二級(jí)公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二級(jí)公路水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 水泥混凝土路面厚度計(jì)算書1軸載換算表1.1日交通車輛情況表序序號(hào)汽車型號(hào)流量（輛/天）前軸重（kN）后軸重（kN）后軸數(shù)輪組數(shù)1桑塔納2334212五十鈴4019423解放CA10B209419.460.85124黃河JN15085649.0101.6125黃河JN16218059.5115.0126交通SH3611749.852×110.022軸載換算公式如下： n PNN(i)16s ii100i1其中為軸-輪系數(shù)，單軸-雙輪組時(shí)，1，單軸-單輪時(shí)，按下式計(jì)算： i i2.22103P0.43 i i雙軸-雙輪組時(shí)，按下式計(jì)算：1.07105P0.22 i i表1.2軸載換算結(jié)果表車型車型kNPi/iiN16)100(iiiPN桑塔納前軸后軸21.0599.51233452.010五十鈴前軸后軸42445.8640191.68解放解放CA10B前軸19.4620.29209465.2310后軸60.85120940.7黃河JN150前軸49.0416.468563.9后軸101.618561103.5黃河JN162前軸59.5383.118017.0后軸115.011801684.4交通SH361前軸60.0381.72171.8后軸2110.063.8101742.9710累計(jì)2813確定交通量相關(guān)系數(shù)。2.1設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)交通量的年平均增長(zhǎng)率?？砂垂返燃?jí)和功能以及所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和交通發(fā)展情況，通過調(diào)查分析，預(yù)估設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)的交通增長(zhǎng)量，確定交通量年平均增長(zhǎng)率。取5%。2.2車輛輪跡橫向分布系數(shù)表2.1車輛輪跡橫向分布系數(shù)公路等級(jí)公路等級(jí)縱縫邊緣處高速公路、一級(jí)公路、收費(fèi)站0.17～0.22二級(jí)及二級(jí)以下公路行車道寬>7m0.34～0.39行車道寬≤7m0.54～0.62由規(guī)范得：二級(jí)公路的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為20年，安全等級(jí)為三級(jí)，取0.35。2.3計(jì)算基準(zhǔn)期內(nèi)累計(jì)當(dāng)量軸次。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)水泥混凝土面層臨界荷位處所承受的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)，可按下式計(jì)算確定。N(1)t1365Ns e 2813代入數(shù)據(jù)得N(10.05)2013650.351188104次 e 0.05查表3.0.7，屬重交通等級(jí)。初擬路面結(jié)構(gòu)。由規(guī)范得，相應(yīng)于安全等級(jí)三級(jí)的變異水平等級(jí)為中級(jí)。根據(jù)二級(jí)公路、重交通等級(jí)和中級(jí)變異水平等級(jí)，查規(guī)范初擬普通混凝土面層厚度為0.25m。基層選用水泥穩(wěn)定碎石（水泥用量5%），厚0.20m。墊層為級(jí)配碎石，厚0.2m。普通混凝土板的平面尺寸為5m4.5m(長(zhǎng)寬)?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。路面材料參數(shù)確定。根據(jù)規(guī)范，查表3.0.8，取普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5.0MPa，相應(yīng)彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為31GPa。玄武巖粗集料水泥混凝土線性膨脹系數(shù)11106/。C。c查表E0.0.1-1和表E0.0.1-2，取土基回彈模量為80Mpa，取調(diào)整系數(shù)為0.8，由此，路床頂綜合回彈模量取為：E=800.8=64Mpa。0查表E0.0.2-2，取水泥穩(wěn)定碎石彈性回彈模量為2000Mpa，泊松比為0.2，級(jí)配碎石底基層回彈模量為230Mpa。按式（B.2.4.1）~式（B.2.4-4）計(jì)算板底地基綜合回彈模量。新建公路的基層頂面當(dāng)量回彈模量和基層當(dāng)量厚度計(jì)算如下：En(hi2Ei) h1E1230MPax nh2h12i1ii1hhh0.20mnx i 1i10.26ln(h)0.860.26ln(0.20)0.860.442x E 230EE(x)64( )0.442113MPat 0E 640式中E——基層頂面的當(dāng)量回彈模量（MPa）；tE——路床頂面的回彈模量（MPa）；0E——基層和底基層的當(dāng)量回彈模量（MPa），按式（B.1.5-2）計(jì)算；h——基層和底基層的當(dāng)量厚度（m），按式（B.1.5-3)計(jì)算；取板底綜合回彈模量E取為64MPa?；霥c，半剛性基層板的彎曲剛度Db，路面結(jié)構(gòu)總相對(duì)剛度半徑r為：g Eh3 310000.253cc41.29MN.mc12(1v2)12(10.152)ch3 20000.23Dbb 1.39MN.mb12(1v2)12(10.22)b1 1r DD3 41.291.3930.875m1.21c b1.21g Et 113 5、荷載應(yīng)力按式（B.4.1-1)，標(biāo)準(zhǔn)軸載和極限荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力為：1.45103r0.65h2p0.94ps D g s1bDc1.561MPa 1.45103r0.65h2p0.94pm D g m1bDc1.780Mpa式中——標(biāo)準(zhǔn)軸載P在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力（MPa）； ps sγ——水泥混凝土面層相對(duì)剛度半徑（m)；h——混泥土板的厚度（m)；E——水泥混泥土的彎拉彈性模量（MPa）；c——標(biāo)準(zhǔn)軸載P在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力（MPa）； pm m計(jì)算面層荷載疲勞應(yīng)力，計(jì)算面層最大荷載應(yīng)力。kkk《規(guī)范》（B.2.1） pr rfcps式中——標(biāo)準(zhǔn)軸載P在臨界荷位處產(chǎn)生的疲勞應(yīng)力（MPa）； pr s——標(biāo)準(zhǔn)軸載P在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力（MPa); ps sk——考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，縱縫為設(shè)拉桿平縫時(shí)，k=（0.87~.92)（剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值），由于縱縫為拉桿的平縫，基層為半剛性基層，故接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)K=0.87；k——考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)系數(shù)，按式（B.2.3條計(jì)算；k——考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)，根據(jù)該公路等級(jí)二級(jí)，按表B.2.1取值k=1.05。c考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)：KN《規(guī)范》（B.2.3-1） f e式中K——考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)；fN——計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)荷載累計(jì)作用次數(shù)，N=1220104次；e——與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，普通混泥土、鋼筋混泥土、連續(xù)配筋混泥土，0.057；即：KN(1188104)0.0572.658e故標(biāo)準(zhǔn)軸載P在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的疲勞應(yīng)力計(jì)算為：skkk0.872.5321.051.5613.611Mpa pr rfcpskk0.871.051.780=1.60Mpap,max rcpm6、溫度疲勞應(yīng)力由表3.0.10，最大溫度梯度取92C/m，按B.3.3和B.5.2計(jì)算綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù)B。L 1h h 10.25 0.2k(cb)1()14627MPa/mn2EE2310002000c b 1 1 DD 4 41.291.39 4(DcDb)k(41.291.39)46270.131m c b n(k4D)3 (46270.87441.29)0.1313(k4D)3 (46270.131441.29)0.8753 ng c0.224 nc g tL5 1.94 330.875g1sinh(1.94)cos(1.94)cosh(1.94)sin(1.94) C1( ) L 1sin(1.94)cos(1.94)cosh(1.94)sinh(1.94)1 1( )0.2800.77110.224B1.77e4.48hcC0.131(1C) L L L1.77e4.480.250.7710.131(10.771)0.445式中——最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力（MPa）；t——混凝土的線膨脹系數(shù)（1），通常可取為1110-6/C；cCT——最大溫度梯度，由《規(guī)范》表3.0.8，Ⅵ區(qū)最大溫度梯度取T=92 g g（℃/m）；按式（B.3.2)計(jì)算面層最大溫度應(yīng)力:EhTcccgBt,max 2 L11106310000.25920.4451.79MPa2溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)K,可按式(B.3.4)計(jì)算:tfK[a(t,max)btc]ttf t t,max 式中a、b和c——回歸系數(shù)，由于該公路建在Ⅵ區(qū)，查《規(guī)范》表B.3.42得，a=0.837,b=1.382,c=0.038；f——普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa），f=5.0MPa； ——最大溫度梯度時(shí)混泥土板的溫度翹曲應(yīng)力（MPa）；t,max f 5 1.79K[a(t,max)btc][0.837()1.3820.038]0.459ttft1.795 t,max 計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力,按式（B.3.1)得：K0.4591.790.82Mpatr ttm式中——在臨界荷載位置處的溫度疲勞應(yīng)力（MPa）；trK——考慮溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)，按B.3.4條確定；t7、結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)校核水泥混泥土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以行車荷載和溫度梯度綜合作用產(chǎn)生的疲勞斷裂作為設(shè)計(jì)的極限狀態(tài)，即：()fpt()f pm tm 式中——可靠度系數(shù)，查《規(guī)范》表3．0．1，二級(jí)公路的安全等級(jí)為二級(jí)，目85％，目標(biāo)可靠指標(biāo)為1.04，變異系數(shù)取中等，查《規(guī)范》表3-1，確定可靠度系數(shù)=1.10；——面板在臨界荷位處產(chǎn)生的行車荷載疲勞應(yīng)力（MPa）；p——面層板在臨界荷位處產(chǎn)生的溫度梯度疲勞應(yīng)力（MPa）；t——最重的軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的溫度梯度疲勞應(yīng)力（MPa)；t——所在地區(qū)最大溫度梯度在臨界荷位處產(chǎn)生的最大溫度翹曲應(yīng)力t（MPa）；f——普通混凝土面層的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（MPa），f=5MPa； 即：()1.10(3.6110.82)4.87(Mpa)<f(5.0MPa)r pr tr r()1.10(1.601.79)3.73(Mpa)<f(5.0MPa)rp,maxt,max r滿足要求。因而，所擬的路面結(jié)構(gòu)層，可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用，以及最重軸載在最大溫度梯度時(shí)的一次作用。擬定的厚為0.25m的普通混凝土面層，0.2m的水泥穩(wěn)定碎石基層，0.20m的級(jí)配碎石組成的路面結(jié)構(gòu)滿足要求。8水泥板接縫設(shè)計(jì)1）縱縫設(shè)計(jì)：縱向施工縫采用設(shè)拉桿平縫形式，上部鋸切槽口，深度為35mm,寬度為5mm，槽內(nèi)灌塞填縫料。因一次鋪筑寬度等于4.5m，故可不設(shè)置縱向縮縫?？v縫與路線中線平行，采用螺紋鋼筋，設(shè)在板厚中央，并對(duì)拉桿中部100mm范圍內(nèi)進(jìn)行防銹處理。因面層厚度為25mm，兩縱縫間距為4.5m，所以拉桿尺寸為14700600(直徑長(zhǎng)度間距表.5.2.3)?？v縫構(gòu)造和傳力桿布置如圖8-1和圖8-2所示。拉桿直徑、長(zhǎng)度、間距（mm）面層厚度（面層厚度（mm）到自由邊或未設(shè)拉桿縱縫距離（m）4.5025014700600701070103030拉桿填縫料防銹涂料.215.21圖8-1縱向施工縫構(gòu)造（單位:cm，鋼筋直徑為mm。）××60圖8-2拉桿布置（單位：cm）2)橫縫設(shè)計(jì)：每日施工