水泥路面厚度设计轴载换算

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 i P δ-=⨯ 《规范》JTGD40-2006 （3.0.4—2 ）或 50.221.0710i i P δ--=⨯ 《规范》JTGD40—2006 (3.0。

4—3 ) 或 80.222.2410i i P δ--=⨯ 《规范》JTGD40-2006 （3.0.4-4 ）式中：轴载 i P （kN ）轮组 每日通过次数i N （次/d)i δ16i )P(pBZZ —100d 的轴载（次/d ）50 单轴-单轮 888 412。

8534 0。

000015 5.4992 60 单轴-单轮 204 381。

72270。

000282 21.9597 70 单轴—双轮 2171 1 0.003320 7。

2077 110 单轴-双轮 888 1 4.594900 4080.2712 120 单轴-双轮 186 118。

4884003438.8424 2⨯120双轴—双轮183.20436-10⨯ 12。

1166510⨯69。

8861∑=7624Ns-—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;i N ——各类轴型i 级轴载的作用次数；i δ——轴-轮型系数,单轴—双轮组时,i δ=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。

公路水泥混凝土路面设计新规范混凝土板厚度计算示例内容提要本文主要把《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011)中的计算每个示例，加上标题、要点、提示，便于学习和查阅.关键词公路水泥混凝土路面设计规范计算示例示例1 粒料基层上混凝土面板厚度计算要点（弹性地基单层板模型）序号路面结构厚度（m）备注1 普通水泥混凝土面层0.23 Fr=4.5 MPa2 级配碎石0。

20 E=300 MPa3 路基:低液限黏土查表E。

0.1—1 E=80 MPa距地下水位 1.2m,查表 E.0。

1—2 湿度调正系数0.75路床顶综合回弹模量 E=80×0.75=60 MPa（1）二级公路设计轴载累计作用次数 Ne=74。

8×104次中等交通荷载等级（2）板底当量回弹模量值 Et=120 MPa；（3）设计轴载 Ps=100 KN ；最重轴载 Pm=180 KN ；（4）设计厚度0.25m=计算厚度0。

24m+0.01m ；示例 2 水泥稳定粒料基层上混凝土面板厚度计算要点(弹性地基双层板模型）序号路面结构厚度（m) 备注1 普通水泥混凝土面层0.26 Fr=5。

0 MPa2 水泥稳定砂砾0。

20 E=2000 MPa3 级配砾石0。

18 E=250 MPa4 路基:低液限粉土查表E。

0.1-1 E=100 MPa距地下水位1.0m，查表E.0。

1-2 湿度调正系数0。

80路床顶综合回弹模量 E=100×0。

80=80 MPa（1）一级公路设计轴载累计作用次数 Ne=1707×104次重交通荷载等级;（2）板底当量回弹模量值 Et=125 MPa；（3）设计轴载 Ps=100 KN ；最重轴载 Pm=180 KN；（4）由面板、半刚性基层的弯曲刚度，求出路面结构总想对刚度半径rg，再计算面层、基层荷载、温度应力（下层板温度应力不需计算）;（5）设计厚度0.27m=计算厚度0.26m+0。

5.路面结构设计5.1沥青路面5.1.1交通量及轴载计算分析路面设计以单轴载双轮组100KN 为标准轴载。

1) 以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次： ①轴载换算：轴载换算采用如下的计算公式：=N ∑=ki i i P P n C C 135.421)/(计算结果如下表所示：表5.1轴载换算表②累计当量轴次根据《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》,高速公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是取0.5。

累计当量轴次：()111365t e N N γηγ⎡⎤+-⨯⎣⎦=()[]189188305.060.430336506449.0365106449.0115=⨯⨯⨯⨯-+=（次）2) 验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次 ①轴载换算验算半刚性基层层底拉应力轴载换算公式：812'1')/('P P n C C N i ki i ∑==计算结果如下表所示：表5.2 轴载换算结果（半刚性基层层底拉应力）②累计当量轴次参数取值同上，设计年限是15年,车道系数取0.5。

累计当量轴次：()111365t e N N γηγ⎡⎤+-⨯⎣⎦=()[]321652575.087.731636506449.0106449.0115=⨯⨯⨯-+=（次）5.1.2结构组合设计及材料选取1) 拟订路面结构组合方案根据规定推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用沥青混凝土（取18cm ），基层采用水泥碎石（取20cm ），下基层采用石灰土（厚度待定）。

另设20cm 厚的中粗砂垫层。

2) 拟订路面结构层的厚度由于计算所得的累计当量轴载达到了500万次，按一级路的路面来设计，由设计规范《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》规定高速公路、一级公路的面层由二层至三层组成。

采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚度为4cm ），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚度为6cm ），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚度为8cm ）。

1+1型货车轴载换算系数计算：表1 1+1型货车轴载换算系数计算表2 1+2型货车轴载换算系数计算表3 1+1S1型货车轴载换算系数计算表4 1+1S2型货车轴载换算系数计算表5 1+2S2型货车轴载换算系数计算表6 大客车轴载换算系数计算表1 1+1型货车轴载换算系数计算表2 1+2型货车轴载换算系数计算表3 1+1S1型货车轴载换算系数计算表4 1+1S2型货车轴载换算系数计算表5 1+2S2型货车轴载换算系数计算表6 大客车轴载换算系数计算古今名言敏而好学，不耻下问——孔子业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随——韩愈兴于《诗》，立于礼，成于乐——孔子己所不欲，勿施于人——孔子读书破万卷，下笔如有神——杜甫读书有三到，谓心到，眼到，口到——朱熹立身以立学为先，立学以读书为本——欧阳修读万卷书，行万里路——刘彝黑发不知勤学早，白首方悔读书迟——颜真卿书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲——于谦书犹药也，善读之可以医愚——刘向莫等闲，白了少年头，空悲切——岳飞发奋识遍天下字，立志读尽人间书——苏轼鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书——李苦禅立志宜思真品格，读书须尽苦功夫——阮元非淡泊无以明志，非宁静无以致远——诸葛亮熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟——孙洙《唐诗三百首序》书到用时方恨少，事非经过不知难——陆游问渠那得清如许，为有源头活水来——朱熹旧书不厌百回读，熟读精思子自知——苏轼书痴者文必工，艺痴者技必良——蒲松龄声明访问者可将本资料提供的内容用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律的规定，不得侵犯本文档及相关权利人的合法权利。

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路面构造设计及计算7.1 轴载分析路面设计以双轴组单轴载100KN 作为标准轴载a.以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。

〔1〕轴载换算轴载换算采用如下的计算公式：35.421⎪⎭⎫⎝⎛=P P N C C N i i 〔7.1〕式中：N —标准轴载当量轴次，次/日i n —被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日 P —标准轴载，KNi p —被换算车辆的各级轴载，KN K —被换算车辆的类型数1c —轴载系数，)1(2.111-+=m c ，m 是轴数。

当轴间距离大于3m 时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m 时，应考虑轴数系数。

2c ：轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。

轴载换算结果如表所示：表7.2 轴载换算结果表注：轴载小于25KN 的轴载作用不计。

〔2〕累计当量轴数计算根据设计规，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数η取0.40，γ =4.2 %，累计当量轴次：][γηγ13651)1(N N te⨯⨯-+=[]次）（.5484490042.040.0327.184********.0115=⨯⨯⨯-+= (7.2)验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次 b.轴载换算验算半刚性基底层底拉应力公式为81'2'1')(∑==ki i i P p n c c N (7.3) 式中：'1c 为轴数系数，)1(21'1-+=m c'2c 为轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1，四轮组为0.09。

计算结果如下表所示：表7.3注：轴载小于50KN的轴载作用不计。

[]γηγ'13651)1(N Nte⨯⨯-+=⋅ []次3397845%042.040.0313.13473651%)042.01(15=⨯⨯⨯-+=7.2构造组合与材料选取由上面的计算得到设计年限一个行车道上的累计标准轴次约为700万次左右，根据规推荐构造，路面构造层采用沥青混凝土〔15cm 〕、基层采用石灰粉煤灰碎石〔厚度待定〕、底基层采用石灰土〔30cm 〕。

西南交通大学硕士学位论文水泥混凝土路面三维数值分析及轴姓名：***申请学位级别：硕士专业：道路与铁道工程指导教师：***20050501西南交通大学硕士研究生学位论文第８页图ｌ一６扳边受薇时的挠度影响图［引自Ｐｉｃｋｅｔｔ和Ｒａｙ（１９５１）】图ｌ一７板中受荷时的弯矩影响图【引自Ｐｉｃｋｅｔｔ和Ｒａｙ（１９５１）】图ｌ－８板边受荷时的弯矩影响图【引自Ｐｉｃｋｅｔｔ和Ｒａｙ（１９５１）】由荷载作用面在图上的印迹面积所覆盖的方块数力，依据式（１－１０）和（１－１１）计算板中或板边中点的挠度和弯矩值。

△一；—０．０００—５ｐｎ（１－１０）ｋＭ＝０．０００１ｐ１２Ｈ（１—１１）式中广接触压力；，——相对刚度半径：卜地基反应模量。

弯矩除以截面模量即为应力Ｏ＂：罂·（１．１２）２矿¨叫纠１．２．３有限元法理论公式用于分析水泥混凝土路面的荷载应力时，仍存在不少问题和不西南交通大学硕士研究生学位论文第２５页力和力矩。

模型中任一点的关键响应都能很轻松地获得。

２．４．１单元的基本描述在ＥｖｅｒＦＥ的单元库中共有５种单元：①用于离散面板及弹性基层、底基层的２０结点二次固体单元；②用于稠密液体地基（Ｗｉｎｋｌｅｒ地基）的８结点二次平面单元：③用于模拟接缝集料嵌锁作用以及面板与基层之问剪力传递的１６结点二次接触面单元；④用于离散横缝传力杆及纵缝位杆的３结点弯曲单元：⑤用于离散横缝传力杆及纵缝位杆的２结点剪切梁单元。

图（２－７）绘出了四块面板的单元划分及相应的单元类型，图（２－８）绘出了传力卡Ｔ荤元模型。

点体单元８节点弭哿液体单元图２—７面板单元划分及单元类型图２—８传力杆单元模型边界条件因有无弹性基层而有所差异。

当有弹性基层时，面板在水平面，即ｘ－ｙ平面内受板与基层间的剪切强度约束，而在竖向则由基层支撑。

在ＥｖｅｒＦＥ的所有模型中，面板、基层和底基层均被视为３维、线弹性、各向同性并且连续。

每一层均采用２０结点固体单元离散。

公路水泥混凝土路面轴载换算想象一下公路就像一个超级大的舞台，每天都有好多车在上面跑来跑去。

这些车呀，就像不同的演员，有大卡车、小汽车，还有小面包车等等。

它们的重量都不一样，就像演员们有的胖有的瘦。

大卡车特别重，就像一个超级大的巨人在公路上走，它对公路的压力很大。

小汽车呢，相对就轻一些，像一个小瘦子在上面跑。

那这个轴载换算呀，就有点像把这些不同重量的车，按照一定的规则变成同样的标准来看看它们对公路的影响。

比如说，咱们假设有一条新修的公路，就像一个刚做好的大蛋糕一样平平整整。

一开始只有小汽车在上面跑，小汽车对公路的压力就像小蚂蚁轻轻地踩在蛋糕上，公路还能好好的。

可是过了一段时间，大卡车也开上这条路了。

大卡车的轮子对公路的压力，就像大象重重地踩在蛋糕上，公路就会开始有变化了。

如果我们不做轴载换算，就不知道大卡车的压力相当于多少小汽车的压力。

就好比在游戏里，我们不知道一个大怪兽的力量相当于多少个小怪兽的力量一样。

我们把大卡车的轴载换算一下，就可以知道它对公路的破坏能力相当于多少小汽车的破坏能力。

比如说，一辆很重很重的大卡车，它的轴载换算后可能相当于10辆小汽车的轴载。

这样公路的建设者们就能知道，一辆大卡车对公路的影响和10辆小汽车差不多呢。

那为什么要做这个换算呢？这就像我们在分糖果的时候，要把不同大小的糖果按照一定的规则分成同样的小份一样。

公路工程师们要根据这个换算来设计公路的厚度和强度。

如果有很多大卡车要在公路上跑，那公路就得修得更厚、更结实，就像我们盖房子，如果知道会有很重的东西放在房子里，那房子的地基就要打得更深更牢固。

再举个例子吧。

有个小镇新修了一条公路，他们一开始没太在意这个轴载换算。

结果呢，有很多大货车来运货，没过多久，公路就开始出现裂缝了，就像小朋友脸上的小伤疤一样，坑坑洼洼的。

后来他们重新计算了轴载，发现大货车对公路的损害太大了，就对公路进行了加固，让它变得更厚更强，这样公路又能好好地为大家服务了。

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=。

公路水泥混凝土路面设计一、轴载换算水泥混凝土路面构造设计以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，按下式换算为标准轴载的作用次数。

161100ni s i i i P N N δ=⎛⎫= ⎪⎝⎭∑ 〔1〕 ；30.432.2210i i P δ-=⨯ 〔2〕50.221.0710i iP δ--=⨯ 〔3〕 ；80.222.2410i i P δ--=⨯ 〔4〕 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 〕；——轴型和轴载级位数；i N ——各类轴型i 级轴载的作用次数；i δ——轴-轮型系数，单轴-双轮组时，iδ=1；单轴-单轮时，按式〔2〕计算；双轴-双轮组时，按式〔3〕计算；三轴-双轮组时,按式〔4)计算。

轴载换算上表为双车道双向交通调查结果 取交通量年平均增长率为％。

小于40KN 的轴载可略去。

调查分析双向交通的分布情况，选取交通量方向分布系数，一般取0.5，车道数为1，所以交通量车道分布系数取1.0。

Ns=查?公路水泥砼路面设计标准(JTG D40-2002)?，此路面属重交通，设计使用年限为20年。

由?公路水泥砼路面设计标准(JTG D40-2002)?取轮迹横向分布系数为0.37，可计算得到设计年限内标准轴载累计作用次数N e 为：()[]ηγγτ36511⨯-+=s e N N次二、路面板厚度计算设计道路路基为中湿状态，故按以下步骤进展路面板厚度计算 1、初拟路面构造查?公路水泥砼路面设计标准(JTG D40-2002)?表4.4.6，初拟普通水泥混泥土路面层厚度为h=0.24m, 基层选用水泥稳定碎石〔水泥用量为5％〕，厚为h 1=0.20m 。

垫层选用厚度为h 2=0.20m 的天然砂砾。

普通水泥混凝土板的平面尺寸宽为m,长为5.0m 。

纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。

第十章水泥混凝土路面设计第10-1节设计内容与设计参数一、混凝土路面的设计内容水泥混凝土路面设计应包括以下内容：1．路基和基(垫)层的结构组合设计；2．混凝土面板的平面尺寸确定和板厚计算；3．接缝设计；4．配筋设计；5．混凝土的材料组成设计。

二、设计参数(一)标准轴载与轴载换算公式1．标准轴载我国《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ012—94)规定：水泥混凝土路面设计以轴重100kN的单轴荷载作为标准轴载，其他各级轴载均应换算成标准轴载，然后再进行混凝土路面设计。

对于单轴荷载以其实际作用次数和轴重计，对于双轴荷载，后轴经过一次可视为作用一次，轴重以双轴的总重计。

2．轴载换算轴载换算依据等效疲劳损坏的原则进行。

所谓等效，是指同一路面结构在不同轴载作用下达到相同的疲劳程度。

《公路水泥混凝上路面设计规范》(JTJ012—94)规定以疲劳断裂作为混凝土路面的损坏标准。

如对某一种路面结构，轴载P1作用N1次以后，混凝土面板处于疲劳断裂状态；轴载P2作用N2次后，混凝土面板处于同样的破坏状态，则二者是等效的。

由此，采用疲劳断裂为标准建立的疲劳方程，可以推导产生等效疲劳损坏时的轴载换算公式和换算系数：(二)交通分级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，见表2-8-1。

设计车道为行车道内承受交通最繁重的一个车道。

设计车道内的标准轴载日作用次数N s1，系由断面标准轴载作用次数乘以(行驶)方向分配系数和车道分配系数，即：N s1＝N sββ1，(2-8-3)式中：N s1——路段(断面)日标准轴载作用次数，次／日；β—方向分配系数，通常取0.5~0.6；β1——车道分配系数，通常，单车道／方向，取1.0；双车道／方向，取0.8~1.0；3车道/方向，取0.6~0.8；具体数值依据交通情况和车道数．通过调查确定。