公路-水泥混凝土路面设计新设计标准规范混凝土板厚度计算示例.doc

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1、#*公路水泥混凝土路面设计新规范混凝土板厚度计算示例公路水泥混凝土路面设计新规范混凝土板厚度计算示例内容提要内容提要 本文主要把本文主要把公路水泥混凝土路面设计规范公路水泥混凝土路面设计规范 （JTG D40-2011）中的计算每个示例，加上）中的计算每个示例，加上 标题、要点、提示，便于学习和查阅。标题、要点、提示，便于学习和查阅。 关关 键键 词词 公路水泥混凝土路面设计规范计算示例公路水泥混凝土路面设计规范计算示例示例示例 1 1 粒料基层上混凝土面板厚度计算粒料基层上混凝土面板厚度计算要点（弹性地基单层板模型）要点（弹性地基单层板模型）序号序号路面结构路面结构厚度（厚度（m m）备注备

2、注1 1普通水泥混凝土面层普通水泥混凝土面层0.230.23Fr=4.5Fr=4.5 MPaMPa2 2级配碎石级配碎石0.200.20E=300E=300 MPaMPa3 3路基路基: :低液限黏土低液限黏土查表查表 E.0.1-1E.0.1-1 E=80E=80 MPaMPa 距地下水位距地下水位 1.2m1.2m，查表，查表 E.0.1-2E.0.1-2 湿度调正系数湿度调正系数0.750.75 路床顶综合回弹模量路床顶综合回弹模量 E=800.75=60E=800.75=60 MPaMPa（1 1）二级公路二级公路 设计轴载累计作用次数设计轴载累计作用次数 Ne=74.810Ne=74

3、.8104 4次次 中等交通荷载等级中等交通荷载等级 （2 2）板底当量回弹模量值板底当量回弹模量值 Et=120Et=120 MPa;MPa; （3 3）设计轴载设计轴载 Ps=100Ps=100 KNKN ; ;最重轴载最重轴载 Pm=180Pm=180 KNKN ； （4 4）设计厚度设计厚度 0.25m=0.25m=计算厚度计算厚度 0.24m+0.01m0.24m+0.01m ；#*#*#*示例示例 2 2 水泥稳定粒料基层上混凝土面板厚度计算水泥稳定粒料基层上混凝土面板厚度计算要点（弹性地基双层板模型）要点（弹性地基双层板模型）序号序号路面结构路面结构厚度（厚度（m m）备注备注1

4、 1普通水泥混凝土面层普通水泥混凝土面层0.260.26Fr=5.0Fr=5.0 MPaMPa2 2水泥稳定砂砾水泥稳定砂砾0.200.20E=2000E=2000 MPaMPa3 3级配砾石级配砾石0.180.18E=250E=250 MPaMPa4 4路基路基: :低液限粉土低液限粉土查表查表 E.0.1-1E.0.1-1 E=100E=100 MPaMPa 距地下水位距地下水位 1.0m1.0m，查表，查表 E.0.1-2E.0.1-2 湿度调正系数湿度调正系数0.800.80 路床顶综合回弹模量路床顶综合回弹模量 E=1000.80=80E=1000.80=80 MPaMPa（1 1）

5、一级公路一级公路 设计轴载累计作用次数设计轴载累计作用次数 Ne=170710Ne=1707104 4次次 重交通荷载等级；重交通荷载等级； （2 2）板底当量回弹模量值板底当量回弹模量值 Et=125Et=125 MPaMPa； （3 3）设计轴载设计轴载 Ps=100Ps=100 KNKN ; ;最重轴载最重轴载 Pm=180Pm=180 KNKN； （4 4）由面板、半刚性基层的弯曲刚度，求出路面结构总想对刚度半径由面板、半刚性基层的弯曲刚度，求出路面结构总想对刚度半径 rg,rg,再计算面层、基层荷载、再计算面层、基层荷载、 温度应力（下层板温度应力不需计算）温度应力（下层板温度应力不

6、需计算） ； （5 5）设计厚度设计厚度 0.27m=0.27m=计算厚度计算厚度 0.26m+0.01m0.26m+0.01m ；#*#*#*示例示例 3 3 碾压混凝土基层上混凝土面板厚度计算碾压混凝土基层上混凝土面板厚度计算要点（弹性地基双层板模型）要点（弹性地基双层板模型）序号序号路面结构路面结构厚度（厚度（m m）备注备注1 1普通水泥混凝土面层普通水泥混凝土面层0.300.30Fr=5.0Fr=5.0 MPaMPa2 2沥青混凝土夹层沥青混凝土夹层0.040.043 3碾压混凝土碾压混凝土0.180.18Fr=4.0Fr=4.0 MPaMPa4 4级配碎石级配碎石0.200.20E

7、=250E=250 MPaMPa5 5路基路基: :低液限粉土低液限粉土查表查表 E.0.1-1E.0.1-1 E=95E=95 MPaMPa 距地下水位距地下水位 2.0m2.0m，查表，查表 E.0.1-2E.0.1-2 湿度调正系数湿度调正系数0.850.85 路床顶综合回弹模量路床顶综合回弹模量 E=950.85=80E=950.85=80 MPaMPa（1 1）一级公路一级公路 设计轴载累计作用次数设计轴载累计作用次数 Ne=3.18610Ne=3.186108 8次次 特重交通荷载等级；特重交通荷载等级； （2 2）板底当量回弹模量值板底当量回弹模量值 Et=130Et=130 M

8、PaMPa ； （3 3）设计轴载设计轴载 Ps=100Ps=100 KNKN ; ;最重轴载最重轴载 Pm=250Pm=250 KNKN； （4 4）由面板、半刚性基层的弯曲刚度，求出路面结构总想对刚度半径由面板、半刚性基层的弯曲刚度，求出路面结构总想对刚度半径 rg,rg,再计算面层、基层荷载、再计算面层、基层荷载、 温度应力（下层板温度应力不需计算）温度应力（下层板温度应力不需计算） ； （5 5）面层与基层竖向接触刚度面层与基层竖向接触刚度 设夹层取设夹层取 30003000 MPa,MPa,不设夹层按式（不设夹层按式（B.5.2-5B.5.2-5）计算；）计算； （6 6）设计厚度设

9、计厚度 0.31m=0.31m=计算厚度计算厚度 0.30m+0.01m0.30m+0.01m ；#*#*#*示例示例 4 4 面层复合板的厚度计算面层复合板的厚度计算要点（复合板模型）要点（复合板模型）序号序号路面结构路面结构厚度（厚度（m m）备注备注1 1橡胶水泥混凝土橡胶水泥混凝土0.080.08Fr=4.5Fr=4.5 MPaMPa2 2普通水泥混凝土面层普通水泥混凝土面层0.170.17Fr=5.0Fr=5.0 MPaMPa3 3水泥稳定碎石水泥稳定碎石0.200.20E=2000E=2000 MPaMPa4 4级配砾石级配砾石0.200.20E=250E=250 MPaMPa5

10、5路基路基: :低液限黏土低液限黏土查表查表 E.0.1-1E.0.1-1 E=80E=80 MPaMPa 距地下水位距地下水位 0.9m0.9m，查表，查表 E.0.1-2E.0.1-2 湿度调正系数湿度调正系数0.700.70 路床顶综合回弹模量路床顶综合回弹模量 E=800.70=60E=800.70=60 MPaMPa（1 1）一级公路一级公路 设计轴载累计作用次数设计轴载累计作用次数 Ne=40010Ne=400104 4次次 重交通荷载等级；重交通荷载等级； （2 2）板底当量回弹模量值板底当量回弹模量值 Et=110Et=110 MPaMPa ； （3 3）设计轴载设计轴载 Ps

11、=100Ps=100 KNKN ; ;最重轴载最重轴载 Pm=180Pm=180 KNKN；（4 4）先计算出复合板的等效弯曲刚度先计算出复合板的等效弯曲刚度、等效厚度、半刚性基层板的弯曲刚度等效厚度、半刚性基层板的弯曲刚度、路面结构、路面结构cD chbD总想对刚度半径总想对刚度半径，再计算复合板的荷载、温度应力；，再计算复合板的荷载、温度应力；gr（5 5）计算厚度计算厚度 0.08m0.08m 的橡胶水泥混凝土与的橡胶水泥混凝土与 0.17m0.17m 的普通混凝土复合而成的面层满足要求。的普通混凝土复合而成的面层满足要求。#*#*#*示例示例 5 5 旧混凝土路面上加铺沥青混凝土设计旧

12、混凝土路面上加铺沥青混凝土设计要点：复合式面板，沥青上面层的作用主要是提供路面的表面使用功能，并有一定承载作用，通过分要点：复合式面板，沥青上面层的作用主要是提供路面的表面使用功能，并有一定承载作用，通过分#*析增加析增加 40mm40mm 沥青上面层方可减小沥青上面层方可减小 10mm10mm 混凝土下面层厚度。混凝土板是主要承载层，其作用类似于普混凝土下面层厚度。混凝土板是主要承载层，其作用类似于普 通混凝土面层，这是计算分析及设计的主要着眼点。通过对有沥青上面层的混凝土板的三维有限元法通混凝土面层，这是计算分析及设计的主要着眼点。通过对有沥青上面层的混凝土板的三维有限元法 分析，得出了荷

13、载应力与温度应力的修正公式及有关计算系数，并绘制出计算诺模图。计算时，应先分析，得出了荷载应力与温度应力的修正公式及有关计算系数，并绘制出计算诺模图。计算时，应先 求无沥青上面层时混凝土板的应力，之后再考虑沥青上面层的影响，从而得到有沥青上面层的混凝土求无沥青上面层时混凝土板的应力，之后再考虑沥青上面层的影响，从而得到有沥青上面层的混凝土 板的荷载应力和温度应力。板的荷载应力和温度应力。序号序号路面结构路面结构厚度（厚度（m m）备注备注1 1沥青混凝土加铺层沥青混凝土加铺层0.100.10细粒式沥青混凝土细粒式沥青混凝土 40mm40mm 粗粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土 60mm60mm2

14、 2旧混凝土面层旧混凝土面层0.260.26Fr=4.5Fr=4.5 MPaMPa（调查实测）（调查实测）3 3基层顶面基层顶面调查结果基层顶面回弹模量标准值调查结果基层顶面回弹模量标准值 E=100E=100 MPaMPa（1 1）已建一级公路剩余设计基准期已建一级公路剩余设计基准期 3030 年内设计车道设计荷载累计作用次数年内设计车道设计荷载累计作用次数 Ne=3.7310Ne=3.73107 7次次 重交重交 通荷载等级；通荷载等级； （2 2）设计轴载设计轴载 Ps=100Ps=100 KNKN ; ;最重轴载最重轴载 Pm=200Pm=200 KNKN ; ; （3 3）旧路通车旧

15、路通车 1010 年，再设计使用年限年，再设计使用年限 3030 年，是由于沥青加铺层保护作用，可再使用年，是由于沥青加铺层保护作用，可再使用 3030 年；年； （4 4）经计算，所选沥青混凝土加铺层厚度（经计算，所选沥青混凝土加铺层厚度（0.1m0.1m） ，使得旧混凝土面层不仅可以承受设计基准期内，使得旧混凝土面层不仅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，也可以承受最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。荷载应力和温度应力的综合疲劳作用，也可以承受最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。#*#*示例示例 6 6 连续配筋混凝土路面配筋设计连续配筋混凝土路面配筋设计要点：连续配筋

16、混凝土路面厚度设计方法和流程与普通混凝土路面相同，其面层纵向配筋率确定方法要点：连续配筋混凝土路面厚度设计方法和流程与普通混凝土路面相同，其面层纵向配筋率确定方法 以横向裂缝平均间距、横向裂缝缝隙平均宽度以及钢筋屈服强度作为控制标准，是参考美国力学以横向裂缝平均间距、横向裂缝缝隙平均宽度以及钢筋屈服强度作为控制标准，是参考美国力学经经 验法设计指南中引用的连续配筋混凝土路面纵向配筋率计算方法得出的。对原规范关于连续配筋混凝验法设计指南中引用的连续配筋混凝土路面纵向配筋率计算方法得出的。对原规范关于连续配筋混凝 土路面纵向配筋率计算的相关内容做了校大修改。土路面纵向配筋率计算的相关内容做了校大修

17、改。序号序号路面结构路面结构厚度（厚度（m m）备注备注1 1连续配筋混凝土面层连续配筋混凝土面层0.260.26Fr=5.0Fr=5.0 MPaMPa，fc=42fc=42 MPa,ft=3.22MPa,ft=3.22 MPaMPa2 2水泥稳定碎石水泥稳定碎石0.180.18E=2000E=2000 MPaMPa3 3路基：黏土路基：黏土（1 1）一级公路一级公路 重交通荷载等级；重交通荷载等级； （2 2）纵向钢筋选用纵向钢筋选用 HRB335HRB335 钢筋，设配筋率钢筋，设配筋率=0.75%=0.75%，钢筋的埋置深度，钢筋的埋置深度=0.10m=0.10m，钢筋直径，钢筋直径d

18、ds=16mms=16mm （3 3）计算横向裂缝间距：平均裂缝间距：计算得到计算横向裂缝间距：平均裂缝间距：计算得到LdLd = = 0.7220.722 m0.72mm0.72m（小于裂缝平均间距（小于裂缝平均间距 1.80m1.80m 的要求）的要求） 。 （4 4）计算横向裂缝平均缝隙宽度：计算横向裂缝平均缝隙宽度：bj=0.4530.45mmbj=0.4530.45mm，小于缝隙平均宽度，小于缝隙平均宽度 0.50mm0.50mm 的要求。的要求。 （5 5）计算裂缝处纵向钢筋应力计算裂缝处纵向钢筋应力 ：bs=323.162bs=323.162 MPaMPa（小于钢筋屈服强度（小于

19、钢筋屈服强度 335MPa335MPa） （6 6）计算结果满足裂缝宽度、裂缝间距和裂缝处钢筋的应力三方面的要求，因此初拟的纵向钢筋配计算结果满足裂缝宽度、裂缝间距和裂缝处钢筋的应力三方面的要求，因此初拟的纵向钢筋配 筋率是合适的。筋率是合适的。 （7 7）钢筋间距或根数计算钢筋间距或根数计算 : : 或每延米纵向钢筋根数为或每延米纵向钢筋根数为 1/0.103=9.7101/0.103=9.710 根根 （8 8）横向钢筋按横向钢筋按 6.2.16.2.1 条计算确定，并应满足施工时固定和保持纵向钢筋位置的要求。横向钢筋应条计算确定，并应满足施工时固定和保持纵向钢筋位置的要求。横向钢筋应 位于纵向钢筋之下；横向钢筋间距宜为位于纵向钢筋之下；横向钢筋间距宜为 300300600mm600mm，直径大时取大值；横向钢筋宜斜向设置，直径大时取大值；横向钢筋宜斜向设置，#*其与纵向钢筋放入夹角可取其与纵向钢筋放入夹角可取 6060。#*