【正文】 設(shè)計依據(jù)： ? 《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》（ JTG D40－ 2021） ? 《路基路面工程》，沙愛民主編， ? 數(shù)據(jù)采用 ： 由于道路具體位置未知 ， 數(shù)據(jù)采用時均采用數(shù)據(jù)范圍中值 。 新建一級普通混凝土路面設(shè)計基準期為 30年，安全等級參考教材表 153為二級，目標可靠度為 90%，目標可靠指標為 ，變異水平等級為低至中，本次設(shè)計采用中水平等級。公路自然區(qū)劃為Ⅲ級，車輛輪跡橫向分布系數(shù)由下表可知為 ，交通量增長率已知為 %。 車輛輪跡橫向分布系數(shù) 公路等級 縱縫邊緣處 高速公路、一級公路、收費站 二級及一下公路 行車道寬 7m 行車道寬 ? 7m 19 計算設(shè)計基準期內(nèi)設(shè)計車道標準荷載累計作用次數(shù)： ? ?1 1 365tsre rNgNg ???? ? ???? 計算可得： ? ?7 3 4e = 1 4 0 6 5 5 2 1 .1 1 = 1 .4 1 0 = 1 .4 1 0 1 0N ?? 參考下表混凝土路面交通分級可知該路面交通等級為重交通。 交通分級 交通等級 特重 重 中等 輕 設(shè)計車道標準軸載累計作用次數(shù) ? ?4/ 10eN 大于 2021 100至 2021 3至 100 小于 3 22 初擬路面結(jié)構(gòu) 參考 ： 《 路基路面工程 2021（沙愛民） 》中： ? 表 159 水泥混凝土路面最小防凍厚度； ? 表 1511 水泥混凝土面層厚度的參考范圍； ? 表 1513 適宜各交通等級的基層類型； ? 表 1514 各類基層厚度的適宜范圍； 初步擬定路面結(jié)構(gòu)為 ：面層為 240mm普通混凝土，基層為 220mm 水泥穩(wěn)定粒料（水泥用量 5%），墊層為 150mm 低劑量無機結(jié)合料穩(wěn)定土 .普通混凝土板的平面尺寸為寬 ，長 ?？v縫采用設(shè)拉桿平縫，橫縫采用不設(shè)傳力桿的假縫。 23 路面材料參數(shù)確定 按下表，取普通混凝土面層的彎拉強度標準值 = MPa 。 參考《 路基路面工程 2021（沙愛民） 》中： ? 表 1516 水泥混凝土彎拉彈性模量經(jīng)驗參考值 ? 表 1517 中濕路基路床頂面回彈模量經(jīng)驗參考值范圍 ? 表 1518 墊層和基層材料回彈模量經(jīng)驗參考值范圍 得到 相應(yīng)彎拉彈性模量標準值為 31GPa。路基回彈模量取 45MPa，水泥穩(wěn)定粒料基層回彈模量取1500MPa，低劑量無極結(jié)合料穩(wěn)定土墊層回彈模量取 600MPa。 按公式 1534~ 公式 1539 計算基層頂面當量回彈模量如下： 221 1 2 22212 1 2 1 4 aX h E h EE M Phh???? ? ? 1233 121 1 2 21 1 2 211 3 . 9 2 a1 2 4X hhE h E hD M PE h E h ?? ???? ? ? ????? 1312 mxxxDh E???????? 06. 22 1 1. 51 4. 09xEa E ???????? ? ??????? 01 1 .4 4 0 .7 6 5xEb E ???? ? ????? 130 0 2 4 1 ab xtxEE a h E MPE???????? 上述式中： tE 基層頂面的當量回彈模量， MPa； 0E 路床頂面的回彈模量， MPa； XE 基層和底基層或墊層的當量回彈模量， MPa； 12EE、 基層和底基層或墊層的回彈模量， MPa； xh 基層和底基層或墊層的當量厚度， m； xD 基層和底基層或墊層的當量彎曲剛度， MN? m； 12hh、 基層和底基層或墊層的厚度， m； 20 ab、 與 0/xEE 有關(guān)的回歸系數(shù)； 24 荷載疲勞計算 標準軸載在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力按下式計算： 普通混凝土面層的相對剛度半徑計算： 130. 53 7 0. 65 1 mctErh E???????? 標準軸載在四邊自由板理解荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計算： 0 .6 0 20 .0 7 7 = 1 .0 3 3 M Paps rh? ?? 兩式中： ps? 標準軸載在四邊自由板臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力， MPa； r 混凝土板的相對剛度半徑， m； h 混凝土板的厚度， m； cE 水泥混凝土的彎拉彈性模量， MPa； tE 基層頂面當量回彈模量， MPa； 設(shè)計基準期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)計算： =?? 式中： fk 設(shè)計基準期內(nèi)的荷載疲勞應(yīng)力系數(shù)； eN 設(shè)計基準期內(nèi)標準軸載累計作用次數(shù)； ? 與混合料性質(zhì)有關(guān)的指數(shù)，普通混凝土、鋼筋混凝土、連續(xù)配筋混凝土， ? =；碾壓混凝土和貧混凝土 ? =； 標準荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力計算為 ： pr psrcfk k k??? pr? 標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力， MPa； ps? 標準軸載在四邊自由板的臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力， MPa； rk 考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)，縱縫為設(shè)拉桿的平縫時， ? （剛性和半剛性基層取低值，柔性基層取高值）；縱縫為不設(shè)拉桿的平縫或自由邊時， ? ； 縱縫為設(shè)拉桿的企口縫時 ， ? ； fk 考慮設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù) ； ck 考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù) ； 按公路等級查下表確定 。 綜合系數(shù) ck 標準荷載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力計算為： pspr = 2 .9 7 M P arcfk k k??? 25 溫度疲勞應(yīng)力 綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力的溫度應(yīng)力系數(shù) LB 按下式計算 ： = r? s in h c o s c o s h s in= 1 = 0 . 8 4 0c o s s in s in h c o s hL t t t tC t t t t?? ? ? = 0 .4 8 61. 77 0. 13 1 1 chL L LB e C C??? 式中 : LC 混凝土面層板的溫度翹曲應(yīng)力系數(shù)； L 面層板的橫縫間距，即板長（ m）； r 面層板的相對剛度半徑（ m）； 最大溫度梯度時混凝土面層板最大溫度應(yīng)力計算： 公路等級 高速公路 一級公路 二級公路 三 、 四級公路 ck 21 , m a x 1 . 8 5 02c c gtLE h T B M P a?? ?? ,maxt? 最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力， MPa； c? 混凝土的線膨脹系數(shù)，查下表確定為 11 610 /?? ℃。 gT 最大溫度梯度，查下表確定； LB 綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力作用的溫度應(yīng)力系數(shù)。 溫度疲勞應(yīng)力系數(shù)計算 ： , m a x, m a x= t ttrfk a cf?? ?????????????? 式中： t t ta b c、 和 回歸系數(shù) ， 按所在地區(qū)的公路自然區(qū)劃查下表確定 。 回歸系數(shù) ttab、 和 tc 系數(shù) 公路自然區(qū)劃 Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ ta tb tc 溫度疲勞應(yīng)力計算： , m a x = 0. 90 7 atr t tk M P??? 式中： tr? 臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力， MPa； ,maxt? 最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力， MPa； tk 考慮溫度應(yīng)力累計疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。 參考 《路基路面工程 2021（沙愛民）》 中 ： ? 表 153 可靠度設(shè)計標準； ? 表 155 可靠度系數(shù)； 得出一級公路的安全等級為二級 ， 相對應(yīng)的變異水平等級采用之前采用的中級 ， 目標可靠度為 90%，從而確定可靠度系數(shù)取中值 ? ? 。 26 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計極限狀態(tài)計算 ? ? ? ?= 1 .1 9 2 .9 7 0 .9 0 7 = 4 .6 1 3 a = 5 .0 p ar p r tr rM P f M? ? ?? ? ? ? 式中： r? 可靠度系數(shù)； pr? 行車荷載疲勞應(yīng)力， MPa； tr? 溫度梯度疲勞應(yīng)力， MPa； rf 水泥混凝土彎拉強度標準值， MPa。 所以，所選擇水泥混凝土面層厚度（ ）可以承受設(shè)計基準期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。 最終設(shè)計普通混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計見下 頁圖：22