剛性路面設計算例

1、剛性路面設計,2024/3/31,剛性路面分析與設計,2,設計題目,廣東地區(qū)擬修建一條一級公路，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)，設計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù)為5000。試選擇路面結構，確定混凝土面層所需厚度。,2024/3/31,剛性路面分析與設計,3,設計步驟,依據(jù)公路技術等級，確定路面結構設計安全等級、設計基準期、目標可靠度和變異水平等級調(diào)查、采集和分析交通資料依據(jù)施工技術、管理和質(zhì)量控制的預

2、期水平，選定路面材料性能和結構尺寸的變異水平等級，依據(jù)所要求的目標可靠度，確定可靠度系數(shù)初擬路面結構面層混合料設計基層和墊層組成材料設計確定基層頂面當量回彈模量計算荷載、溫度疲勞應力檢驗疲勞應力之和是否滿足設計標準要求,2024/3/31,剛性路面分析與設計,4,設計題目,廣東地區(qū)擬修建一條一級公路，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)，設計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù)為5000。試選擇路面結構，確

3、定混凝土面層所需厚度。,2024/3/31,剛性路面分析與設計,5,公路技術等級,設計路段為一級公路,,2024/3/31,剛性路面分析與設計,6,設計題目,廣東地區(qū)擬修建一條一級公路，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)，設計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù)為5000。試選擇路面結構，確定混凝土面層所需厚度。,2024/3/31,剛性路面分析與設計,7,交通荷載分析,設計基準期內(nèi)累計軸載作用次數(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,剛性路面分析與設計,8

5、,初擬路面結構——面層,根據(jù)交通等級、公路等級以及變異水平等級，可初步確定面層厚度,,,,面層厚度取250mm,2024/3/31,剛性路面分析與設計,9,初擬路面結構——基層,根據(jù)交通等級，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,剛性路面分析與設計,10,設計題目,廣東地區(qū)擬修建一條一級公路，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)，設計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù)為5

6、000。試選擇路面結構，確定混凝土面層所需厚度。,2024/3/31,剛性路面分析與設計,11,初擬路面結構——墊層,由于路基土處于潮濕狀態(tài)，因此需要鋪設天然沙礫墊層。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,剛性路面分析與設計,12,初擬路面結構——接縫,特重和重交通公路、收費廣場及鄰近脹縫或自由端部的3條縮縫，應采用設傳力桿假縫形式。本路面設計為普通混凝土板，寬4.5m，長5.0m。縱縫

7、為設拉桿平縫，橫縫為設傳力桿的假縫。,2024/3/31,剛性路面分析與設計,13,路面材料參數(shù)確定,,,路面所用水泥混凝土彎拉強度標準值為5MPa，彎拉彈性模量為31GPa。,2024/3/31,剛性路面分析與設計,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)定粒料回彈模量計算，取1500MPa,,,2024/3/31,剛性路面分析與設計,15,設計題目,廣東地區(qū)擬修建一條一級公路，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)，設計車道使用初期標準軸載日作用次數(shù)為5000。試選擇路面結構，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,剛性路面分析與設計,16,路面材料參數(shù)確定,中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗參考值范圍/MPa,注，本設計中，路床應處于潮濕狀態(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,剛性路面分析與設計,17,基層頂面當量回彈模量,基層和墊層當量回彈模量 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,剛性路面分析與設計,18,基層頂面當量回彈模量,基層和墊層的當量厚度 ? 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,剛性路面分析與設計,19,基層頂面當量回彈模量,基層頂面當量回彈模量 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、性路面分析與設計,20,荷載疲勞應力計算,標準軸載在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應力： 𝜎 ps =0.077 𝑟 0.60 ? ?2 =0.077 ×0.826 0.60 × 0.25 ?2 =1.098𝑀𝑃𝑎標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應力： 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,剛性路面分析與設計,21,溫度疲勞應力計算,最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力 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,剛性路面分析與設計,22,溫度疲勞應力計算,溫度疲勞應力系數(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,剛性路面分析與設計,23,疲勞應力檢驗,𝛾 𝑟 𝜎 𝑝𝑟 + 𝜎 𝑡𝑟 =1.16× 3.16+1.04 =4.872𝑀𝑃𝑎≤ 𝑓 𝑟 =5.0Ү