张鹏水泥混凝土路面计算书

水泥混凝土路面厚度计算书

1 轴载换算

表1.1 日交通车辆情况表

P

Ns iNi(i)16

100i 1

n

其中 i为轴-轮系数，单轴-双轮组时， i 1，单轴-单轮时，按下式计算：

i 2.22 103Pi 0.43

双轴-双轮组时，按下式计算：

i 1.07 10 5Pi 0.22

表1.2 轴载换算结果表

2 确定交通量相关系数。

2.1 设计基准期内交通量的年平均增长率。

可按公路等级和功能以及所在地区的经济和交通发展情况，通过调查分析，预估设计基准期内的交通增长量，确定交通量年平均增长率 。取 5%。

2.2车辆轮迹横向分布系数

表2.1 车辆轮迹横向分布系数

注：车道或行车道宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。由规范得：二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级，取0.35。

2.3 计算基准期内累计当量轴次。

设计基准期内水泥混凝土面层临界荷位处所承受的标准轴载累计作用次数，可按下式计算确定。

Ne

Ns (1 )t 1 365

代入数据得Ne

20

2813 (1 0.05) 1 365

0.05

0.35 1188 104次

查表3.0.7，属重交通等级。

3 初拟路面结构。

由规范得，相应于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，查规范初拟普通混凝土面层厚度为0.25m。基层选用水泥稳定碎石（水泥用量5%），厚0.20m。垫层为级配碎石，厚0.2m。普通混凝土板的平面尺寸为5m 4.5m(长 宽)。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

4 路面材料参数确定。

根据规范，查表3.0.8，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量标准值为31GPa。玄武岩粗集料水泥混凝土线性膨胀系数

c 11 10 6/。C。

查表E0.0.1-1和表E0.0.1-2，取土基回弹模量为80Mpa，取调整系数为0.8，由此，路床顶综合回弹模量取为：E0=80 0.8=64Mpa。

查表E0.0.2-2，取水泥稳定碎石弹性回弹模量为2000Mpa，泊松比为0.2，级配碎石底基层回弹模量为230Mpa。

按式（B.2.4.1）~式（B.2.4-4）计算板底地基综合回弹模量。新建公路的基层顶面当

量回弹模量和基层当量厚度计算如下：

n

Ex

i 1

(hi2Ei)

h

i 1

n

2

i

h1E1

230MPa h12

hx hi h1 0.20m

i 1

n

0.26ln(hx) 0.86 0.26 ln(0.20) 0.86 0.442

Et E0(

Ex 2300.442

) 64 ()

113MPa E064

式中 Et——基层顶面的当量回弹模量（MPa）； E0——路床顶面的回弹模量（MPa）；

Ex——基层和底基层的当量回弹模量（MPa），按式（B.1.5-2）计算；

h

x——基层和底基层的当量厚度（m），按式（B.1.5-3)计算； 取板底综合回弹模量Et取为64MPa。

混凝土面层板的弯曲刚度Dc，半刚性基层板的弯曲刚度Db，路面结构总相对刚度半径rg为：

Ech3c31000 0.253

Dc 41.29MN.m22

12(1 vc)12 (1 0.15)Ebh3b2000 0.23

Db 1.39MN.m2

12(1 vb)12 (1 0.22)

Dc Db 41.29 1.39 1.21 1.21 0.875mrg

E113 t

13

13

5、荷载应力

按式（B.4.1-1)，标准轴载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力为：

ps

1.45 10 3 rg0.65 h 2 ps0.94

1 b

Dc 1.561MPa

1.45 100.94

rg0.65 h 2 pm

D1 b

Dc

3

pm

1.780Mpa

式中 ps——标准轴载Ps在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MPa）； γ——水泥混凝土面层相对刚度半径（m)； h——混泥土板的厚度（m)；

Ec——水泥混泥土的弯拉弹性模量（MPa）；

pm——标准轴载Pm在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MPa）；

计算面层荷载疲劳应力，计算面层最大荷载应力。

pr krkfkc ps 《规范》（B.2.1）

式中 pr—— 标准轴载Ps在临界荷位处产生的疲劳应力（MPa）；

ps——标准轴载Ps在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MPa); kr——考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆平缝时，kr=（0.87~0.92)（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值），由于纵缝为设拉杆的平缝，基层为半刚性基层，故接缝传荷能力的应力折减系数Kr=0.87； kf——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，按式（B.2.3）条计算；

kc——考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，根据该公路等级为二级，按表B.2.1取值kc=1.05。

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 Ne 《规范》（B.2.3-1） 式中 Kf——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； Ne——计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数，Ne=1220 104次； ——与混合料性质有关的指数，普通混泥土、钢筋混泥土、连续配筋混 泥土， 0.057；

即：Kf Ne (1188 104)0.057 2.658

故标准轴载Ps在四边自由板临界荷位处产生的疲劳应力计算为： pr krkfkc ps 0.87 2.532 1.05 1.561 3.611Mpa p,max krkc pm 0.87 1.05 1.780=1.60Mpa

6、 温度疲劳应力

由表3.0.10，最大温度梯度取92 C/m，按B.3.3和B.5.2计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL。

h1h10.250.2 1

kn (c b) 1 ( ) 4627MPa/m

2EcEb2310002000

cb

(41.29 1.39) 4627 0.131m(D D)kbn c

D D

1

4

41.29 1.39

14

(4627 0.874 41.29) 0.1313

0.22443

(kn Dc) g(4627 0.1314 41.29) 0.87535 t L 1.943 g3 0.875CL 1 (

1sinh(1.94)cos(1.94) cosh(1.94)sin(1.94))

1 sin(1.94)cos(1.94) cosh(1.94)sinh(1.94)

1

1 () 0.280 0.771

1 0.224

BL 1.77 e 4.48 hc CL 0.131(1 CL)

1.77 e 4.48 0.25 0.771 0.131(1 0.771) 0.445

43

(kn g Dc)

式中 t ——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa）；

c——混凝土的线膨胀系数（），通常可取为11 10-6/ C；

C

Tg——最大温度梯度，由《规范》表3.0.8，Ⅵ区最大温度梯度取Tg=92（℃/m）；

按式（B.3.2)计算面层最大温度应力:

t,max

cEchcTg

2

6

11 10 31000 0.25 92 0.445 1.79MPa

2

BL

温度疲劳应力系数Kt,可按式(B.3.4)计算: Kt

f

t,max

[at(

t,max

f

)bt ct]

式中 a、b和c——回归系数，由于该公路建在Ⅵ2区，查《规范》表B.3.4得，a=0.837,b=1.382,c=0.038；

f ——普通混凝土面层的弯拉强度标准值（MPa），f =5.0MPa； t,max——最大温度梯度时混泥土板的温度翘曲应力（MPa）； Kt

计算温度疲劳应力,按式（B.3.1)得：

f

t,max

[at(

t,max

f

)bt ct]

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