湖 南 文 理 学 院 芙 蓉 学 院 毕 业 设 计
某中等城市主干道黄河路（K0+000-K2+000）施工图设计
由规范知：设计车道标准轴载累计作用次数1000?104?Ne?2000?104时，属重交通等级。所以该路属重交通等级。
3、初拟路面结构
由规范知，相应于安全等级三级的变异水平等级取中级。根据二级道路、特重交通等级和中级变异水平等级，初拟普通混凝土面层厚度为0.22m。基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚0.18m；垫层选用0.18m低剂量无机结合料稳定土。普通混凝土板的平面尺寸宽为4.5 m，长5.0m，纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。
4、路面材料参数确定
查规范知，取重交通等级的普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa，相应弯拉弹性模量取Ec=30GPa。
查规范知，路基回弹模量取E0?30MPa，水泥稳定粒料回弹模量1300MPa，无机结合料稳定土垫层回弹模量600 MPa。
新建公路的基层顶面当量回弹模量可按下式确定：
?ExbEt?ahxE0??E?022??? ?13Ex?h1E1?h2E2h1?h21322
?12Dxhx???E?x3??? ?32?h?h2?EhEhDx?11?22?112124??Exa?6.22?1?1.51??E??0??Exb?1?1.44??E?0?????0.55?11???EhEh22?11??? ??1?????0.45?? ??
式中：
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某中等城市主干道黄河路（K0+000-K2+000）施工图设计
Et—基层顶面的当量回弹模量（MPa）；
； E0—路床顶面的当量回弹模量（MPa）
； Ex—基层和底基层或垫层的当量回弹模量（MPa）； E1、E2—基层和底基层或垫层的回弹模量（MPa）； hx—基层和底基层或垫层的当量厚度（m）
； Dx—基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度（MN-m）； h1、h2—基层和底基层或垫层的厚度（m）
a、b—与ExE0有关的回归系数。
将E1?1300 Mpa、E2＝600Mpa、h1?0.18m、h2?0.18m、E0＝30Mpa代入得：
Ex?h1E1?h2E2h1?h2322221300?0.182?600?0.182=?950（MPa）
0.182?0.1822Dx??h?h2?E1h1Eh?22?1121243?11???EhEh22?112??? ??1?11300?0.183600?0.183?0.18?0.18??11????=??
12124?1300?0.18600?0.18? =0.924?MN?m?
?12Dxhx???E?x?3??=12?0.924950?0.012 (m) ?13??Exa?6.22?1?1.51??E??0??Exb?1?1.44??E?0?????0.55?????0.45?0.45????950???4.236 ??6.22??1?1.51??30??????????0.55?950??1?1.44????30??0.785
13?Exb Et?ahxE0??E?0
??950?0.785??4.236?0.012?30? ???30???49
13?130(MPa)
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某中等城市主干道黄河路（K0+000-K2+000）施工图设计
普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算：
?Ecr?0.537h??E?t??? ?13式中：r－混凝土板的相对刚度半径（m），； ； h－混凝土板的厚度（m）
Ec－水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）； Et－基层顶面当量回弹模量（MPa）。
? 相对刚度半径计算为：
?Ecr?0.537h??E?t????13?30000??0.537?0.22????130?13?0.725（m）
5、荷载疲劳应力
标准轴载Ps在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力按下式计算：
?ps?0.077r0.60h?2
?ps－标准轴载Ps在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力式中：（MPa）；
?ps?0.077r0.60h?2?0.077?0.7250.60?0.22?2?1.312（MPa） 标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式确定。
?pr?krkfkc?ps 式中：
?pr—标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa）；
?ps—标准轴载Ps在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力（MPa）；
kr—考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时，kr=0.87～0.92（刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值）；
kf—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；
kc—考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数。
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其中 kf?Ne 式中：Ne—设计基准期内标准轴载累计作用次数；
??—与混合料性质有关的指数，普通混凝土?=0.057；
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。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为：
kf?Ne??1301?33?721.5 ；4 4?0.057根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数取
kc?1.20。
则荷载疲劳应力计算为：
?pr?krkfkc?ps?0.87?2.544?1.20?1.312＝3.48（MPa） 6、温度疲劳应力
由规范知，Ⅳ5区最大温度梯度取Tg?86℃/m。板长l?5m，
lr=
5?6.90，可查普通混凝土厚h=0.22m时，Bx＝0.51。按下式计算，最大0.725温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力。
?tm??cEchTg2Bx
式中：
?tm—最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa）； ?c—混凝土的线膨胀系数（1/℃），通常可取为1?10?5/℃；
Tg—最大温度梯度；
Bx—综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按lr和h查图
确定；
。 l—板长，即横缝间距（m）将参数代入式（4-16）得：
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某中等城市主干道黄河路（K0+000-K2+000）施工图设计
?tm??cEchTg21?10?5?30000?0.22?88Bx=?0.51?1.48（MPa）
2温度疲劳应力系数kt，按下式计算
c?fr???tm???a?kt???b? ?tm??f???r??式中：a、b和c—回归系数，按所在地区的公路自然区划查表确定；
。 fr—混凝土弯拉强度标准值（MPa）
根据公路自然区划，查规范知，取a?0.841，b?0.058，c?1.323，得：
c1.323?5.0??fr???tm?1.48????a?kt??0.058??0.372 ??b?=1.48??0.841??5.0??tm??f?????????r??临界荷位处的温度疲劳应力按下式确定：
?tr?kt?tm
式中：?tr—临界荷位处的温度疲劳应力（MPa）；
?tm— 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa）；
kt— 考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。
温度疲劳应力为：
?tr?kt?tm=0.372?1.48?0.550（MPa）
查规范知，二级道路的安全等级为三级，相应于三级安全等级的变异水平等级为中级，目标可靠度为85%。再根据查得的目标可靠度和中级变异水平等级为低级，确定可靠度系数?r=1.13。
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。
?r??pr??tr??fr 式中：
?r——可靠度系数；
?pr——行车荷载疲劳应力（MPa）；
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