剛性路面設(shè)計(jì)算例

1、剛性路面設(shè)計(jì),2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),2,設(shè)計(jì)題目,廣東地區(qū)擬修建一條一級(jí)公路，路基土質(zhì)為含砂低液限粘土，地下水位高度約1.2m，屬潮濕狀態(tài)，設(shè)計(jì)車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為5000。試選擇路面結(jié)構(gòu)，確定混凝土面層所需厚度。,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),3,設(shè)計(jì)步驟,依據(jù)公路技術(shù)等級(jí)，確定路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期、目標(biāo)可靠度和變異水平等級(jí)調(diào)查、采集和分析交通資料依據(jù)施工技術(shù)、管理和質(zhì)量控制的預(yù)

2、期水平，選定路面材料性能和結(jié)構(gòu)尺寸的變異水平等級(jí)，依據(jù)所要求的目標(biāo)可靠度，確定可靠度系數(shù)初擬路面結(jié)構(gòu)面層混合料設(shè)計(jì)基層和墊層組成材料設(shè)計(jì)確定基層頂面當(dāng)量回彈模量計(jì)算荷載、溫度疲勞應(yīng)力檢驗(yàn)疲勞應(yīng)力之和是否滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),4,設(shè)計(jì)題目,廣東地區(qū)擬修建一條一級(jí)公路，路基土質(zhì)為含砂低液限粘土，地下水位高度約1.2m，屬潮濕狀態(tài)，設(shè)計(jì)車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為5000。試選擇路面結(jié)構(gòu)，確

3、定混凝土面層所需厚度。,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),5,公路技術(shù)等級(jí),設(shè)計(jì)路段為一級(jí)公路,,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),6,設(shè)計(jì)題目,廣東地區(qū)擬修建一條一級(jí)公路，路基土質(zhì)為含砂低液限粘土，地下水位高度約1.2m，屬潮濕狀態(tài)，設(shè)計(jì)車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為5000。試選擇路面結(jié)構(gòu)，確定混凝土面層所需厚度。,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),7,交通荷載分析,設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)累計(jì)軸載作用次數(shù) ⻓

4、3; 𝑒 = 𝑁 𝑠 × 1+ 𝑔 𝑟 𝑡 ?1 ×365 𝑔 𝑟 𝜂= 5000× 1+0.05 30 ?1 ×365 0.05 ×0.22=2668× 10 4 次,,,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),8

5、,初擬路面結(jié)構(gòu)——面層,根據(jù)交通等級(jí)、公路等級(jí)以及變異水平等級(jí)，可初步確定面層厚度,,,,面層厚度取250mm,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),9,初擬路面結(jié)構(gòu)——基層,根據(jù)交通等級(jí)，初步確定基層類型和厚度,基層選用碾壓混凝土，厚度200mm,,,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),10,設(shè)計(jì)題目,廣東地區(qū)擬修建一條一級(jí)公路，路基土質(zhì)為含砂低液限粘土，地下水位高度約1.2m，屬潮濕狀態(tài)，設(shè)計(jì)車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為5

6、000。試選擇路面結(jié)構(gòu)，確定混凝土面層所需厚度。,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),11,初擬路面結(jié)構(gòu)——墊層,由于路基土處于潮濕狀態(tài)，因此需要鋪設(shè)天然沙礫墊層。取墊層厚度為150mm。墊層頂部采用防水土工布與基層隔離開。,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),12,初擬路面結(jié)構(gòu)——接縫,特重和重交通公路、收費(fèi)廣場(chǎng)及鄰近脹縫或自由端部的3條縮縫，應(yīng)采用設(shè)傳力桿假縫形式。本路面設(shè)計(jì)為普通混凝土板，寬4.5m，長(zhǎng)5.0m?？v縫

7、為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),13,路面材料參數(shù)確定,,,路面所用水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為5MPa，彎拉彈性模量為31GPa。,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),14,路面材料參數(shù)確定,天然砂礫墊層回彈模量取160MPa碾壓混凝土基層按水泥穩(wěn)定粒料回彈模量計(jì)算，取1500MPa,,,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),15,設(shè)計(jì)題目,廣東地區(qū)擬修建一條一級(jí)公路，路基土質(zhì)為含砂

8、低液限粘土，地下水位高度約1.2m，屬潮濕狀態(tài)，設(shè)計(jì)車道使用初期標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為5000。試選擇路面結(jié)構(gòu)，確定混凝土面層所需厚度。廣東地區(qū)屬公路自然區(qū)劃中Ⅳ東南濕熱區(qū),2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),16,路面材料參數(shù)確定,中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗(yàn)參考值范圍/MPa,注，本設(shè)計(jì)中，路床應(yīng)處于潮濕狀態(tài)，但是由于并未查找到潮濕路床頂面回彈模量參考值，因此以中濕路床回彈模量參考值替代,,考慮到路床實(shí)際濕度為潮濕，因此取回彈

9、模量下限值，即25MPa,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),17,基層頂面當(dāng)量回彈模量,基層和墊層當(dāng)量回彈模量 𝐸 𝑥 = ? 1 2 𝐸 1 + ? 2 2 𝐸 2 ? 1 2 + ? 2 2 = 150 2 ×160+ 200 2 ×1500 150 2 + 200 2 =1017.6𝑀

10、;𝑃𝑎基層和墊層當(dāng)量彎曲剛度 𝐷 𝑥 = 𝐸 1 ? 1 3 12 + 𝐸 2 ? 2 3 12 + ? 1 + ? 2 2 4 1 𝐸 1 ? 1 + 1 𝐸 2 ? 2 ?1 = 1500× 0.2 3 12 + 160×

11、; 0.15 3 12 + 0.2+0.15 2 4 1 1500×0.2 + 1 160×0.15 ?1 =1.73𝑀𝑁?𝑚,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),18,基層頂面當(dāng)量回彈模量,基層和墊層的當(dāng)量厚度 ? 𝑥 = 12 𝐷 𝑥 𝐸 𝑥 1

12、 3 = 3 12×1.73 1017.6 =0.273𝑚𝑎=6.22 1?1.51 𝐸 𝑥 𝐸 0 ?0.45 =6.22× 1?1.51× 1017.6 25 ?0.45 =4.448𝑏=1?1.44 𝐸 𝑥 𝐸

13、0 ?0.55 =1?1.44× 1017.6 25 ?0.55 =0.812,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),19,基層頂面當(dāng)量回彈模量,基層頂面當(dāng)量回彈模量 𝐸 𝑡 =𝑎 ? 𝑥 𝑏 𝐸 0 3 𝐸 𝑥 𝐸 0 =4.448×

14、0.273 0.812 ×25× 3 1017.6 25 =133.3𝑀𝑃𝑎普通混凝土面層相對(duì)剛度半徑𝑟=0.537? 3 𝐸 𝑐 𝐸 𝑡 =0.537×0.25× 3 31000 133.3 =0.826𝑚,2024/3/31,剛

15、性路面分析與設(shè)計(jì),20,荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算,標(biāo)準(zhǔn)軸載在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力： 𝜎 ps =0.077 𝑟 0.60 ? ?2 =0.077 ×0.826 0.60 × 0.25 ?2 =1.098𝑀𝑃𝑎標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力： 𝜎 𝑝𝑟 = ⻕

16、6; 𝑟 𝑘 𝑓 𝑘 𝑐 𝜎 𝑝𝑠 =0.87×2.65×1.25×1.098=3.16MPa 𝑘 𝑓 = 𝑁 𝑒 0.057 = 26.68× 10 6 0.057 =2.65,,20

17、24/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),21,溫度疲勞應(yīng)力計(jì)算,最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力 𝜎 𝑡𝑚 = 𝛼 𝑐 𝐸 𝑐 ? 𝑇 𝑔 2 𝐵 𝑥 = 1× 10 ?5 ×31000×0.25×92 2 

18、15;0.59=2.10𝑀𝑃𝑎l/r=5/0.826=6.05,,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),22,溫度疲勞應(yīng)力計(jì)算,溫度疲勞應(yīng)力系數(shù) 𝑘 𝑡 = 𝑓 𝑟 𝜎 𝑡𝑚 𝑎 𝜎 𝑡𝑚

19、𝑓 𝑟 𝑐 ?𝑏 = 5.0 2.10 0.841× 2.10 5.0 1.323 ?0.058 =0.497溫度疲勞應(yīng)力 𝜎 𝑡𝑟 = 𝑘 𝑟 𝜎 𝑡𝑚 =0.497×2.10=1.04𝑀

20、𝑃𝑎,,2024/3/31,剛性路面分析與設(shè)計(jì),23,疲勞應(yīng)力檢驗(yàn),𝛾 𝑟 𝜎 𝑝𝑟 + 𝜎 𝑡𝑟 =1.16× 3.16+1.04 =4.872𝑀𝑃𝑎≤ 𝑓 𝑟 =5.0Ү