路面结构设计计算书.doc

1、 1 公路路面结构设计计算示例一、刚性路面设计交通组成表车型 前轴重 后轴重 后轴数 后轴轮组数 后轴距（m） 交通量小客车 1800解放 CA10B 19.40 60.85 1 双 300黄河 JN150 49.00 101.60 1 双 540交通 SH361 60.00 2110.00 2 双 130.0 120太脱拉 138 51.40 280.00 2 双 132.0 150吉尔 130 25.75 59.50 1 双 240尼桑 CK10G 39.25 76.00 1 双 1801）轴载分析路面设计双轮组单轴载 100KN 以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。 轴

2、载换算： 1610niisPN式中 ： 100KN 的单轴双轮组标准轴载的作用次数；sN单轴单轮、单轴双轮组、双轴双轮组或三轴双轮组轴型 i 级轴载的总重 KN；iP各类轴型 i 级轴载的作用次数；轴型和轴载级位数；n轴轮型系数，单轴双轮组时， =1；单轴单轮时，按式 计算；ii43.012.ii P双轴双轮组时，按式 ；三轴双轮组时，按式 计算。2.0517.ii P084.ii轴载换算结果如表所示车型 i iiN16)(Pii解放 CA10B 后轴 60.85 1 300 0.106黄河 JN150 前轴 49.00 43.0392.540 2.484后轴 101.6 1 540 696.

3、134交通 SH361 前轴 60.00 43.036.120 12.923后轴 2 110.002.507120 118.031太脱拉 138 前轴 51.40 43.032.150 1.453 2 后轴 2 80.002.051607.1150 0.969吉尔 130 后轴 59.50 1 240 0.059尼桑 CK10G 后轴 76.00 1 1800 2.23061)(PNiini834.389注：轴载小于 40KN 的轴载作用不计。 计算累计当量轴次根据表设计规范，一级公路的设计基准期为 30 年，安全等级为二级，轮迹横向分布系数 是0.170.22 取 0.2， ，则08.rg其

4、交通362.90152.36508.1)(39.84651)( 0rtseN量在 中，故属重型交通。442102）初拟路面结构横断面由表 3.0.1，相应于安全等级二级的变异水平为低中。根据一级公路、重交通等级和低级变异水平等级，查表 4.4.6 初拟普通混凝土面层厚度为 24cm，基层采用水泥碎石，厚 20cm；底基层采用石灰土，厚20cm。普通混凝土板的平面尺寸为宽 3.75m，长 5.0m。横缝为设传力杆的假缝。3）确定基层顶面当量回弹模量 tcsE,查表的土基回弹模量 ，水泥碎石 ，石灰土aMP0.35aMP150aMPE502设计弯拉强度： ，cmf ac4.结构层如下：水 泥 混

5、凝 土 24水 泥 碎 石石 灰 土 0按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：ax MPhE10252.0.15221 212133 )(4)(hEDx13 )2.05.01(4.52.0 )(7.4mMNEhxx 80.1057.4)33165.4)35102(.6)(.2.6 .4.0 ax 3 786.0)3512(4.)(4.1.5.0 Ebxaxbt MPah 27.1)5(86. 37.0310式中： 基层顶面的当量回弹模量， aMP； t路床顶面的回弹模量，0E基层和底基层或垫层的当量回弹模量，x基层和底基层或垫层的回弹模量，21,基层和底基层或垫层的当量厚度，xh基层

6、和底基层或垫层的当量弯曲刚度，D基层和底基层或垫层的厚度，21,与 有关的回归系数ba0Ex普通混凝土面层的相对刚度半径按式（B.1.3-2）计算为：mhrtc 679.0)2.130(24.57.)(537.0 3131 4）计算荷载疲劳应力 p按式（B.1.3） ，标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：aps MPr .69.0. 2.26.0 因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数 。考虑设计基准期内荷应力累计疲劳作87.0rK用的疲劳应力系数 45.3.107.vefNK（v与混合料性质有关的指数，普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土，）计 算 。fdl017.53.根据

7、公路等级，由表 B.1.2 考虑偏载和动载等因素，对路面疲劳损失影响的综合系数 25.1cK按式（B.1.2） ，荷载疲劳应力计算为apscfrp MPK829.06.1254.85）温度疲劳应力由表 3.0.8，区最大温度梯度取 92(m)。板长 5m , ,36.79.05rl由图 B.2.2 可查普通混凝土板厚 。按式（B.2.2 ）,最大温度梯度时混凝土板的65.0,24.0xBcmh温度翘曲应力计算为：axgctm MPBhTEa 23.9.125温度疲劳应力系数 ，按式（B.2.3）计算为tK56.08.)0.572(84.720)( 3.1bffcrtmtrt再由式（B.2.1）

8、计算温度疲劳应力为attr MP16.3.58.0 4 查表 3.0.1 ，一级公路的安全等级为二级，相应于二级安全等级的变异水平为低级，目标可靠度为 90%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级，查表 3.0.3，确定可靠度系数 16.r按式（3.0.3）aratrpr MPf0563.4)1.829.(16.)( 所选普通混凝土面层厚度（0.24cm）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。二、柔性路面设计 交通组成表车型 前轴重 后轴重 后轴数 后轴轮组数 后轴距（m）交通量小客车 1800解放 CA10B 19.40 60.85 1 双 300黄河 JN150 49.00

9、101.60 1 双 540交通 SH361 60.00 2110.00 2 双 130.0 120太脱拉 138 51.40 280.00 2 双 132.0 150吉尔 130 25.75 59.50 1 双 240尼桑 CK10G 39.25 76.00 1 双 1801） 轴载分析路面设计以双轴组单轴载 100KN 作为标准轴载以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。a).轴载换算轴载换算采用如下的计算公式： 3.421PNCi式中： N 标准轴载当量轴次，次 /日被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日inP标准轴载，KN被换算车辆的各级轴载，KNipK被换算车辆的类型

10、数轴载系数， ，m 是轴数。当轴间距离大于 3m 时，按单独的一个轴载1c)1(2.1c计算；当轴间距离小于 3m 时，应考虑轴数系数。：轮组系数，单轮组为 6.4,双轮组为 1，四轮组为 0.38。2轴载换算结果如表所示车型 ip1c2cin35.421)(Ppci解放 CA10B 后轴 60.85 1 1 300 34.566黄河 JN150 前轴 49.00 1 6.4 540 155.212后轴 101.60 1 1 540 578.604交通 SH361 前轴 60.00 1 6.4 120 83.238后轴 110.00 2.2 1 120 399.634太脱拉 138 前轴 51

11、.40 1 6.4 150 53.084后轴 80.00 2.2 1 150 125.013吉尔 130 前轴 25.75 1 6.4 240 4.200后轴 59.50 1 1 240 25.082尼桑 CK10G 前轴 39.25 1 6.4 180 19.709 5 后轴 76.00 1 1 180 54.5523.421PNCi1532.894注：轴载小于 25KN 的轴载作用不计。b).累计当量轴数计算根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限为 15 年，四车道的车道系数 是 0.40.5 取0.45， =8%，累计当量轴次：1365)1(Nte 次）（ 582.63008.45.0

12、9.2.015 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次a).轴载换算验算半刚性基底层底拉应力公式为 812 )(kiiPpncN式中： 为轴数系数，1c)(21 mc为轮组系数，单轮组为 1.85，双轮组为 1，四轮组为 0.09。2计算结果如表所示：车型 ipc2in821)(Ppci解放 CA10B 后轴 60.85 1 1 300 5.640黄河 JN150 后轴 101.60 1 1 540 613.117交通 SH361 前轴 60.00 1 1.85 120 3.729后轴 2110.00 3 1 120 771.692太脱拉 138 前轴 51.40 1 1.85 150 1.3

13、60后轴 280.00 3 1 150 75.498吉尔 130 后轴 59.50 1 1 240 3.770尼桑 CK10G 后轴 76.00 1 1 180 20.035821)(PpncNiki1494.839注：轴载小于 50KN 的轴载作用不计。1365)1(Nte 次658408.039.4.01 2） 结构组合与材料选取由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为 700 万次左右，根据规范推荐结构，路面结构层采用沥青混凝土（15cm） 、基层采用水泥碎石（厚度待定） 、底基层采用石灰土碎石（30cm） 。规范规定高速公路一级公路的面层由二至三层组成，查规范，采用三层

14、沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（厚 4cm） ，中间层采用中粒式密级配沥青混凝土（厚 5cm） ，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（厚 6cm） 。 6 3）各层材料的抗压模量与劈裂强度查有关资料的表格得各层材料抗压模量（20）与劈裂强度材料名称 H（cm） 20抗压模量 劈裂强度细粒式沥青混凝土 4 1400 1.4中粒式沥青混凝土 5 1200 1.0粗粒式沥青混凝土 6 1000 0.8水泥碎石 ? 1500 0.5石灰土碎石 30 900 0.35土基 35 石 灰 土 碎 石水 泥 碎 石粗 粒中 粒？ 细 粒土 基ABCDE4）土基回弹模量的确定该路段处于1 区，为粘质

15、土，稠度为 1.05，查相关表的土基回弹模量为 35.0MPa。5）设计指标的确定对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力的验算。a)设计弯沉值（一级公路）该公路为一级公路，路面等级系数 ，面层是沥青混凝土路面 取1.0，半刚性基层，底基层总0.1cAsA厚度大于 20cm，基层类型系数 。.b设计弯沉值为：scdAL60)01.(725.10.582.3.0 mb）各层材料的容许层底拉应力 spRK 细粒式密级配沥青混凝土ceaSAN2.09.87.2.15.683. .0aSPRMPK4.7.2中粒式密级配沥青混凝土 7 ceaSANK2.09.87.2.15

16、.683. .0aSPRMP47.20粗粒式密级配沥青混凝土ceaSANK.09.16.3.1582.63. .0aSPRMP.80水泥碎石98.152.630.35. .1.0 ceSANKaRPP2.98.石灰土碎石54.28.63045.01.1. ceSAaRPMP7.236）设计资料总结设计弯沉值为 25.77（0.01mm）相关资料汇总如下表：设计资料汇总表材料名称 H(cm) 20抗压模量容许拉应力（ ）aMP细粒式沥青混凝土 4 1400 0.4878中粒式沥青混凝土 5 1200 0.3484粗粒式沥青混凝土 6 1000 0.2532水泥碎石 30 1500 0.2525石

17、灰土碎石 30 900 0.1378土基 35 7）确定水泥随石层厚度（换算成三层体系）sceaANL2.01cm047.3.01.58.632.0 0PEFR 8 638.05.170234.18.27.FPELdcmh41aM04.232EHKnkaPE1查表得 86.04265.1h 3.6a查表得 9.235.12E 42.1K428.0.1672aKL查表得： H cm3.6.5.根据 134.22nkKEh4.254.2. 1070650. h 取ch184 c38） 弯拉应力的验算A 点 细粒式密级配沥青混凝土底 cm1129.01nkikEH9.09.0. 12325365cm

18、78.104h 857.41E029.0E查图 14-18 得 为压应力，不需验算。B 点 中粒式密级配沥青混凝土底cmEhikik 12.90524414 9 cmH759.103105369.9. 86.72.h 83.022E035.120E查图 14-18 得 为压应力，不需验算。C 点 粗粒式密级配沥青混凝土底cEikik 54.160514414 cmH7.093.5.6.1584.h 5.1012E023.15320E查图 14-18 得 为压应力，不需验算D 点 水泥碎石层底 cmEikik 89.435065044414 cmH30139.6.89.h .192E查图 14-

19、18 得 0.45.4 6.0512 039.52E查图得 61m87.2.03H.9012E.9320查图得 5.78.56.21 RaMPp E 点 底层弯拉应力cmhikik 0819.4310621044414 39.65.089. 6.512E039.520EcmH3查图 14-19 得： 7.30.n.2178.78215 RaMPnp 9）确定剪应力和抗剪强度1路面结构等效换算ch414.25.2.23EhEH 10 cm0951.712301253012654.4.4. 计算剪应力和正应力由 76.h 8.1E02913520E 526.09.7H查图 14-27 得 ，4.m

20、34.,8.21查图 14-28 得 5,1因而得 f=0.3 时am MPp 9.01.6.07.2)3.0( 8741.1缓慢制动时：ampf 20.7)3.2(.9)3.(.)3.0()2.0( 068046.1.1 已知沥青混凝土面层 ，则7,2.aMPcam P1.ososaM45.)3sin(.)in(1 tgtgc5.040.紧急制动时am 7.)3.5(.290)5.(P8668.1 a1.07sin14.aMP.3co7.tgtg2.3202确定容许剪应力停车站在设计年限内的停车标准轴数现按双车道累计轴数的 15%计，即，则缓慢制动时次597.84)0.1(4.683915.15TN0.3130.320 5.11502. TcT NAK）（aTMP.3.)2.0(紧急制动时：.1)5.0(cAaTPK23.0.8)2.0(3验算剪切应力对于缓慢制动时： aRaMP18.016.对于紧急制动时： 238