水泥混凝土路面课程设计

1水泥混凝土路面设计1标准轴载交通量分析高速公路设计基准期为30年，安全等级为一级，我国公路水泥混凝土路面设计规范以汽车轴重为100kN的单轴荷载作为设计标准轴载，表示为BZZ—100。凡前、后轴载大于40KN（单轴）的轴数均应换算成标准轴数，换算公式为：161()100nisiiipNN式中：sN—100KN的单轴—双轮组标准轴数的通行次数；iP—各类轴—轮型；级轴载的总重（KN）；n—轴型和轴载级位数；iN—各类轴—轮型i级轴载的通行次i—轴—轮型系数。表1-1轴载换算结果车型iP（kN）1C2Cin（次/日）16()100iiipN东风EQ140前轴23.7016.40.0后轴69.20115531.530解放CA10B前轴19.4016.40.0后轴60.85113041.51.075黄河JN150前轴49.0016.40.03后轴101.6011395509.2则设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数:rrg365]1)g1[(tseNN式中：eN—标准轴载累计当量作用次数(日)；t—设计基准年限；rg—交通量年平均增长率，由材料知，rg=0.05；η—临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，如下（表1-2），取0.20。2表1-2混凝土路面临界荷位车辆轮迹横向分布系数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7m0.34～0.390.54～0.62行车道宽≤7m161()100nisiiipNN=511.835rrg365]1)g1[(tseNNeN248×104因为交通量100×104＜248×104＜2000×104次，故可知交通属于重交通等级。2拟定路面结构由上述及表16-20知相应于安全等级一级的变异水平的等级为低级，根据高速公路重交通等级和低级变异水平等级查表16-17得初拟普通混凝土面层厚度大于240mm。普通混凝土板的平面尺寸为宽4m，长4.5m，拟定各结构层厚：普通混凝土面层厚为250mm；基层选用水泥稳定粒料，厚为180mm；二级自然区划及规范知垫层为150mm的天然砂砾，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0Mpa，路基回弹模量为30Mpa；低剂量无机结合稳定土垫层回弹模量去600Mpa；水泥稳定粒料基层回弹模量取1300Mpa。（表2-1）表2-1层位基（垫）层材料名称厚度(cm)回弹模量(MPa)1水泥稳定粒料1813002天然砂砾151503土基-302221222121hhEhEhEx=222215.018.015.060018.013003=1013Mpa12211221232131)1(4)(12hEhEhhEhEhDx1233)15.0600118.013001(4)15.018.0(1215.060018.01300=2.57（MN.m）31)12(XxxEDh=31)101357.212(=0.312m])(51.11[22.645.00EEax=])301031(51.11[22.645.0=4.29355.00)(44.11EEbx=55.0)301013(44.11=0.7923100)(EEEahExbxt=31792.0)301013(30321.0293.4=165Mpa普通混凝土面层的相对刚度半径为：31)(537.0tcEEhr31)16531000(25.0537.00.769m3计算荷载疲劳应力根据高速公路、重交通，初拟普通混凝土面层厚度为0.25m。由下列公式求得：3537.0tcEE26.0077.0hpspscrfpkkk057.0efNk式中γ—混凝土板的相对刚度半径（m）；H—混凝土板的厚度（m）；Ec—水泥混凝土的弯沉弹性模量（Mpa）；σp—标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（Mpa）；kr—考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设杆拉的平缝，4kr=0.87～0.92，纵缝为不设杆拉的平缝或自由边界kr=1.0，纵缝为设杆拉的企口缝，kr=0.76～0.84，；kc—考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏影响综合系数，按公路等级查下表3-1；表3-1综合系数kcσps—标准轴载Ps在四边自由板的临界荷载处产生的荷载应力（MPa）。26.0077.0hps=26.025.0)769.0(077.0=0.975057.0057.02480000efNk=2.314根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综和系数30.1ck,则荷载疲劳应力为：93.2975.00.13.1314.2pscrfpkkkMPa4.计算温度疲劳应力由《路基路面工程》知，II区最大温度梯度取88﹙℃/m﹚。板长4.5mL/r=4.5/0.769=6.0；已知混凝土板厚0.25m，Bx=0.60，则可知最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力：2xgcctmBhTE式中：αc—混凝土的温度线膨胀系数；Tg—最大温度梯度，Tg=88°c/m；Bx—综合温度翘区应力和内应力的温度应力系数；σtm—最大温度梯度时土板的温度翘取应力（Mpa）。axgcctmMPBhTE1.226.08825.031000100.125公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路kc1.301.251.201.105温度疲劳系数])([bfafkcrtmtmrt，式中a，b和c为回归系数，按所在地区公路自然区划查下表4-1。表4-1回归系数a，b和c系数公路自然区ⅡⅢⅣⅤⅥⅦa0.8280.8550.8410.8710.8370.834b0.0410.0410.0580.0710.0380.052c1.3231.3551.3231.2871.3821.270528.0]041.0)51.2(828.0[1.25])([323.1bfafkcrtmtmrt则温度疲劳应力：atmttrMPK108.11.2528.0综合，高速公路的安全等级为一级，相应于一级的安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为95﹪。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20.1rr。artrprrMPfr0.58445.4)108.193.2(20.1)(，故设计的混凝土面层厚为250mm满足要求。由《公路水泥混凝土路面设计规范》知，路面防冻厚度满足要求。5接缝设置⑴横缝本水泥混凝土路面设计横缝采用三种：胀缝、缩缝、施工缝。①设置胀缝时，由于是高速公路，长远考虑，要设置传力杆，传力杆长度50cm，传力杆直径38cm,半段涂以沥青、套上朔料套筒。②缩缝采用假缝形式，只在板的上部设施缝隙，缝宽7mm，深度为板厚的1/5③设置施工缝时，每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向施工缝，位置应选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处的施工缝，采用加传力杆的平缝形式，设在胀缝处的施工缝，其构造与胀缝相同（图5-1）。传力杆长40cm，直径20mm。6图5-1横向施工缝构造图⑵纵缝纵向缩缝采用假缝形式，纵向施工缝采用平头缝形式，纵缝均设置拉杆，拉杆长60cm，拉杆直径20mm，间距1.25m。纵缝间距4.5m。缝的上部留有缝隙，内浇注填缝料，缝与横缝一般做成垂直正交，使混凝土具有90°的角隅。