水泥混凝土路面设计第一组(2)

垫层采用级配碎砾石，回弹模量取：E3?230Mpa（200-250） （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：

据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度，参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：

Ex?h1E1?h2E2?h3E3h1?h2?h3222222?1400?0.12?1400?0.20?230?0.20.12?0.20?0.20222222?904.237(MPa)

Dx?E1h1123?E2h21233?E3h3123?3(h1?h2?h3)4?230?0.212?132(1E1h1?1E2h2?1E3h3?1)

??1400?0.12124?1400?0.20122(0.12?0.20?0.2)(11400?0.121400?0.20?1230?0.2)?1

?3.45(MN?m)hx?312Dx/Ex?312?3.45/904.237?0.358(m)

?0.45?0.45?????Ex??904.237????6.22??1?1.51??a?6.22?1?1.51????4.192 ?E?30???????0??????Ex??b?1?1.44??E??0??0.55?904.237??1?1.44???30??0.779?0.55?0.779

1/3?Ex?b?Et?ahxE0??E??0?1/3?4.192?0.358?904.237??30???30???175.821(MPa)

普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：

r?0.537h3Ec/Et?0.537?0.25?331000/175.821?0.753(m)

3、荷载疲劳应力计算：

按式（B.1.3），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?0.7530.6?0.25?2?1.039(MPa)

因纵缝为设拉杆平缝，对于多孔隙开级配水泥稳定碎石排水基层，有一定刚性，所以接缝传荷能力的应力折减系数可取kr?0.88。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??3.903?106??0.057?2.375。根据公路等

级，由表B.1.2，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?1.25。

按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为

?pr?krkfkc?ps?0.88?2.375?1.25?1.039?2.714(MPa)

4、温度疲劳应力分析：

查表3.0 .8，因为该路段位于我国自然区划V4区，所以在83-88之间取低值87，可选取最大温度梯度Tg=87（℃/m）。

取板长l?5m，l/r?5/0.753?6.640

由图B.2.2可查普通混凝土板厚h?0.25m，Bx?0.61。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：

?tm??cEchTg2Bx??51?10?5?31000?0.25?872?c混凝土线?0.61?2.056(MPa)，

膨胀系数，取1?10?C。

温度疲劳应力系数kt按式（B.2.3）计算为

kt?fr???tm?a??f???rc??5.0??b???2.056???1.287???2.056??0.071??0.502， ??0.871??5.0???????tm其中a,b,c为回归系数：本项目在云南，为V4区，分别取a=0.871，b=0.071，c=1.287。

再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为

?tr?kt?tm?0.502?2.056?1.032(MPa)

由表3.0.1，一级公路的安全等级为二级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为90%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，，确定可靠度系数?r?1.09?1.16，取为1.12

按式（3.0.3）

?r(?

pr??tr)?1.12?(2.714?1.032)?4.20MPa?fr?5.0MPa

综上所述，所选的普通混凝土面层厚度h?0.25m可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。 方案三：参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002) 1、初拟路面结构：

初拟普通混凝土面层，厚度为h?0.25m；

考虑到，该路段为干湿交替地区，因此设置多孔隙沥青稳定稳定碎石基层（沥青标号选用AH-50，沥青用量为3%），厚度h1?0.09m(0.08-0.10)；从而在排水基层下设置水泥稳定碎石组成的底基层，厚度h2?0.20m（据规范：一般取0.2m）；垫层采用级配碎砾石，厚度h3?0.2m。普通混凝土板的平面尺寸宽3.75m，长5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。 2、材料参数的确定：

（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量： 本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值

fr?5.0Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Ec?31Gpa。

（2）土基的回弹模量：

路基属于中湿状态，可选用路基土基的回弹模量值：E0?30.0MPa （3）基层和半刚性垫层的回弹模量：

基层选多孔隙沥青稳定稳定碎石，回弹模量取：E1?700Mpa（600-800） 底基层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：E2?1400Mpa（1300-1700） 垫层采用级配碎砾石，回弹模量取：E3?230Mpa（200-250） （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：

据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度，参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：

Ex?h1E1?h2E2?h3E3h1?h2?h3222222?700?0.09?1400?0.20?230?0.20.09?0.20?0.2222222?804.43(MPa)

Dx?E1h1123?E2h21233?E3h3123?3(h1?h2?h3)4?1230?0.212?32(1E1h1?1E2h2?1E3h3?1)

?700?0.09124?1400?0.20122 ?(0.09?0.20?0.2)(11400?0.20700?0.09?1230?0.2)?1

?2.58(MN?m)hx?312Dx/Ex?312?2.58/804.43?0.338(m)

?0.45?0.45?????Ex??804.43????6.22??1?1.51??a?6.22?1?1.51????4.082 ?E??30??????0??????Ex??b?1?1.44??E??0??0.55?804.43??1?1.44???30??0.764?0.55?0.764

1/3?Ex?b?Et?ahxE0??E??0?1/3?4.082?0.338?804.43??30????30??160.03(MPa)

普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：

r?0.537h3Ec/Et?0.537?0.25?331000/160.03?0.776(m)

3、荷载疲劳应力计算：

按式（B.1.3），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?0.7760.6?0.25?2?1.06(MPa)

因纵缝为设拉杆平缝，对于多孔隙沥青稳定稳定碎石基层，接缝传荷能力的应力折减系数可稍大，取kr?0.88。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??3.903?106??0.057?2.375。根据公路等级，由表B.1.2，

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?1.25。

按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为

?pr?krkfkc?ps?0.88?2.375?1.25?1.06?2.77(MPa)

4、温度疲劳应力分析：

查表3.0 .8，因为该路段位于我国自然区划V4区，所以在83-88之间取低

值87，可选取最大温度梯度Tg=87（℃/m）。

取板长l?5m，l/r?5/0.776?6.44

由图B.2.2可查普通混凝土板厚h?0.25m，Bx?0.58。按式（B.2.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：

?tm??cEchTg2Bx?1?10?5?31000?0.25?872?0.58?1.96(MPa)，?c混凝土线

膨胀系数。

温度疲劳应力系数kt按式（B.2.3）计算为

kt?fr???tm?a??f???r1.287???5.0??1.96???b???0.071??0.485， ??0.871???1.965.0?????????c?tm其中a,b,c为回归系数：本项目在云南，为V4区，分别取a=0.871，b=0.071，c=1.287。

再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为

?tr?kt?tm?0.485?1.96?0.951(MPa)

由表3.0.1，一级公路的安全等级为二级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为90%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表3.0.3，，确定可靠度系数?r?1.09?1.16，取为1.12

按式（3.0.3）

?r(?pr??tr)?1.12?(2.77?0.951)?4.17MPa?fr?5.0MPa

综上所述，所选的普通混凝土面层厚度h?0.25m可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。

路基为干燥状态时：

方案一：参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002) 1、初拟路面结构：

初拟普通混凝土面层，厚度为h?0.25m；

基层采用水泥稳定粒料基层，厚h1?0.22m；设置级配碎砾石底基层，厚度为

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