水泥混凝土路面设计计算书.docx
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水泥混凝土路面设计计算书
水泥混凝土路面设计计算书
1课程设计题目3
2课程设计主要内容3
3路面厚度计算3
3.1交通分析3
3.2初拟路面结构5
3.3路面材料参数确定7
3.4荷载疲劳应力11
3.5温度疲劳应力12
3.6验算初拟路面结构13
4接缝设计14
4.1纵向接缝14
4.2横向接缝15
5混凝土面板钢筋设计16
5.1边缘补强钢筋16
5.2角隅钢筋16
6材料用量计算16
6.1面层16
6.2基层17
6.3垫层18
7施工的方案及工艺15
泥混凝土路面设计计算书
1课程设计题目
水泥混凝土路面设计:
此为城市主干道三级公路,路基为粘质土,采用普通混凝土路面,路面宽24m,经交通调查得知,设计车道使用初期轴载日作用次数为500。
试设计该路面结构。
2课程设计主要内容
(1)结构组合设计;
(2)材料组成设计;
(3)混凝土板厚的确定;
(4)板的平面尺寸确定;
(5)接缝设计;
(6)配筋设计;
(7)材料用量计算;
4路面厚度计算
4.1交通分析
根据《公路水泥混凝土路面设计规范》JTJ012—94),不同等级公路的路面结构设计安全等级及相应的设计基准期、可靠
度指标和目标可靠度查规范可知:
三级公路的设计基准期为30年,安全等级为四级。
混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分部系数
表4-2
公路等级
纵缝边缘
处
高速公路、一级公路、二级公路
0.17~0.22
二级及二级以
下公路
行车道宽〉7m
0・34~0・39
0・54~0・62
行车道宽W7m
由表4-2知,临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.35
已知交通量设计年限内年增长率:
8%。
荷载累计作用次数为:
交通量相轴载大小是路面设计的基本依据。
随着交通量增大,对
路面使用性能和使用寿命的要求相应提高。
由此,在使用年限内
对混凝土强度、面板厚度、基层类型和模量等方面提出了不同的技术要求。
为了区分各项要求在程度上的差别,按使用初期设计
车道每日通过的标准铀载作用次数,将水泥混凝土路面承受的交通划分为特重、重、中等和轻四个等级,标准如下:
公路混凝土路面交通分级表4-4
交通等级
特重
重
中等
轻
设计车道标准轴
载累计作用次数
Ne®。
4)
>2000
100~2000
3~100
V3
由表4-4可得该公路属于重交通等级。
4.2初拟路面结构
由上表4-1知,安全等级为四级的道路对应的变异水平等级为低级。
水泥混凝土面层厚度的参考范围
表4-5
交通等级
特重
重
公路等级
高速
一级
级
高速
一级
级
变异水平等
级
低
中
低
中
低
中
低
中
面层厚度
(mm)
>260
>250
>240
270~2
40
260~
230
250~220
交通等级
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)
240~210
230~200
220~200
<230
<220
根据三级公路、重交通等级和低级变异水平等级,由表4-5
知,初拟普通混凝土面层厚度为220mm。
各类基层适宜交通等级与适宜厚度的范围
表4-6
基层类型
厚度适宜的范围
(mm)
适宜交通等级
贫混凝土或碾压混凝土基
层
120~200
特重交通
水泥稳定粒料基层
150~250
重交通
沥青混凝土基层
40~60
特重交通
沥青稳定碎石基层
80~100
重交通
石灰粉煤灰稳定粒料、级
配粒料基层
150~200
中等或轻交通
多孔隙水泥稳定碎石排水
基层
100~140
高速、一级、重
交
沥青稳定碎石排水基层
80~100
高速、一级、重
交
如上表4-6,基层可选用水泥稳定粒料类,厚180mm,垫
层选用低剂量无机结合料稳定土,厚150mm。
普通混凝土板的
平面尺寸宽4.5m、长5.0m;纵缝为设拉杆平缝,横缝为设传力杆的假缝。
4.3路面材料参数确定
混凝土面板在行车荷载和温度变化等因素的作用下,将产生压应力和弯拉应力。
混凝土面板所受的压应力与混凝土的抗压强度相比很小,而所受的弯拉应力与抗弯拉强度相比则大得多,可能导致混凝土面板开裂破坏。
因此,在设计混凝土面板厚度时,应以弯拉强度为其设计标准。
混凝土的强度随龄期而增长,通常以28日龄期的强度为标准。
各级交通要求的混凝土设计弯拉强度不得低于表4-7的规
定。
当90日内不开放交通时,则可采用90日龄期的强度(为28日强度的1.1倍)。
混凝土的强度对路面的使用寿命有重大影响,强度的变化同
路面容许的标准铀载作用次数的对数成正比。
增加混凝土的强度,可以大大延长路面的使用寿命,取得十分显著的经济效益。
因而,应尽可能提高混凝土的强度。
结合我国的材料情况和施工工艺水平,《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ012—94)规定了设计强度的最低值。
条件许可时,应尽量采用高值,尤其是对于特重交通的公路。
混凝土弯拉强度标准值fr表4-7
交通等级
特
重
重
中等
轻
水泥混凝土的弯拉强度标准值
5.0
5.0
4.5
4.0
(MPa)
钢纤维混凝土的弯拉强度标准
值(MPa)
6.0
6.0
5.5
5.0
混凝土弯拉弹性模量的测试工作,很费时而又不易准确,且
其数值的变化对荷载应力计算结果的影响不大。
因而,在无条件
测试时,直接采用表4-7所列数值,fr=5.0MPa。
水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值表
4-8
弯拉强度(MPa)
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
抗压强度(MPa)
5.0
7.7
11.0
14.9
19.3
弯拉弹性模量
(GPa)
10
15
18
21
23
弯拉强度(MPa)
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
抗压强度(MPa)
24.2
19.7
35.8
41.8
48.4
弯拉弹性模量
(GPa)
25
27
29
31
33
按表4-8取普通混凝土面层的弯拉弹性模量标准值为
Ec二31GPa。
中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围
表4-9
土组
公路自然区划
□
m
IV
V
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
垫层和基层材料回弹模量经验参考值范围
表4-10
材料类型
回弹模量
(MPa)
材料类型
回弹模量
(MPa)
中、粗砂
80~100
石灰粉煤灰稳定粒
料
1300~1700
天然砂砾
150~200
水泥稳定粒料
1300~1700
未筛分碎石
180~220
沥青碎石(粗粒式,
201C)
600~800
极配碎砾石
(垫层)
200~250
沥青混凝土
(粗粒式,20^0)
800~1200
极配碎砾石
(基层)
250~350
沥青混凝土
(中粒式,20乜)
1000~1400
石灰土
200~700
多孔隙水泥碎石
(水泥剂量
1300~1700
9.5%〜11%)
石灰粉煤灰
土
600~900
多孔隙沥青碎石
(209,
沥青含量
2.5%~3.5%)
600~800
按表4-9,路基土回弹模量取Eo=30MPa。
按表4-10,低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取E?
=600MPa,水泥稳定粒料基层回弹模量取E2=1300MPa。
则有:
基层顶面当量回弹模量计算如下:
=1013MPa
吋巳h;E213000.1826000.152
h2h;一0.1820.152
Dx
124
E1hE2h2
「1
.1300%0.18
6000.15
12Dx3百3
hx=3
122.57
1013
0.312(m)
-
a=6.22江1—1.51
■0.45
Ex
E0
=6.22几1.5仆
'‘1300*.451
30
=4.293
二1一1.44
IE。
丿
-0.55
b=1-1.44
/1-0.55
1013
0.792
.30
1
=4.2930.3120.81630
1013!
=165MPa
I30丿
普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算为
r二0.537h3E_E^0.5370.22331000165二0.677m
4.4荷载疲劳应力
标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为:
062062
-ps=0.077r.h=0.0770.677.0.22=1.259MPa
因纵缝为设拉杆平缝,接缝传荷能力的应力折减系数为
Kr=0.87~0.92,故取Kr=0.87。
考虑设计基准期内荷载应力疲劳作用的疲劳应力系数Kf=N;=(9.885106)0057=2.504。
由于超过额定载重和载重在各侧车轮上分配的不均匀性,在
行驶过程中因路表不平整和车辆自振所引起的变动,以及路面结
构厚度和材料性质的变异等因素对路面疲劳损坏的影响的综合系数。
其数值是参照国内外资料确定。
综合系数Kc
表4-11
公路等级
高速公路
一级公路
二级公路
三、四级公
路
Kc
1.30
1.25
1.20
1.10
根据公路等级和表4-11,考虑偏载和动载等因素对路面疲
劳损坏影响的综合系数为心=1.20。
则荷载疲劳应力为
二pr=KrKfKc二ps=0.872.5041.201.259=3.29MPa
4.5温度疲劳应力
混凝土面板顶面和底面的温度之差除以板的厚度,即为板的
温度梯度。
在晴天,混凝土面板的温度梯度经历了由零经正最大(板顶高于板底)到零,再经负最大(板顶低于板底)后回到零的周期性变化。
混凝土面板的最大温度梯度计算值Tg,可根据公路所在地的公路自然区划按表4-12选用。
最大温度梯度标准值Tg表4-12
公路自然区划
□、V
m
vn
最大温度梯度
(P/m)
83~88
90~95
86~92
93~98
由表4-12,□区最大温度梯度为88(c/m),板长为5m,
I.r=5.0.677=7.39。
则当混凝土板厚度为0.22m时,查下图5-1可得Bx=0.71
图5-1温度应力系数
则有最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力为
回归系数a、b和c表4-13
系数
公路自然区划
□
m
IV
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- 水泥 混凝土 路面 设计 计算