公路路面结构设计计算

公路路面结构设计计算一、刚性路面设计交通组成表车型总重（kN）前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数原始交通量（辆/日）北京BJ13040.7513.5527.212398跃进NJ13158.420.238.212621解放CA34078.722.156.612822东风LZ3419429.564.512579黄河JN360270501102246宇通ZK6820G85305512983红旗CA63047.219.327.91212511）轴载分析路面设计双轮组单轴载100KN⑴以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。①轴载换算：161100niiiisPNN式中：sN——100KN的单轴—双轮组标准轴载的作用次数；iP—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；iN—各类轴型i级轴载的作用次数；n—轴型和轴载级位数；i—轴—轮型系数，单轴—双轮组时，i=1；单轴—单轮时，按式43.031022.2iiP计算；双轴—双轮组时，按式22.051007.1iiP；三轴—双轮组时，按式22.081024.2iiP计算。轴载换算结果如表所示车型iPiiN16)(PPNiii北京BJ130后轴27.213983.57×10-7前轴13.5543.0355.131022.23983.72×10-9跃进NJ131前轴20.243.032.201022.26212.91×10-6后轴38.216211.28×10-4解放CA340前轴22.143.031.221022.28221.56×10-5后轴56.618229.12×10-2东风LZ341前轴29.543.03601022.25799.87×10-4后轴64.515795.20×10-1黄河JN360后轴2110.0022.052201007.14645.25前轴5043.03501022.2462.90×10-1宇通ZK6820G前轴3043.03301022.29832.18×10-3后轴5519836.89×10-2红旗CA630后轴27.9112511.69×10-6前轴19.343.033.191022.212512.88×10-6161)(PPNNiiinis46.22②计算累计当量轴次根据设计规范（表3.0.1），一级公路的设计基准期为30年，安全等级为二级，轮迹横向分布系数是0.17~0.22取0.2，05.0rg，则次224158.282.036505.01)05.01(46.223651)1(30rtrseggNN其交通量在4103～6101之间，故属中等型交通。2）初拟路面结构横断面表3.0.1可靠度设计标准公路技术等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路安全等级一级二级三级四级设计基准期（a）30302020目标可靠度（％）95908580目标可靠指标1.641.281.040.84变异水平等级低低～中中中～高表4.4.6水泥混凝土面层厚度的参考范围交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低中低中低中低中面层厚度（mm）≥260≥250≥240270～240260～230250～220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）240～210230～200220～200≤230≤220由上表知：相应于安全等级二级的变异水平为低~中。根据一级公路、中等交通等级和低级变异水平等级，查表4.4.6初拟普通混凝土面层厚度为25cm，基层采用水泥碎石，厚20cm；底基层采用石灰土，厚20cm。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长5.0m。横缝为设传力杆的假缝。3）确定基层顶面当量回弹模量tcsEE,查表的土基回弹模量aMPE0.350，水泥碎石aMPE15001，石灰土aMPE5502设计弯拉强度：acmMPf5.4，acMPE4109.2结构层如下：水泥碎石20cm石灰土20cm×水泥混凝土25cm按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：axMPhhEhEhE102520.020.055020.0150020.02222222122212112211221322311)11(4)(1212hEhEhhhEhEDx1233)2.055012.015001(4)2.02.0(122.0550122.01500)*(700.4mMNmEDhxxx380.0)10257.412()12(3131165.4)351025(51.1122.6)(51.1122.645.045.00EEax786.0)351125(44.11)(44.1155.055.00EEbxaxbxtMPEEEahE276.212)351025(35380.0165.4)(31786.03100式中：tE——基层顶面的当量回弹模量，aMP；0E——路床顶面的回弹模量，xE——基层和底基层或垫层的当量回弹模量，21,EE——基层和底基层或垫层的回弹模量，xh——基层和底基层或垫层的当量厚度，xD——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度，21,hh——基层和底基层或垫层的厚度，ba——与0EEx有关的回归系数普通混凝土面层的相对刚度半径按式（B.1.3-2）计算为：mEEhrtc691.0)276.21229000(25.0537.0)(537.031314）计算荷载疲劳应力p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：apsMPhr987.025.0691.0077.0077.026.026.0因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数87.0rK。考虑设计基准期内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数005.2972.199676057.0vefNK（v—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，计算。fffdlv017.0053.0）根据公路等级，由表B.1.2考虑偏载和动载等因素，对路面疲劳损失影响的综合系数25.1cK按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为apscfrprMPKKK152.2987.025.1005.287.05）温度疲劳应力由表3.0.8，Ⅱ5a区最大温度梯度取88(℃／m)。板长5m,236.7691.05rl,由图B.2.2可查普通混凝土板厚61.0,25.0xBcmh。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：axgcctmMPBhTEa94.161.028825.02900010125温度疲劳应力系数tK，按式（B.2.3）计算为470.0058.0)0.594.1(841.094.10.5)(323.1bfafKcrtmtmrt再由式（B.2.1）计算温度疲劳应力为atmttrMPK912.094.1470.0查表3.0.1，一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平为低级，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16.1rr按式（3.0.3）aratrprrMPfMPr0.555.3)912.0152.2(16.1)(∴所选普通混凝土面层厚度（0.25cm）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。二、柔性路面设计交通组成表车型总重（kN）前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数原始交通量（辆/日）北京BJ13040.7513.5527.212398跃进NJ13158.420.238.212621解放CA34078.722.156.612822东风LZ3419429.564.512579黄河JN360270501102246宇通ZK6820G85305512983红旗CA63047.219.327.9121251设计年限为15年，车道系数为4，交通量平均年增长率为5％。一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh=972，属中等交通等级。当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时：路面营运第一年双向日平均当量轴次：481；设计年限内一个车道上的累计当量轴次：1515376；属轻交通等级。当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时：路面营运第一年双向日平均当量轴次：336；设计年限内一个车道上的累计当量轴次：1058558；属轻交通等级，路面设计交通等级为中等交通等级。公路等级：一级公路公路等级系数为1；面层类型系数为1；路面结构类型系数为1。路面设计弯沉值：34.8(0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.4682中粒式沥青混凝土1493粗粒式沥青混凝土8394石灰粉煤灰碎石6375石灰土2512二、新建路面结构厚度计算新建路面的层数：5标准轴载：BZZ-100路面设计弯沉值：34.8(0.01mm)路面设计层层位：4设计层最小厚度：150(mm)层位结构层材料名称厚度(mm)20℃平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15℃平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)容许应力(MPa)1细粒式沥青混凝土401400020000682中粒式沥青混凝土451200016000493粗粒式沥青混凝土65900012000394石灰粉煤灰碎石200150003000375石灰土25055005500126新建路基36按设计弯沉值计算设计层厚度：LD=34.8(0.01mm)H(4)=150mmLS=2.3(0.01mm)由于设计层厚度H(4)=Hmin时LS=LD,故弯沉计算已满足要求。H(4)=150mm(仅考虑弯沉)按容许拉应力计算设计层厚度：H(4)=150mm(第1层底面拉应力计算满足要求)H(4)=150mm(第2层底面拉应力计算满足要求)H(4)=150mm(第3层底面拉应力计算满足要求)H(4)=150mm(第4层底面拉应力计算满足要求)H(4)=150mmσ(5)=12MPaH(4)=200mmσ(5)=105MPaH(4)=151mm(第5层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度：H(4)=150mm(仅考虑弯沉)H(4)=151mm(同时考虑弯沉和拉应力)验算路面防冻厚度：路面最小防冻厚度为800mm验算结果表明，路面总厚度比路面最小防冻厚度小249mm,程序将自动在上述刚设计的路面最下层厚度中予以补足。通过对设计层厚度取整和将路面防冻厚度不足部分增补到路面最下层，最后得到路面结构设计结果如下：---------------------------------------细粒式沥青混凝土40mm----------------------------------------中粒式沥青混凝土45mm----------------------------------------粗粒式沥青混凝土65mm----------------------------------------石灰粉煤灰碎石160mm----------------------------------------石灰土490mm----------------------------------------新建路基三、交工验收弯沉值和层底拉应力计算层位结构层材料名称厚度(mm)20℃平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)15℃平均抗压模量(MPa)标准差(MPa)综合影响系数1细粒式沥青混凝土40140002000012中粒式沥青混凝土45120001600013粗粒式沥青混凝土6590001200014石灰粉