《路基路面工程》课程设计
?ps2?0.077rg0.6Ec2?0.5h02?hxku? (2-16)
6DgEc2?0.5h02?hxku?
6Dg2700?00.?50.160.60.9?0.3P9a5?M?
6?65.925则有，?ps2?0.077rg0.6 ?0.07?7由《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)，标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式计算：
Ps?krkfkc?ps (2-17)
其中：
普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数
kr=0.87；水泥稳定砂基层不设纵缝，不考虑接缝传荷能力的应力折减系数kr。
设计基准期内的荷载疲劳应力系数kf。
kf?Nev (2-18) 式中：
kf—设计基准期内的荷载疲劳应力系数； Ne—设计基准期内标准轴载累计作用次数；
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，v=0.057，普通混凝土水泥稳定砂和贫混凝土，v=0.065；
对普通混凝土面层，kf?Nev?653767430.057?2.789 。 对于水泥稳定砂基层，kf?Nev?653767430.065?3.221 。
考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数kc，按公路等级查 表2.14可得。
表2.14 综合系数kc
公路等级 高速公路 1.30 一级公路 1.25 二级公路 1.20 三、四级公路 1.10 kc 第 26 页 共 37 页
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由于本公路为高速公路，取kc=1.30 。 普通混凝土面层的荷载疲劳应力计算为，
?pr1?krkfkc?ps?0.87?2.789?1.30?0.793?2.501?MPa?
水泥稳定砂基层的荷载疲劳应力计算为，
?pr2?krkfkc?ps?3.221?1.30?0.395?1.654?MPa?
2.3.5. 温度疲劳应力
水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值Tg ，可按照公路所在地的公路自然区划按表2.15选用。
表2.15 最大温度梯度标准值Tg
公路自然区划 最大温度梯度(℃/m) Ⅱ、Ⅴ 88～83 Ⅲ 90～95 Ⅳ、Ⅵ 86～92 Ⅶ 93～98 本公路位于II2a辽河平原冻融交替副区，最大温度梯度取88℃/m。 普通混凝土面层板长4m，l/rg?4/0.9?4.44。混凝土面层厚度0.28m。 查《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)附图，可得： Bx=0.41 ，Cx=0.85 。
分离式双层混凝土板上层的最大温度翘曲应力按下式计算：
?tm1??cEc1h01Tg2Bx1 (2-19)
Bx1??1Bx (2-20)
?1?C?hEh?0.32?0.81ln?01c1?2.501?h02??h02Ec2x (2-21)
将数据代入上式，可解得：
?1?C?hEh?0.32?0.81ln?01c1?2.501?h02??h02Ec2x?0.850.28??0.28?310000.32?0.81?ln??2.5??0.16?270000.16???1.08
Bx1??1Bx?1.08?0.41?0.44
?tm1?
?cEc1h01Tg21?10?5?31000?0.28?88Bx1??0.44?1.68?MPa?
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温度疲劳应力系数kt可按下式计算确定：
c?fr???tm??a?kt???b? (2-22) ?tm??fr????式中：
a、b和c—回归系数，按所在地区的公路自然区划查表2.16确定。
表2.16 回归系数a、b和c
公路自然区划 系 数 II a b c 0.828 0.041 1.323 III 0.855 0.041 1.355 Ⅳ 0.841 0.058 1.323 V 0.871 0.071 1.287 Ⅵ 0.837 0.038 1.382 V11 0.834 0.052 1.270 本公路位于II2a辽河平原冻融交替副区，取a=0.841，b=0.058，c=1.323 。
c1.323?5.0??fr???tm??1.68??a?kt??0.841????b????0.058??0.419 ?tm??fr?1.68??5.0???????在临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算确定：
?tr?kt?tm (2-23) 则有，?tr?kt?tm?0.419?1.68?0.7?MPa?
分离式复合式路面中水泥稳定砂基层的温度翘曲应力可忽略不计。 由表2.4可得高速公路的安全等级为一级，目标可靠度为95％，相应的变异水平等级为低。再由表2.17可得可靠度系数rr。
表2.17 可靠度系数rr
目标可靠度（％） 变异水平等级 95 低 中 高 1.20～1.33 1.33～1.50 — 90 1.09～1.16 1.16～1.23 1.23～1.33 85 1.04～1.08 1.08～1.13 1.13～1.18 80 — 1.04～1.07 1.07～1.11 确定可靠度系数rr=1.33 。
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水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其表达式采用下式计算：
rr??pr??tr??fr (2-24) 普通混凝土面层为，
rr???pr??tr??1.33??2.501?0.7??4.26MPa?5.0MPa 水泥稳定砂基层为，
rr???pr??tr??1.33??1.654?0??2.20MPa?4.0MPa
因而，拟定的由厚度0.28m的普通混凝土上面层和厚度0.16m的水泥稳定砂基层组成的分离式复合式路面，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。
2.4 接缝设计
混凝土路面板由于温度或湿度变化、硬化时的收缩等原因，会出现胀缩合翘曲。设置接缝，可减小混凝土板因变形受到约束而产生的内应力，并满足施工的需要。
2.4.1 纵向接缝
纵缝设在划分车道线的位置，由于一次铺筑宽度小于路面宽度，设置纵向施工缝。纵缝与路线中缝平行。纵向施工缝采用平缝加拉杆形式，上部锯切槽口，深度为30mm，宽度为5mm，槽内灌塞填缝料，构造如图2.3所示。
图2.3 纵向施工缝构造图
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拉杆采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并对拉杆中部100mm范围内进行防锈处理。拉杆的直径、长度和间距，参照表2.18选用。施工布设时，拉杆间距按横向接缝的实际位置予以调整。
表2.18 拉杆直径、长度和间距（mm）
面层厚度 （mm） 3.00 到自由边或未设拉杆纵缝的距离（m） 3.50 3.75 4.50 6.00 7.5 200~250 14×700×900 14×700×800 14×700×700 14×700×600 14×700×500 14×700×400 260~300 16×800×900 16×800×800 16×800×700 16×800×600 16×800×500 16×800×400 由于设计混凝土面层厚度为280mm，一车道宽度即到自由边距离为3.75m。 选用直径Φ16螺纹钢筋，长度800mm，间距700mm。
2.4.2 横向接缝
横缝垂直于纵缝，有缩缝、胀缝和施工缝三种。由于设置胀缝不仅给施工带来不便，而且也容易出现碎裂、唧泥和错台等病害。因此本设计主要采用缩缝和施工缝两种接缝形式。
每日施工结束或因临时原因中断施工时，设置横向施工缝，其位置选在缩缝处。采用传力杆的平缝形式，其构造如图2.4所示。
图2.4 横向施工缝构造图
横向缩缝等间距布置，采用假缝形式。由于特重交通，采用设传力杆假缝形式。横向缩缝顶部锯切槽口，深度为面层厚度的1/4，宽度为5mm，槽内填塞填缝料。高速公路的横向缩缝槽口增设深20mm、宽6~10mm的浅槽口，其构造如图2.5所示。
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