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)。
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
劈裂材料名称 H(cm) 20℃抗压模量 强度 4 1400 1.4 细粒式沥青混凝土 5 1200 1.0 中粒式沥青混凝土 6 1000 0.8 粗粒式沥青混凝土 30 1500 0.5 水泥碎石 900 0.35 石灰土碎石 ? 35 土基 — — ABC细粒中粒粗粒?D水泥碎石E石灰土碎石土基4)土基回弹模量的确定
该路段处于Ⅳ1区,为粘质土,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)
Ac?1.0,面层是沥青混凝土路面A取1.0,半刚性基层,底基层总
sA?1.0。
厚度大于20cm,基层类型系数b该公路为一级公路,路面等级系数设计弯沉值为:
csb d?0.2?1.0?1.0?1.0?25.77(0.01mm) ?600?6836300.582b)各层材料的容许层底拉应力
L?600AAA?R??spKs
①?? 细粒式密级配沥青混凝土
0.09AaNeKS?Ac
0.22
~ 6 ~
0.09?1.0?6836300.5820.22 ??2.87
1..0?1.4?0.4878MPa ?R?SP?KS2.87②中粒式密级配沥青混凝土
0.09AaNe0.22KS?Ac
0.09?1.0?6836300.5820.22 ??2.87
1..0?1.0?R?SP??0.3484MPaK2.87S
③粗粒式密级配沥青混凝土
0.09AaNe0.22KS?Ac
0.09?1.1?6836300.5820.22 ??3.16
1.0?0.8?R?SP??0.2532MPaK3.16S
④水泥碎石
0.35Ne KS?Ac ?R?⑤石灰土碎石
0.11?0.35?6836300.5820.11?1.98
?SP0.5??0.2525MPa ?R1.980.45Ne0.11?0.45?6836300.5820.11?2.54 KS?Ac ?R??SP0.35??0.1378MPa ?R2.54
6)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 H(cm) 材料名称 20℃抗压模量 4 1400 细粒式沥青混凝土 5 1200 中粒式沥青混凝土 6 1000 粗粒式沥青混凝土 30 1500 水泥碎石 30 900 石灰土碎石 35 土基 — 7)确定水泥随石层厚度(换算成三层体系)
~ 7 ~
容许拉应力(MPa) 0.4878 0.3484 0.2532 0.2525 0.1378 —
?11.0?6836300.582?0.2?1.0?1.0?0.473mm?0.047cm
La?11.0Ne?0.2AcAs0.38?LE?F?AF?R0??2P??
0.38?0.047?35??1.47???0.638?2?0.7?10.65??
LE0.026?1400?L?d1??3.8272P?F2?0.7?10.65?0.638
h?h1?4cm
E1?1400MPa
H?H2??hK2.4 k?3n?1EKE2E2?1200MPa
?h?4?0.3810.65???E?2E?12001400?0.861? ∴查表得 a?6.3
?h?4?0.3810.65???E?2E?351200?0.0291? ∴查表得 K1?1.42
K2?∴
?LaK1?3.827?0.4286.3?1.42
∴查表得:
H∴H???6.2?10.65?6.2?66.03cm 根据H?H2???6.2
?hK2.4k?3n?1EK E210001500750?30?2.4?h52.4 120012001200 ∴h4?25.418cm 取h4?30cm
66.03?5?6?2.48) 弯拉应力的验算
A点 细粒式密级配沥青混凝土底 h?h1?4cm
H??hk0.9
k?2n?1EkEi?1
10001500900?30?0.9?30?0.9 120012001200 ?70.133cm
E1200?0.38 E2 h?4 0??0.857?0.029
?10.65E11400E2 ?5?6?0.9 查图14-18得?为压应力,不需验算。
~ 8 ~
h? B点 中粒式密级配沥青混凝土底
i?hk4k?1Ek14001200?4?4?5?4?9.1572cm Ei12001200 H?6?30?0.9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
1500900?30?0.9?79.7597cm 10001000EE2h?9.1572?1000?0.8330?35?0.035?0.860E1200E1000?10.6512
ih??hk4
k?1Ek14001200?4?4?5?4?6?16.5842cmEi10001000
H?30?30?0.9 查图14-18得?为压应力,不需验算
D点 水泥碎石层底
900?47.007cm 1500E0E0h?16.584?1.5?35?0.023?1.5572E?1501000E1500?10.6512
ih??hk4k?1Ek140012001000?4?4?5?4?6?4?30?44.0819cm Ei150015001500H?30cm
h?44.0819?4.1391 E2?900?0.6 ?10.65E11500∴查图14-18得??0.09
h??44.081910.65?4.1391 E2E1?9001500?0.6
E0E2?35900?0.039
∴查图得m1?1.56
H??3010.65?2.817 E2?900?0.6
E11500E0E2?30900?0.039
∴查图得m2?0.72
??p?m1m2?0.7?0.09?1.56?0.72?0.0708MPa??R?0.2525 E点 底层弯拉应力 h?
?hk4k?1iEk140012001000?4?4?5?4?6?4?30?44.0819cm Ei150015001500h44.0819?4.1391E??10.65 2E1?9001500?0.6
E0E2?35900?0.039
H?30cm
∴查图14-19得:??0.27 n1?1.30 n2?0.52
8a??R?0.1378 ?5?p?n1n2?0.7?0.27?1.30?0.52?0.127MP
9)确定剪应力和抗剪强度
1.路面结构等效换算
~ 9 ~
h?h1?4cm
H?h2?h32.4 ?5?6?2.4E3EE?h42.44?h52.45E2E2E2
10001500900?30?2.4?30?2.4?70.0951cm 120012001200?0.376 计算剪应力和正应力
?0.857E1400?10.651 由
E 0?35?0.029 H??70.095110.65?6.582
E21200 查图14-27得 ?m?0.427,?1?0.868,?2?1.134 查图14-28得 ?1?1.125,?1?1.045,?2?0.972
因而得f=0.3时
h?4E2?1200?m(0.3)?p?m?1?2?0.7?0.427?0.868?1.132?0.29MPa??p?1?1?2?0.7?1.125?1.045?0.970?0.80MPa
1(0.3)缓慢制动时:
?m(0..2)??m(0..3)?1.3(f?0.3)p?0.29?1.3?(0.2?0.3)?0.7?0.20MPa1(0..3) 1(0..2)已知沥青混凝土面层c?0.2MPa,??37?,则
????0.46(f?0.3)p?0.80?0.46?(0.2?0.3)?0.7?0.77MPa
????1??m(1?sin?)?0.77?0.2?(1?sin37?)?0.45MPa
??c???tg??0.2?0.45?tg37??0.54MPa ∴
紧急制动时
????mcos??0.20?cos37??0.16MPa
?m(0.5)?0.29?1.3?(0.5?0.3)?0.7?0.47MPa? 1(0..5) ???0.86?0.47?(1?sin37?)?0.11MPa
?0.80?0.46?(0.5?0.3)?0.7?0.86MPa
???0.47cos37??0.38MPa
??c???tg??0.2?0.11?tg37??0.28MPa
2.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
15N?0.15?6836299.244?(1?0.08)?325288.5497次,则缓慢制动时 T
0.150..150.15NT0.35NT3252884.597KT(0..2)?0.35??0.35??3.0A1.11.1c
?0.54?????0.18MPaKT(0..2)3.0
紧急制动时:
1.21.2??1.2Ac1.0 20.28?????0.23MPaKT(0..2)1.2KT(0..5)?
~ 10 ~