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水泥混凝土路面设计设计内容: 新建单层水泥混凝土路面设计公路等级: 四级公路变异水平的等级: 中级可靠度系数: 1.04面层类型: 普通混凝土面层设计轴载100 kN最重轴载150 kN路面的设计基准期: 10 年设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数: 8000路面承受的交通荷载等级:轻交通荷载等级混凝土弯拉强度 4.5 MPa 混凝土弹性模量29000 MPa 混凝土面层板长度 5 m 地区公路自然区划Ⅳ面层最大温度梯度86 ℃/m 接缝应力折减系数.87混凝土线膨胀系数10 10-6/℃基(垫)层类型----新建公路路基上修筑的基(垫)层层位基（垫）层材料名称厚度(mm) 材料模量(MPa)1 水泥稳定粒料150 17002 级配砾石200 3003 级配砾石200 2504 新建路基30板底地基当量回弹模量ET= 115 MPa中间计算结果: ( 下列符号的意义请参看“程序使用说明”)HB= 200 DC= 19.78 DB= .5 RG= .679 SPS= 2.085 SPM= 3.053 SPR= 3.03 SPMAX= 2.66 CL= 1.019 BL= .739 STMAX= 1.84 KT= .49 STR= .9 SCR= 3.93 GSCR= 4.09 RE=-9.11 % SCM= 4.5 GSCM= 4.68 REM= 4 %HB= 205 DC= 21.3 DB= .5 RG= .695 SPS= 2.019 SPM= 2.955 SPR= 2.93 SPMAX= 2.57 CL= 1.008 BL= .713 STMAX= 1.82 KT= .48 STR= .87 SCR= 3.8 GSCR= 3.95 RE=-12.22 % SCM= 4.39 GSCM= 4.57 REM= 1.56 %HB= 207 DC= 21.93 DB= .5 RG= .702SPS= 1.994 SPM= 2.919 SPR= 2.9 SPMAX= 2.54CL= 1.002 BL= .702 STMAX= 1.81 KT= .48STR= .87 SCR= 3.77 GSCR= 3.92 RE=-12.89 % SCM= 4.35 GSCM= 4.52 REM= .44 %HB= 209 DC= 22.57 DB= .5 RG= .708SPS= 1.968 SPM= 2.881 SPR= 2.86 SPMAX= 2.51CL= .997 BL= .691 STMAX= 1.8 KT= .48STR= .86 SCR= 3.72 GSCR= 3.87 RE=-14 %SCM= 4.31 GSCM= 4.48 REM=-.44 %混凝土面层荷载疲劳应力: 2.86 MPa混凝土面层温度疲劳应力: .86 MPa考虑可靠度系数后混凝土面层综合疲劳应力: 3.87 MPa （小于或等于面层混凝土弯拉强度）混凝土面层最大荷载应力: 2.51 MPa混凝土面层最大温度应力: 1.8 MPa考虑可靠度系数后混凝土面层最大综合应力: 4.48 MPa （小于或等于面层混凝土弯拉强度）满足路面结构极限状态要求的混凝土面层设计厚度: 199 mm通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,最后得到路面结构设计结果如下:---------------------------------------普通混凝土面层200 mm---------------------------------------水泥稳定粒料150 mm---------------------------------------级配砾石200 mm---------------------------------------级配砾石200 mm---------------------------------------新建路基。
农村公路水泥混凝土路面结构计算与分析农村公路的水泥混凝土路面结构设计和分析是确保农村公路的承载能力和耐久性的重要环节。
在进行路面结构计算和分析时，需考虑交通量、车辆类型、气候条件、地质条件等多个因素，并根据实际情况进行合理的设计。
下面将详细介绍水泥混凝土路面结构的计算和分析方法。
水泥混凝土路面结构通常由多层结构组成，包括基层、底基层、底面层和面层。
基层一般采用黏土、砂土等材料，底基层采用砾石或砂石料，底面层采用碎石。
在进行计算和分析时，首先需确定路面的可承受车辆荷载。
根据农村公路的交通量和车辆类型，可以确定设计车辆荷载。
常用的设计车辆荷载有ESAL（等效单轴集中荷载）和EAL（等效轴重）。
ESAL是以标准轴重为基础，根据交通量和车辆类型计算得到的等效单轴集中荷载。
EAL是以标准轴重为基础，根据轴数和轴距计算得到的等效轴重。
然后需要进行路面结构的厚度计算。
根据设计车辆荷载和材料特性，可以通过结构设计方法计算出每个结构层的厚度。
常用的计算方法有SN （结构系数）法和美国AASHTO法。
SN法根据路面结构层的材料特性、路面结构层数和设计车辆荷载，结合结构层之间的相互作用，计算出每个结构层的最佳厚度。
AASHTO法根据路面结构层的材料强度、设计车辆荷载和自然环境等条件，以最小化经济投资和最大化使用寿命为目标，确定每个结构层的厚度。
完成厚度计算后，还需进行路面结构的应力分析。
应力分析是评估路面结构的承载能力和稳定性的关键步骤。
通过应力分析，可以确定各个结构层的应力情况，以及各层之间的剪应力和压应力。
常用的应力分析方法有计算机模拟分析和试验方法。
计算机模拟分析是通过建立数学模型和应力分析软件，模拟车辆荷载对路面结构的作用，计算出各个结构层的应力情况。
试验方法是在实际路面上进行荷载试验，通过检测路面应变情况，计算出路面结构的应力分布。
最后，还需考虑路面结构的耐久性和防水性能。
水泥混凝土路面结构在使用过程中，会受到车辆荷载、温度变化和水分侵害等影响，因此需要进行耐久性和防水性能的评估。
水泥混凝土路面厚度计算书一、原始资料公路自然区划：Ⅳ区公路等级：三级公路路基土质：粘质土路面宽度(m)： 6.5初期标准轴载：122交通量平均增长： 5板块厚度(m)：0.23基层厚度(m)：0.22垫层厚度(m)：0.15板块宽度(m)： 3.25板块长度(m)： 4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：刚性和半刚性纵缝形式：设拉杆企口缝温度应力系数： 3.25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》，本道路的等级为三级公路，故设计基准期为20年，安全等级为四级。
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0.62。
，交通量的年增长率为4%。
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=912904.7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：中等交通等级。
三、初拟路面结构初拟水泥混凝土路面厚度为：0.23m，基层选用刚性和半刚性材料，厚度为0.22m，垫层厚度为0.15m。
水泥混凝土面板长度为：4m，宽度为3.25m。
纵缝为设拉杆企口缝。
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：4.5MPa。
根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)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29000MPa。
路基回弹模量选用：30MPa。
基层回弹模量选用1300MPa。
水泥混凝土路面结构厚度计算设计内容：新建单层水泥混凝土路面设计公路等级：一级公路变异水平的等级：低级可靠度系数：1.16面层类型：普通混凝土面层1.交通荷载分析序号路面行驶前轴数前轴重后轴数后轴重拖挂部分拖挂部分交通量车辆名称(kN)(kN)的轴数轴重(kN)1标准轴载001100007602序号分段时间(年)交通量年增长率15 4.92106.6 6354.0 2410 3.5行驶方向分配系数.5轮迹横向分布系数.22设计轴载100kN最重轴载180kN路面的设计基准期：30年设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数路面承受的交通荷载等级：重交通荷载等级混凝土弯拉强度5MPa31000MPa混凝土面层板长度5m面层最大温度梯度88C/m数.87混凝土线膨胀系数710-6/C 车道分配系数.51.071584E+07混凝土弹性模量地区公路自然区划IV接缝应力折减系基（垫）层类型----新建公路路基上修筑的基（垫）层2.路面结构参数普通混凝土面层，0.26m,31000MPa水泥稳定碎石上基层,0.18m,1500MPa水泥稳定碎石下基层,0.18m,1300MPa级配碎石底基层,~~0.2m,300MPa土基,60MPa图1路面结构层示意图一级公路的安全等级为一级，根据实际的施工水平，变异水平取低。
施工时水泥混凝土弯拉强度、弯拉弹性模量的施工控制上限为0.1；基层顶面当量回弹模量的施工控制上限为0.25;水泥混凝土面层厚度的施工控制上限为0.04。
按表3.0.8和附录E.0.3-1,面层普通混凝土的弯拉强度标准值为5MPa相应的弯拉弹性模量标准值为31000Mpa泊松比为0.15。
查表E.0.3-2石灰岩粗集料混凝土的系膨胀系数%c=7x10-6/C o查附录 E.0.2-2,水泥稳定碎石上基层的弹性模量取1700Mpa水泥稳定碎石下基层的弹性模量取1300Mpa泊松比取0.2,查表E.0.2-1级配碎石底基层回弹模量取300Mpa泊松比取0.35。
水泥混凝土路面的设计计算1.路面设计荷载计算设计荷载是路面结构设计的基础，需要考虑到车辆轴载、重车通行频次等因素。
根据不同的道路类型和交通量，可以选择不同的设计荷载标准，例如一般道路设计荷载为60kN，高速公路为100kN。
设计荷载可以根据实际情况确定。
2.路面厚度计算路面结构的主要功能是为交通提供平整、安全的行车路面，要求路面具有一定的厚度，能够承受车辆荷载并分散到下层土体中。
根据路面结构和荷载情况，可以采用不同的厚度设计方法进行计算。
例如根据美国AASHTO设计方法，可以根据车辆荷载和所需寿命确定路面厚度。
3.路面材料特性选择水泥混凝土路面中的材料包括水泥、骨料、沙子和水。
这些材料的选择要考虑到路面的承载能力、耐久性以及施工工艺等因素。
例如，水泥的选择要考虑到其强度等级和早期强度发展特性；骨料的选择要考虑到颗粒大小、形状等因素。
4.路面结构设计水泥混凝土路面的结构设计包括基层、底基层、面层等组成。
基层的作用是分散荷载到下层土体中，可以采用砾石、碎石或者碎石混凝土进行铺设。
底基层是为了提供路面的平整度和耐久性，可以采用砂砾混凝土进行铺设。
面层是水泥混凝土路面的承载层，要求具有较高的强度和平整度。
5.路面施工工艺设计水泥混凝土路面的施工工艺设计包括路面准备、铺设和养护等步骤。
路面准备包括路基处理、基层铺设和底基层施工等；铺设包括制浆、铺浆、振捣和压光等；养护包括初始养护和维护养护等。
施工工艺需要根据路面结构和材料特性进行合理设计，确保路面质量。
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。
..第五章水泥混凝土路面5.1 交通量计算该段高速公路位于Ⅳ7 区。
设计为双向四车道。
5-1 表交通量计算表车型小客车2轴中客车2轴大客车2轴中货2轴中货2轴中货2轴大货车2轴大货车2轴大货车3轴特大货车3轴特大货车3轴特大货车4轴特大货车（半拖挂）4 轴特大货车（半拖挂）5轴特大货车（拖挂）6轴特大货车（拖挂）车轴p轴轮型Ne， i合计前轴11.51— 10 1.6E+08后轴23.51— 2前轴301— 189后轴551— 2前轴401— 1962501后轴951— 2前轴301— 1454后轴601— 2前轴401— 1607后轴601— 2前轴451— 1404286后轴951— 2前轴351— 110881844后轴1401— 2前轴501— 134127758后轴1551— 1前轴551— 129738522后轴1753— 2前轴501— 11114582后轴1002— 2前轴801— 116938092后轴1252— 2前轴801— 116842385后轴1352— 2前轴652— 120195815后轴1502— 2前轴852— 120096408后轴1402— 2前轴602— 1772660后轴1003— 2前轴702— 18439809后轴1303— 2..方向分配系数取0.5，车道分配系数取0.8，标准轴载 100kN，最重轴载 250kN。
16P in则 N S 0.5 0.8N iP Si 1=0.5 0.841764=16705.8其中：5.2 交通分析车辆轮迹横向分布系数取0.2，高速公路设计基准期为30 年，安全等级为一级，交通量年平均增长率为7.6%。
计算累计标准轴次：N s t3011 g r 116705.8 1 0.076N e365η365 0.20 1.28E 08g r0.076因为 1 106 1.28108，所以属于特重交通等级。
5.3 拟定方案根据交通等级，现拟定在干燥和中湿状态下，分别设计三种方案。
2.6水泥混凝土路面设计计算书一、交通量计算表1轴载分配及换算二、确定交通等级板的平面尺寸选为宽4.0m,长4.5m ，纵缝为设拉杆的平缝，横缝为不设传力杆的假缝。
取纵缝边缘中部作为临界荷位。
由于该路为双车道，取方向分配系数为0.5，车道分配系数取1.0。
车道系数=车道分配系数⨯方向分配系数=1.0⨯0.5=0.5水泥混凝土路面结构设计以100KN 的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。
不同轴-轮型和轴载的作用次数，按式《规范》JTGD40-2006（3 .0 4-1）换算为标准轴载的作用次数。
161100ni s i i i P N N δ=⎛⎫= ⎪⎝⎭∑ 《规范》JTGD40-2006（3.0.4-1） 30.432.2210i iP δ-=⨯ 《规范》JTGD40-2006 (3.0.4-2 ) 或50.221.0710i iP δ--=⨯ 《规范》JTGD40-2006 (3.0.4-3 )或 80.222.2410i iP δ--=⨯ 《规范》JTGD40-2006 (3.0.4-4 )式中：Ns ——100KN 的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；Pi ——单轴-单轮、单轴-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；iδ——轴-轮型系数，单轴-双轮组时，iδ=1；单轴-单轮时，按式《规范》JTGD40-2006（3.0.4-2）计算；双轴-双轮组时，按式《规范》JTGD40-2006（3.0.4-3）计算;三轴-双轮组时,按式《规范》JTGD40-2006 (3.0.4-4)计算。
使用初期设计车道标准轴载次数：)d /(381276245.0次=⨯=s N 设计使用年限内临界荷位处标准轴载的累积作用次数:ηγγ⋅⋅⨯-+=s tN Ne 365]1)1[( 《规范》JTGD40-2006 (3.1.7)式中：Ne ── 设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次（次）； t ── 设计基准期（a ）t=20年；Ns ── 使用初期设计车道每日通过的标准轴载次数（次/日）； y ── 设计年限内交通量的平均年增长率(%),y=5%.η——车轮轮迹横向分布系数，按《公路混凝土路面设计规范》表A.4.4选用，η=0.2 次7201061.135.0381205.0365]1)05.01[(⨯=⨯⨯⨯-+=Ne查《规范》JTGD40-2006 3.0.5属重交通 三、初布拟定道路结构层及力学计算由《规范》JTGD40-2006 表3.0.1知，相应于安全等级三级的变异水平等级为中级。
1.路面类型的选择确定本设计为二级公路，位于四川地区，公路自然区划为Ⅴ区,路基土为粘性土，设计路段碎石、砂砾、石灰、水泥供应丰富，拟采用普通水泥混凝土路面结构。
交通组成表路面设计以双轮组单轴载100KN 为标准轴载,以BZZ －100表示。
① 轴载换算：161100∑=⎪⎭⎫⎝⎛=ni i i i s P N N δ式中 ：s N ——100KN 的单轴—双轮组标准轴载的作用次数；i P —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 ；i N —各类轴型i 级轴载的作用次数； n —轴型和轴载级位数；i δ—轴—轮型系数，单轴—双轮组时，1=i δ；单轴—单轮时，按式43.031022.2-⨯=ii P δ计算；双轴—双轮组时，按式22.051007.1--⨯=i i P δ；三轴—双轮组时，按式22.081024.2--⨯=i i P δ计算。
轴载换算结果如表7-2所示。
表7-2 轴载换算结果② 计算累计当量轴次查《路线设计规范》得三级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级，临界荷位处的车辆轮迹轮迹横向分布系数η是0.54~0.62取0.54，075.0=r g ，则：[][]6201026.354.0365075.01)075.01(808.3813651)1(⨯=⨯⨯-+⨯=⨯-+=ηr t r s e g g N N查《水泥混凝土路面设计规范》水泥混凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为4级，标准轴载累计作用次数大于1×106 时，属于重交通等级，故本设计属于重交通等级。
2.基层、垫层材料参数确定（1） 基层基层、应具有足够的强度和稳定性，在冰冻地区应具有一定的抗冻性。
拟选用石灰粉煤灰稳定粒料为基层。
配比为石灰：粉煤灰：稳定粒料=1：3：12，查《水泥混凝土路面设计规范》得回弹模量a MP E 13001=。
