22m,查图1得Bx=0.71。

则混凝土的温度翘曲应力：

10、温度疲劳应力系数

II区的回归系数可查表10，温度疲劳应力系数：

11、温度疲劳应力

12、可靠度系数

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%。

根据目标可靠度和变异水平等级，查表11得可靠度系数rr=1.13。

13、判断结构是否满足要求

普通混凝土面层厚度0.22m可以承受设计基准期内的荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

表1水泥混凝土路面可靠度设计标准

公路技术等级

高速公路

一级公路

二级公路

三、四级公路

安全等级

一级

二级

三级

四级

设计基准期（年）

30

30

20

20

目标可靠度（%）

95

90

85

80

目标可靠指标

1.64

1.28

1.04

0.84

变异水平等级

低

低-中

中

中-高

表2车辆轮迹横向分布系数

公路等级

纵缝边缘处

高速公路、一级公路、收费站

0.17-0.22

二级及二级以下公路

行车道宽大于7m

0.34-0.39

行车道宽小于等于7m

0.54-0.62

表3水泥混凝土路面交通分级

交通等级

特重

重

中等

轻

设计车道标准轴累计作用次数Ne（10^4）

>2000

100-2000

3-100

<3

表4水泥混凝土面层厚度的参考范围

交通荷载等级

极重

特重

重

公路等级

-

高速

一级

二级

高速

一级

二级

变异水平等级

低

低

中

低

中

低

中

低

中

面层厚度 （mm）

≥320

320~280

300~260

280~240

270~230

260~220

交通荷载等级

中等

轻

公路等级

二级

三、四级

三、四级

三、四级

变异水平等级

高

中

高

中

高

中

面层厚度 （mm）

250~220

240~210

230~200

220~190

210~180

表5混凝土弯拉强度标准值

交通等级

特重

重

中等

轻

弯拉强度标准值

5.0

5.0

4.5

4.0

弹性模量（GPa）

31

31

29

27

表6中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围

土组

公路自然区划

II

III

IV

V

VI

土质砂

26-42

40-50

39-50

35-60

50-60

黏质土

25-45

30-40

25-45

30-45

30-45

粉质土

22-46

32-54

30-50

27-43

30-45

表7各类接缝的传荷系数

接缝类型

挠度传荷系数

应力传荷系数

设传力杆胀缝

≥60

≤0.82

不设传力杆胀缝

50-55

0.84-0.86

设传力杆缩缝

≥75

≤0.75

设拉杆平口纵缝

35-55

0.8-0.91

设拉杆企口纵缝

77-82

0.72-0.74

表8综合系数

公路等级

高速公路

一级公路

二级公路

三、四级公路

综合系数Kc

1.3

1.25

1.20

1.10

表9最大温度梯度标准值Tg

公路自然区划

II、V

III

IV、VI

VII

最大温度梯度

83-88

90-95

86-92

93-98

表10回归系数a、b和c的取值

系数

自然区划

II

III

IV

V

VI

VII

a

0.828

0.855

0.841

0.871

0.837

0.834

b

0.041

0.041

0.058

0.071

0.038

0.052

c

1.323

1.355

1.323

1.287

1.382

1.270

表11可靠度系数

变异水平等级

目标可靠度（%）

95

90

85

80

低

1.2-1.33

1.09-1.16

1.04-1.08

-

中

1.33-1.5

1.16-1.23

1.08-1.13

1.04-1.07

高

-

1.23-1.33

1.13-1.18

1.07-1.11