水泥混凝土路面设计第一组(2)

2019-03-28 21:17

垫层采用级配碎砾石,回弹模量取:E3?230Mpa(200-250) (4)基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量:

据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度,参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002),按式(B.1.5)计算基层顶面当量回弹模量如下:

Ex?h1E1?h2E2?h3E3h1?h2?h3222222?1400?0.12?1400?0.20?230?0.20.12?0.20?0.20222222?904.237(MPa)

Dx?E1h1123?E2h21233?E3h3123?3(h1?h2?h3)4?230?0.212?132(1E1h1?1E2h2?1E3h3?1)

??1400?0.12124?1400?0.20122(0.12?0.20?0.2)(11400?0.121400?0.20?1230?0.2)?1

?3.45(MN?m)hx?312Dx/Ex?312?3.45/904.237?0.358(m)

?0.45?0.45?????Ex??904.237????6.22??1?1.51??a?6.22?1?1.51????4.192 ?E?30???????0??????Ex??b?1?1.44??E??0??0.55?904.237??1?1.44???30??0.779?0.55?0.779

1/3?Ex?b?Et?ahxE0??E??0?1/3?4.192?0.358?904.237??30???30???175.821(MPa)

普通混凝土面层的相对刚度半径按(B.1.3-2)计算为:

r?0.537h3Ec/Et?0.537?0.25?331000/175.821?0.753(m)

3、荷载疲劳应力计算:

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

?ps?0.077r0.6h?2?0.077?0.7530.6?0.25?2?1.039(MPa)

因纵缝为设拉杆平缝,对于多孔隙开级配水泥稳定碎石排水基层,有一定刚性,所以接缝传荷能力的应力折减系数可取kr?0.88。考虑设计基准期内荷载应

力累计疲劳作用的疲劳应力系数kf?Ne??3.903?106??0.057?2.375。根据公路等

级,由表B.1.2,考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数

kc?1.25。

按式(B.1.2),荷载疲劳应力计算为

?pr?krkfkc?ps?0.88?2.375?1.25?1.039?2.714(MPa)

4、温度疲劳应力分析:

查表3.0 .8,因为该路段位于我国自然区划V4区,所以在83-88之间取低值87,可选取最大温度梯度Tg=87(℃/m)。

取板长l?5m,l/r?5/0.753?6.640

由图B.2.2可查普通混凝土板厚h?0.25m,Bx?0.61。按式(B.2.2),最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为:

?tm??cEchTg2Bx??51?10?5?31000?0.25?872?c混凝土线?0.61?2.056(MPa),

膨胀系数,取1?10?C。

温度疲劳应力系数kt按式(B.2.3)计算为

kt?fr???tm?a??f???rc??5.0??b???2.056???1.287???2.056??0.071??0.502, ??0.871??5.0???????tm其中a,b,c为回归系数:本项目在云南,为V4区,分别取a=0.871,b=0.071,c=1.287。

再由式(B2.1)计算温度疲劳应力为

?tr?kt?tm?0.502?2.056?1.032(MPa)

由表3.0.1,一级公路的安全等级为二级,相应于一级安全等级的变异水平等级为低级,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?r?1.09?1.16,取为1.12

按式(3.0.3)

?r(?

pr??tr)?1.12?(2.714?1.032)?4.20MPa?fr?5.0MPa

综上所述,所选的普通混凝土面层厚度h?0.25m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。 方案三:参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002) 1、初拟路面结构:

初拟普通混凝土面层,厚度为h?0.25m;

考虑到,该路段为干湿交替地区,因此设置多孔隙沥青稳定稳定碎石基层(沥青标号选用AH-50,沥青用量为3%),厚度h1?0.09m(0.08-0.10);从而在排水基层下设置水泥稳定碎石组成的底基层,厚度h2?0.20m(据规范:一般取0.2m);垫层采用级配碎砾石,厚度h3?0.2m。普通混凝土板的平面尺寸宽3.75m,长5m。纵缝为设拉杆平缝,横缝为设传力杆的假缝。 2、材料参数的确定:

(1)混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量: 本设计为普通混凝土路面为重型交通,查规范得:弯拉强度的标准值

fr?5.0Mpa,相应的弯拉弹性模量标准值为Ec?31Gpa。

(2)土基的回弹模量:

路基属于中湿状态,可选用路基土基的回弹模量值:E0?30.0MPa (3)基层和半刚性垫层的回弹模量:

基层选多孔隙沥青稳定稳定碎石,回弹模量取:E1?700Mpa(600-800) 底基层选用水泥稳定碎石,回弹模量取:E2?1400Mpa(1300-1700) 垫层采用级配碎砾石,回弹模量取:E3?230Mpa(200-250) (4)基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量:

据土基状态拟定基层、垫层结构类型和厚度,参照《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002),按式(B.1.5)计算基层顶面当量回弹模量如下:

Ex?h1E1?h2E2?h3E3h1?h2?h3222222?700?0.09?1400?0.20?230?0.20.09?0.20?0.2222222?804.43(MPa)

Dx?E1h1123?E2h21233?E3h3123?3(h1?h2?h3)4?1230?0.212?32(1E1h1?1E2h2?1E3h3?1)

?700?0.09124?1400?0.20122 ?(0.09?0.20?0.2)(11400?0.20700?0.09?1230?0.2)?1

?2.58(MN?m)hx?312Dx/Ex?312?2.58/804.43?0.338(m)

?0.45?0.45?????Ex??804.43????6.22??1?1.51??a?6.22?1?1.51????4.082 ?E??30??????0??????Ex??b?1?1.44??E??0??0.55?804.43??1?1.44???30??0.764?0.55?0.764

1/3?Ex?b?Et?ahxE0??E??0?1/3?4.082?0.338?804.43??30????30??160.03(MPa)

普通混凝土面层的相对刚度半径按(B.1.3-2)计算为:

r?0.537h3Ec/Et?0.537?0.25?331000/160.03?0.776(m)

3、荷载疲劳应力计算:

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

?ps?0.077r0.6h?2?0.077?0.7760.6?0.25?2?1.06(MPa)

因纵缝为设拉杆平缝,对于多孔隙沥青稳定稳定碎石基层,接缝传荷能力的应力折减系数可稍大,取kr?0.88。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数kf?Ne??3.903?106??0.057?2.375。根据公路等级,由表B.1.2,

考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数kc?1.25。

按式(B.1.2),荷载疲劳应力计算为

?pr?krkfkc?ps?0.88?2.375?1.25?1.06?2.77(MPa)

4、温度疲劳应力分析:

查表3.0 .8,因为该路段位于我国自然区划V4区,所以在83-88之间取低

值87,可选取最大温度梯度Tg=87(℃/m)。

取板长l?5m,l/r?5/0.776?6.44

由图B.2.2可查普通混凝土板厚h?0.25m,Bx?0.58。按式(B.2.2),最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为:

?tm??cEchTg2Bx?1?10?5?31000?0.25?872?0.58?1.96(MPa),?c混凝土线

膨胀系数。

温度疲劳应力系数kt按式(B.2.3)计算为

kt?fr???tm?a??f???r1.287???5.0??1.96???b???0.071??0.485, ??0.871???1.965.0?????????c?tm其中a,b,c为回归系数:本项目在云南,为V4区,分别取a=0.871,b=0.071,c=1.287。

再由式(B2.1)计算温度疲劳应力为

?tr?kt?tm?0.485?1.96?0.951(MPa)

由表3.0.1,一级公路的安全等级为二级,相应于一级安全等级的变异水平等级为低级,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?r?1.09?1.16,取为1.12

按式(3.0.3)

?r(?pr??tr)?1.12?(2.77?0.951)?4.17MPa?fr?5.0MPa

综上所述,所选的普通混凝土面层厚度h?0.25m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。

路基为干燥状态时:

方案一:参考《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002) 1、初拟路面结构:

初拟普通混凝土面层,厚度为h?0.25m;

基层采用水泥稳定粒料基层,厚h1?0.22m;设置级配碎砾石底基层,厚度为


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