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路基路面工程课程设计例题


第三章 水泥混凝土路面设计
3.1 交通分析
3.1.1 可靠度设计标准及变异系数范围、可靠度系数的选用 公路技术等级 安全等级 设计基准期(a) 目标可靠度(%) 目标可靠指标 变异水平等级 可靠度系数 一级公路 二级 30 90 1.28 低-中 1.16

3.2 标准轴载作用次数的换算
计算设计使用年限内的标准轴载累计作用次数 Ne

轴载换算的计算公式为:

? p ? N s ? ? ? i Ni ? i ? ? 100 ? i ?1
n

16

轴载换算结果表

车辆

Pi(KN)

轴型

轴-轮型系数 ? i

ni (次/
日)

江淮

前轴

17

单轴单轮

2.22 ?103 pi ?0.43

2700

1

AL6600 后轴 26.5 单轴双轮 1 2700

三 CK6640

前轴

20.5

单轴单轮

2.22 ?103 pi ?0.43

800

后轴

37.5

单轴双轮

1
2.22 ?103 pi ?0.43

800

鞍山 AK6980H

前轴

36.6

单轴单轮

1530

后轴

72.3

单轴双轮

1

1530

前轴 北京 BJ130 后轴

13.55

单轴单轮

2.22 ?103 pi ?0.43

1700

27.2

单轴双轮

1

1700

前轴 解放 CA50 后轴

28.7

单轴单轮

2.22 ?103 pi ?0.43

610

68.2

单轴双轮

1

610

前轴 东风 EQ140 后轴

23.7

单轴单轮

2.22 ?103 pi ?0.43

850

69.2

单轴双轮

1

850

前轴 黄河 JN150 后轴

49

单轴单轮

2.22 ?103 pi ?0.43

850

101.6

单轴双轮

1

850

2

前轴 日野 KB222 后轴

50.2

单轴单轮

2.22 ?103 pi ?0.43
1
2.22 ?103 pi ?0.43

600

104.3

单轴双轮

600

五十铃 EXR181L

前轴

60

单轴单轮

58

后轴

100

三轴双轮

2.24?10-8 P i

-0.22

58

按规范查表得:交通等级为重,水泥混凝土路面的设计基准期为 30 年,安全 等级为二级,临界荷载处的车轮轮迹横向分布系数 ? =0.22 。交通年增长率为 0.089 。 设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为

Ne ?

N s ?1 ? ? ? ? 1 ? 365
t

?

?

?

1300?1 ? 0.089? ? 1 ? 365 ?? ? 0.22 ? 13.966? 106 次 0.089
30

?

?

属于重交通等级 5.0

普通混凝土设计弯拉强度 f r ( MPa ) 钢纤维混凝土设计弯拉强度 f r ( MPa )

6.0

3.3 初拟路面结构
查表得相应于安全等级二级的变异水平为中级。查表得初拟普通混凝 土面层厚度为 0.26m;基层采用水泥稳定粒料,厚 0.18m;垫层为 0.15m 低剂量无机结合料稳定土,普通混凝土板的平面尺寸为宽 3.75m ,长 5m 。 纵缝为设拉杆平缝,横缝为设传力杆的假缝。

3.4 路面材料参数确定
查表可知,取普通混凝土的弯拉强度标准值为 5.0MPa,相应弯拉弹性模量标
3

准值为 31Gpa, 低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取 600Mpa,水泥稳定粒料 基层回弹模量取 1300Mpa。 计算基层顶面当量回弹模量如下:
2 h12 E1 ? h2 E2 1300 ? 0.182 ? 600 ? 0.152 Ex ? ? ? 1013MPa 2 h12 ? h2 0.182 ? 0.152
3 ?h ? h ? ? 1 ? 1 ? E h3 ? E2 h2 Dx ? 1 1 ? 1 2 ? ? 12 4 ? E1h1 E2 h2 ? 2 ?1

1300 ? 0.183 ? 600 ? 0.153 ? 0.18 ? 0.15? ? 1 1 ? ? ? ?? ? ? ? 2.57 ? MN ? m ? 12 4 ? 1300 ? 0.18 600 ? 0.15 ?
2 ?1

? 12 Dx ? hx ? ? ? ? Ex ?

1

3

? 12 ? 2.57 ? ?? ? ? 1013 ?

1

3

? 0.312 ? m ?

?0.45 ?0.45 ? ? ? Ex ? ? ? 1013 ? ? a ? 6.22 ?1 ? 1.51? ? ? ? 6.22 ?1 ? 1.51? ? ? ? 4.293 E0 ? ? 30 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

?E ? b ? 1 ? 1.44 ? x ? ? E0 ?

?0.55

? 1013 ? ? 1 ? 1.44 ? ? ? 30 ?

?0.55

? 0.792

?E ? Et ? ah E0 ? x ? ? E0 ?
b x

1

3

? 4.293 ? 0.312

0.792

? 1013 ? ? 30 ? ? ? 30 ?

1

3

? 165 ? MPa ?

普通混凝土面层相对刚度半径

rg ? 0.537h3 Ec /Et ? 0.537? 0.26 ? 3 31000/ 165 ? 0.800m

3.5 荷载疲劳应力
标准荷载在临界荷位处产生的荷载应力计算为:

? ps ? 0.077r 0.6 h-2 ? 0.077? 0.80.6 ? 0.26-2 ? 0.996MPa
因纵缝为设拉杆平缝, 接缝传荷能力的应力折减系数 k r =0.87。 考虑设计基
0.057 准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 k f ? N ev ? 13966000 根 ? 2.55 。

据公路等级, 由表可知, 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 。
荷载疲劳应力计算为: ? pr ? k r k f kc? ps ? 0.87 ? 2.55 ?1.25 ? 0.996 ? 2.76MPa
4

3.6 温度疲劳应力
? 由表可知,IV 区最大温度梯度取 92 C /m,板长 5m, l r ? 5 / 0.8 ? 6.25 ,

由表可查得普通混凝土板厚 0.26m,温度应力系数 Bx ? 0.65。 最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力:

? tm ?

ac Ec hTg 2

1 ? 10-5 ? 31000? 0.26 ? 92 Bx ? ? 0.65 ? 2.4MPa 2

温度疲劳应力系数 k t 可按下式计算确定:

kt ?

f r ? ? tm c ? 5 ? 2.4 ? ) - b? ? 0.841( )1.323 - 0.058? ? 0.543 ?a ( ? ? tm ? f r 5 ? ? 2.4 ?
式中:

a、b 和 c—回归系数,按所在地区的公路自然区划查表 16-29 确定,自然区划为 IV 区,式中 a=0.841,b=0.058,c=1.323。 临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算确定:

? tr ? kt? tm ? 0.543? 2.4 ? 1.3MPa

3.7 检验初拟路面结构
由表可得一级公路的安全等级为二级,目标可靠度为 90%,相应的变异 水平等级为低-中,再由表可得可靠度系数 rr =1.23。 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 ? ? f r

123

 


 

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