水泥混凝土路面厚度计算-1.ppt

7 结构极限状态校核 三、设计示例 公路自然区划Ⅲ区新建一条高速公路，单向三车道，行车道宽11.75m。路基土为黄土（低液限粉土），路床顶距地下水位2.0m，当地粗集料主要为花岗岩。拟采用碾压混凝土做基层。应交通调查分析得知，设计轴载Ps=100KN，最重轴载Pm=250KN，设计车道使用初期设计轴载日作用次数为42000，交通量年平均增长率为7%。试设计该路面厚度。 1 交通分析 高速公路的设计基准期查表为30年，安全等级为一级。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数查表取0.22。设计基准期内设计车道标准轴载累计作用次数按公式计算： 属特重交通荷载等级 2 初拟路面结构 相应于高速公路的变异水平等级宜为低级。根据交通荷载等级和变异水平等级查表初拟普通混凝土面层厚度为0.30m，碾压混凝土基层0.18m，面层与基层之间设置40mm厚的沥青混凝土夹层，底基层选用级配碎石，厚0.20m。水泥混凝土面层板的平面尺寸：长为5.0m，宽从中央分隔带至路肩依次为4m、4m、3.75m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。碾压混凝土设纵缝一条，横缝间距5m。硬路肩宽3.5m，采用与行车道等厚混凝土并设拉杆与行车道板相连。 3 路面材料参数确定 查表取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量和泊松比取31GPa、0.15；碾压混凝土弯拉强度标准值为4.0MPa，相应弯拉弹性模量和泊松比取27GPa、0.15。花岗岩为粗集料的混凝土热膨胀系数 查表取低液限粉土的回弹模量为95MPa，湿度调整系数为0.85，计算得路床顶综合回弹模量为95×0.85=80MPa。 级配碎石回弹模量查表取250MPa，按公式计算板底地基综合当量回弹模量： 混凝土面层板弯曲刚度、半刚性基层板的弯曲刚度及路面结构总相对刚度半径： 板底地基综合当量回弹模量： 4 荷载应力 按公式计算标准轴载和最重荷载在临界荷位处产生的荷载应力： 按公式计算面层荷载疲劳应力： 按公式计算面层最大荷载应力： 按公式计算基层荷载疲劳应力： 5 温度应力 查表取最大温度梯度为90℃/m,面层与基层之间设沥青混凝土夹层的竖向接触刚度kn取3000MPa/m，按公式计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL： 按公式计算面层最大温度应力： 按公式计算温度疲劳应力系数： 按公式计算温度疲劳应力： 6 结构极限状态校核 查表得可靠度系数为1.3。按公式校核路面结构极限状态是否满足要求： 所拟路面结构满足车辆荷载和温度梯度的综合疲劳作用，最重轴载在最大温度梯度时的一次作用产生结构应力与混凝土弯曲强度相当。取混凝土面层设计厚度为0.31m，碾压混凝土基层设计厚度为0.18m，沥青混凝土夹层设计厚度为0.04m。 水泥混凝土路面厚度计算 贫混凝土或碾压混凝土基层应以设计基准期内行车荷载不产生疲劳断裂作为设计标准。其极限状态设计表达式为： 设计标准：水泥混凝土路面结构设计应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂； 验算标准：面层板在设计基准期内，在最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂。 其极限状态设计表达式分别为： 一、水泥混凝土路面设计标准及验算标准 二、水泥混凝土板厚度计算流程 交通分析，确定交通荷载等级 路面结构的组合设计，初拟路面结构 按照初拟路面结构组合形式，选择相应力学分析模型；根据选定的力学模型计算混凝土面层板的最大荷载应力、荷载疲劳应力、最大温度应力及温度疲劳应力。 面层板极限状态检验 贫混凝土或碾压混凝土为基层、下面层板时，计算其荷载疲劳应力，检算其极限状态。 面层或基层的极限状态不满足要求时，改选混凝土面层板厚度或(和)整调基层类型或(和)厚度，重新计算。 计算厚度加6mm磨损厚度后，按10mm向上取整，作为混凝土面层的设计厚度。 水泥路面的设计轴载及轴载换算 1 交通分析——交通荷载分级 按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，以轴重100kN的单轴-双轮组荷载作为设计轴载。对极重交通荷载等级的水泥混凝土路面，宜选用货车中占主要份额特重车型的轴载作为设计轴载。各级轴载作用次数按按等效疲劳损坏原则换算为设计轴载的作用次数。 设计轴载累计作用次数 交通调查与分析 初期年平均日货车交通量（双向） 方向分配系数，一般0.5-0.6 车道分配系数 设计车道的年平均日货车交通量（ADTT） 货车交通量的年平均增长率gr 轴载调查与分析 各类车辆的轴型调查和轴重测定 轴载当量换算系数法 车辆当量轴载系数法 车道使用初期的设计轴载日作用次数Ns 车辆轮迹横向分布系数 η 设计轴载累计作用次数 Ne 不同