下载文档原格式
原始资料公路自然区划：Ⅱ区公路等级：二级公路路基土质：粘质土路面宽度(m)：9初期标准轴载：2100交通量平均增长： 5板块厚度(m)：0.22基层厚度(m)：0.18垫层厚度(m)：0.15板块宽度(m)： 4.5板块长度(m)： 5路基回弹模量：30基层回弹模量：1300垫层回弹模量：600基层材料性质：柔性纵缝形式：设拉杆平缝温度应力系数： 4.5计算类型：普通水泥混凝土路面厚度计算二、交通分析根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P6表3.0.1《可靠度设计标准》，本道路的等级为二级公路，故设计基准期为20年，安全等级为三级。
由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P38表A.2.2《车辆轮迹横向分布系数》，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取.39。
，交通量的年增长率为5%。
按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P38公式A.2.2计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：Ne=Ns*[(1+gr)^t-1]*365*η/gr=9884571次按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P7表3.0.5《交通分级》可确定轴载等级为：重交通等级。
三、初拟路面结构初拟水泥混凝土路面厚度为：0.22m，基层选用柔性材料，厚度为0.18m，垫层厚度为0.15m。
水泥混凝土面板长度为：5m，宽度为4.5m。
纵缝为设拉杆平缝。
四、路面材料参数确定按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P8表3.0.6《混凝土弯拉强度标准值》可确定混凝土弯拉强度标准值为：5MPa。
根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTGD40-2000)P53表F.3《水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值》可确定弯拉弹性模量为31000MPa。
路基回弹模量选用：30MPa。
基层回弹模量选用1300MPa。
垫层回弹模量选用600MPa。
按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P40公式B.1.5计算基层顶面当量回弹模量如下：Ex=(h1*h1*E1+h2*h2*E2)/(h1*h1+h2*h2)=1013(MPa)Dx=E1*h1^3/12+E2*h2^3/12+(h1+h2)^2/4*(1/(E1*h1)+1/(E2*h2)^(-1))=2.57(MN-m)hx=(12*Dx/Ex)^(1/3)=.312(m)a=6.22*[1-1.51*(Ex/Ed)^(-0.45)]=4.293b=1-1.44*(Ex/E0)^(-0.55)=.792Et=a*hx^b*E0*(Ec/Et)^(1/3)=165(MPa)五、荷载疲劳应力计算按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P39公式B.1.3-1计算标准轴载载临界处产生的荷载应力：σps=0.077*r^0.6h^(-2)=1.259(MPa)由于纵缝形式为设拉杆平缝故接缝传荷能力的应力折减系数为Kr=.92。
公路水泥混凝土路面设计新规范混凝土板厚度计算示例公路水泥混凝土路面设计是公路工程中的一个重要环节，路面的设计合理与否直接关系到道路使用寿命和交通安全。
在公路水泥混凝土路面设计新规范中，混凝土板厚度的计算是一个关键步骤。
下面将通过一个示例来详细介绍混凝土板厚度的计算方法。
假设其中一道路路段要新建一条公路水泥混凝土路面，基础土质为II类路基，交通量为1000辆/日，设计寿命为20年。
现在需要计算该路段的混凝土板厚度。
首先，根据新规范的要求，需要计算设计车辆组合的轴重、作用系数和总轴重。
1.设计车辆组合的轴重计算根据交通量和设计寿命，需要确定设计车辆组合。
假设设计车辆组合为：轿车（设计重量2t）、货车（设计重量8t）和重型卡车（设计重量10t）。
根据交通量和车辆类型，计算重型卡车的设计车辆比例：重型卡车设计车辆比例=重型卡车日交通量/总交通量=100辆/日/1000辆/日=0.1轿车和货车的设计车辆比例为：(1-0.1)/2=0.45根据设计车辆组合，计算设计车辆组合的轴重：轴重=轿车轴重系数*轿车设计重量+货车轴重系数*货车设计重量+重型卡车轴重系数*重型卡车设计重量假设轿车轴重系数为0.2，货车轴重系数为0.4，重型卡车轴重系数为0.6轴重=0.2*2+0.4*8+0.6*10=11.6t2.作用系数的计算作用系数是根据路面结构、排水状况等因素来确定的，不同的路段有不同的作用系数。
假设该路段的作用系数为1.23.总轴重的计算总轴重=轴重*作用系数=11.6*1.2=13.92t4.混凝土板厚度的计算根据总轴重和基础土质等因素，可以使用新规范提供的表格来查找混凝土板厚度。
假设基础土质为II类路基，根据表格查找到的混凝土板厚度为35cm。
通过以上计算，可以得到该路段的混凝土板厚度为35cm。
需要注意的是，混凝土板厚度的计算还需要考虑其他因素，如气候条件、路面结构等。
在实际设计中，还需要结合实际情况进行调整和优化，以确保道路的使用寿命和安全性。
水泥混凝土路面厚度计算书1 轴载换算表1.1 日交通车辆情况表序号 汽车型号 流量 （辆/天） 前轴重（kN ） 后轴重（kN ） 后轴数 轮组数 1 解放CA15 200 20.97 70.38 1 2 2 解放CA50 260 28.70 68.20 1 2 3 黄河JN253 150 55.00 2×66.00 2 2 4 尼桑CK20L 180 49.85 100.00 1 2 5 日野KB222330 50.20 104.30 1 2∑==ni i i i s PN N 116)100(δ其中i δ为轴-轮系数，单轴-双轮组时，1=i δ，单轴-单轮时，按下式计算：43.031022.2-⨯=i i P δ双轴-双轮组时，按下式计算：22.051007.1--⨯=i i P δ三轴-双轮组时，按下式计算：22.081024.2--⨯=i i P δ表1.2 轴载换算结果表车型kN P i /i δi N16)100(i i i P N δ 解放CA15前轴20.97 599.88 200 61068.1-⨯后轴70.3812000.725解放CA50前轴 28.70 524.16 260 41089.2-⨯后轴 68.20 1 260 0.5695 黄河JN253前轴55.00396.28150 4.17 后轴 00.662⨯61026.4-⨯150 0 尼桑CK20L前轴49.85 413.38 180 1.082 后轴 100.00 1 180 180 日野KB222前轴50.20 412.15 330 2.21 后轴104.30 1330647.24 累 计8342 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γ。
取%5=γ。
2.2车辆轮迹横向分布系数η表2.1 车辆轮迹横向分布系数η 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>7m 0.34～0.39 行车道宽≤7m0.54～0.62注：车道或行车道宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。
方案一假定路基为干燥状态（1）初拟路面结构由表3.0.1，相应于安全等级一级的变异水平等级为低级。
根据高速公路、重交通等级和低级变异水平等级，初拟普通混凝土面层厚度为h c = 0.27m 。
基层选用水泥稳定碎石厚h b = 0.18m ，底基层为h 1= 0.18m 的级配碎石，面层与基层之间采用PA-1做封层。
普通混凝土板的平面尺寸为3.75m ，长5m 。
纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。
（2） 材料参数的确定混凝土的设计弯拉强度与弯拉弹性模量按表3.0.8，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值 f r = 5.0MPa ，相应弯拉弹性模量标准值和泊松比为31GPa 和0.15 ，砾石粗集料混凝土的线膨胀系数取0./℃。
土基的回弹模量参照《公路水泥混凝土路面设计规范》附录，路基回弹模量取80MPa 湿度调整系数取0.95，综合回弹模量为80×0.95=76MPa ， 查附录F.2，水泥稳定碎石基层回弹模量取2000MPa ，泊松比取0.2，级配碎石底基层回弹模量取220MPa ，泊松比取0.3。
（3）板底地基综合回弹模量21121220x h E E MPa h == 10.18x h h m ==0.26ln(h )0.860.26ln(0.18)0.860.414x α=+=+=0.41400220()()7611876x t E E E MPa E α==⨯= 板底地基综合回弹模量t E 取118MPa混凝土面层板的弯曲刚度D c ，半刚性基层板的弯曲刚度D b ,路面结构总相对刚度半径r g 为：3322310000.2752.12(1)12(10.15)c c c c E h D MN m ν⨯===-⨯-33122120000.18 1.0.12(1)12(10.2)b b b b E h D MN m ν⨯===-⨯- 331122212200.180.1.12(1)12(10.3)b E h D MN m ν⨯===-⨯- 12 1.00.1 1.1.b b b D D D MN m =+=+=52 1.11181.21() 1.21()0.927m b t D D g E r ++==⨯=（4）荷载应力标准轴载和极限荷载在临界荷载位处产生的荷载应力为：0.6520.940.6520.940.0001450.0001450.9270.27100 1.411.11152ps g c s bcr h p MPa D D σ--==⨯⨯⨯=++ 0.6520.940.6520.940.0001450.0001450.9270.27180 1.461.11152pm g c pm bc r h p MPa D D σ--==⨯⨯⨯=++ 计算面层荷载疲劳应力和最大荷载应力为：0.87 1.10 2.592 1.41 3.64pr r f c ps k k k MPa σσ==⨯⨯⨯=max 0.87 1.10 1.46 1.46p r c pm k k MPa σσ==⨯⨯=其中应力折减系数0.87r k =；综合系数 1.10c k =：疲劳应力系数40.057(180210) 2.592f e k N λ==⨯=。
第1章绪论1.1路面课程设计的任务与要求及参考文献1.1.1课程设计题目：公路水泥混凝土路面结构设计及厚度计算1.1.2设计内容：1.交通量计算2.判别路基干湿类型并确定土基回弹模量；3.拟定路面结构方案；4.进行结组合设计，确定路面设计参数，并初拟路面厚度；5.进行应力计算，并验算路面厚度；6.方案比较，确定合理路面结构；7.绘制路面结构设计图。
1.1.3设计资料：Ⅱ区某城市郊区道路，今年来，由于交通量大量增加，要对下列路段进行设计K0+800—K4+500段改线，在新路基上铺筑水泥混凝土路面；K4+500—K6+000段，利用旧路，但路面强度不够，须进行补强。
1.路况调查资料(1）经预测设计使用初期年平均日交通量（双向）如下表1.1:表1.1交通两年平均增长率5.6%(2）原有路面结构和路基状况调查：①路基宽度10米，路面宽度8.5米。
②路面结构为：3cm沥青表面处置，20cm石灰土基层，20cm沙砾垫层。
③沿线路基土质为粘质土，液限30%，塑限17%，当地最大冻深2.1米。
2.材料调查沿线可供给各种砂石料，并有矿渣，炉渣，水泥，石灰，沥青等多种筑路材料。
3.设计参考资料《路基路面工程》邓学军主编，人们交通出版社，2009.9《公路水泥混凝土路面设计规范》 人们交通出版社，2003.5 《公路工程技术标准》 人们交通出版社，2004.4 1.2交通调查与分析 1.2.1 交通量计算解放的载重量 ＝08.48.940=吨 2<4.08<7 所以为中型车 折算系数 1.5 沃尔沃的载重量＝20.108.9100=吨 7<10.20<14 所以为大型车 折算系数 2.0 尼桑的载重量＝70.88.925.85=吨 7<8.70<14 所以为大型车 折算系数 2.0 交通的载重量＝41.48.925.43=吨 2<4.41<7 所以为中型车 折算系数 1.5 黄河的载重量＝43.88.960.82=吨 7<8.43<14 所以为大型车 折算系数 2.0 东风的载重量＝10.58.900.50=吨 2<5.10<7 所以为中型车 折算系数 1.5 确定公路等级，将以上各型号汽车的使用初期年平均日交通量折算成小客车的年平均日交通量。
路面设计1 水泥混凝土路面设计（方案一）1. 1 路面交通等级公路混凝土路面设计基准期参考值见下表表1.1 设计基准期参考值本路段设计基准期是20年。
1. 1.1 标准轴载及轴载当量换算水泥混凝土路面结构设计以100kN 单轴-双轮组荷载为标准轴载。
不同轴-轮型和轴载的作用次数，应按式(1.1)换算为标准轴载的作用次数。
161100ni s i i i P N N δ=⎛⎫= ⎪⎝⎭∑ (1.1)式中: N s ——100KN 的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；P i ——单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i 级轴载的总重(kN)；n ——轴型和轴载级位数；iN ——各类轴型i 级轴载的作用次数；i δ——轴-轮型系数。
单轴-双轮组： i δ=1.0 (1.2) 单轴-单轮组： i δ=2.22 (1.3) 双轴-双轮组： i δ=1.07 (1.4) 三轴-双轮组： i δ=2.24(1.5)轴载当量换算见下表：表1.2 轴载当量换算注：前轴重小于40kN不计。
1.1.2 交通调查与轴载分析设计基准期内混凝土面板临界荷位处所承受的标准轴载累计当量作用次数，可以通过下式计算确定式中：——标准轴载累计当量作用次数；t——设计基准期（年）；——交通量年平均增长率；——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表1.3选用。
表1.3 混凝土路面临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数二级公路的设计基准期为t=20年，临界荷载位处的车辆轨迹横向分布系数取0.54，交通量年平均增长率为6%。
设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：由下表可知此段交通等级为特重交通表1.4 公路混凝土路面交通分级1. 2 路面结构组合设计我国水泥混凝土路面安可靠度方法进行设计，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见表1.5表1.5 可靠度设计标准混凝土面层板的厚度决定于公路和交通等级，普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土或连续配筋混凝土面层板所需的厚度可参考表1.6表1.6 水泥混凝土面层厚度的参考范围初步确定水泥混凝土路面面层厚度为240mm，碾压混凝土基层160mm，底基层采用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚180mm，垫层为150mm低剂量无机结合料稳定土。
水泥混凝土路面厚度计算书1 轴载换算表1.1 日交通车辆情况表序号 汽车型号 流量 （辆/天） 前轴重（kN ） 后轴重（kN ） 后轴数 轮组数 1 解放CA15 200 20.97 70.38 1 2 2 解放CA50 260 28.70 68.20 1 2 3 黄河JN253 150 55.00 2×66.00 2 2 4 尼桑CK20L 180 49.85 100.00 1 2 5 日野KB222330 50.20 104.30 1 2∑==ni i i i s PN N 116)100(δ其中i δ为轴-轮系数，单轴-双轮组时，1=i δ，单轴-单轮时，按下式计算：43.031022.2-⨯=i i P δ双轴-双轮组时，按下式计算：22.051007.1--⨯=i i P δ三轴-双轮组时，按下式计算：22.081024.2--⨯=i i P δ表1.2 轴载换算结果表车型kN P i /i δi N16)100(i i i P N δ 解放CA15前轴20.97 599.88 200 61068.1-⨯后轴70.3812000.725解放CA50前轴 28.70 524.16 260 41089.2-⨯后轴 68.20 1 260 0.5695 黄河JN253前轴55.00396.28150 4.17 后轴 00.662⨯61026.4-⨯150 0 尼桑CK20L前轴49.85 413.38 180 1.082 后轴 100.00 1 180 180 日野KB222前轴50.20 412.15 330 2.21 后轴104.30 1330647.24 累 计8342 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γ。
取%5=γ。
2.2车辆轮迹横向分布系数η表2.1 车辆轮迹横向分布系数η 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>7m 0.34～0.39 行车道宽≤7m0.54～0.62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39.0=η。
⒊ 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。
[]ηγγ3651)1(⨯-+⨯=t s e N N代入数据得[]62010926.339.005.03651)05.01(834⨯=⨯⨯-+⨯=e N 次属重交通等级。
4 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0.22m 。
基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚0.18m 。
垫层为0.15m 低剂量无机结合料稳定土。
普通混凝土板的平面尺寸为宽4.5m,长5.0m 。
纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。
5 路面材料参数确定。
根据规范，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 。
路基回弹模量取30MPa 。
低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa ，水泥稳定粒基层回弹模量取1300MPa 。
6 计算荷载疲劳应力。
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：MPa h h E h E h E x 101315.018.015.060018.013002222222122121=+⨯+⨯=++= 12211221322311)11(4)(12-++++=h E h E h h h E h E D x1233)15.0600118.013001(4)15.018.0(1215.06001218.01300-⨯+⨯⨯++⨯+⨯= m MN •=57.2m E D h xx x 312.01013/57.212)12(33/1=⨯== 293.4)301013(51.1122.6)(51.1122.645.045.00=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯-⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=--E E a x 792.0)301013(44.11)(44.1155.055.00=⨯-=-=--E E b xMPa E E E ah E x bx t 165)301013(30312.0293.4)(3/1792.03/100=⨯⨯⨯== 选取混凝土板的纵向边缘中部作为产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位。
设计基准期内的荷载疲劳应力系数按下式计算确定。
νef N k = 式中ν是与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，ν=O.057；碾压混凝土和贫混凝土，ν=0．065。
故376.2)10926.3(057.06=⨯==νe f N k普通混凝土面层的相对刚度半径按公式31)(537.0t c E Eh r =计算。
代入数据有m E Eh r tc 677.0165/310022.0537.0)(537.0331=⨯⨯==标准轴载P S 在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力计算为：MPa h r ps 259.122.0677.0077.0077.0260.0260.0=⨯⨯==--σ标准轴载s P 在临界荷载处产生的荷载疲劳应力按下式确定：ps c f r pr k k k σσ=因为纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数87.0=f k 。
k c 按公路等级查下表确定。
20.1=c k表6.1 综合系数k c代入数据，荷载疲劳应力计算为：MPa k k k ps c f r pr 123.3259.120.1376.287.0=⨯⨯⨯==σσ7 计算温度疲劳应力。
由规范知，Ⅱ区最大温度梯度取为88℃/m 。
板长5m,39.7677.0/5/==r l ,由下表可查普通混凝土厚h=0.22m,71.0=x B .图7.1 温度应力系数x B最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：MPa B hT E x gc c tm 13.271.028822.03100010125=⨯⨯⨯⨯⨯==-ασ温度的疲劳应力系数计算：式中a 、b 、c 按下表取值：系 数 公路自然区划II III Ⅳ V Ⅵ V11 a0.8280.8550.8410.8710.8370.834532.0041.0)513.2(828.013.25)(323.1=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=b f a f kc r tm tm r t σσ 综上，温度疲劳应力计算为：MPa k tm t tr 13.113.2532.0=⨯==σσ8 检验初拟路面结构。
因为二级公路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异系数为中级，目标可靠度为85%。
再根据查得的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数13.1=r γ。
MPa f MPa r tr pr r 0.5806.4)13.1123.3(13.1)(=≤=+⨯=+σσγ因此，所选普通混凝土面层厚度（0.22m ）可以承受设计标准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。
9 水泥板接缝设计9.1 纵向接缝纵向施工缝采用设拉杆平缝形式，上部锯切槽口，深度为35mm ，宽度为5mm ，槽内灌塞沥青橡胶填缝料，构造如图。
拉杆直径为14mm ，长度为700mm ，间距为800mm 。
9.2 横向接缝横向缩缝采用设传力杆假缝形式，上部锯切槽口，深度为50mm ，宽度为5mm ，槽内灌塞沥青橡胶填缝料，结构如图。
传力杆直径为28mm ，长度为500mm ，间距为250m10 结构设计图结构设计断面、接缝设计详图具体见附图所示。
11 工程数量表垫层工程量表的内容和基层差不多，垫层拟采用小型机具施工，垫层的宽度比基层每侧宽出250mm，取为0.25m，详细内容见表8.3所示。
表8.3 垫层工程数量表11.2 基层工程数量表基层工程数量表涵盖了基层的长度，宽度，厚度等一些基本的数据，为概预算设计作铺垫。
基层拟采用小型机具施工，依据规范知基层的宽度应比混凝土面层每侧至少宽出250mm，取为0.25m，计算结果见表8.2所示。
表8.2 基层工程数量表面层工程量表主要包括：①面板混凝土数量；②接缝数量表；③接缝钢筋数量④角隅等处的钢筋数量（由于不属于特重交通，不设置），计算结果见表8.1。
表8.1 面层工程量表材料钢筋混凝土面板 回弹模量（MPa ）3000 长度（m ） 8000 宽度（m ） 9 厚度（cm ） 22面积（2m ） 7200080009=⨯体积（3m ）1584022.080009=⨯⨯混凝土面板数量（m 3） 320055.472000=÷÷ 接缝 数量表（个） 横缝 3197)005.05(80002=+÷⨯纵缝 3197/2=1599 总量3197+1599=4796接缝钢筋数量（kg ）横缝传力杆 31972)2025.0(14.35.014⨯⨯⨯⨯⨯7850=86190.6 纵缝拉杆7.1277678508.0)2014.0(14.3)]005.06.0(8000[2=⨯⨯⨯⨯+÷总量86190.6+12776.7=98967.3 角隅等处的钢筋数量。
