2022年正式课程设计——路基路面.pdf

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1、路基路面工程课程设计课题名称：刚性路面结构设计学生姓名：郑航宇学号： 0229班级: 交工 0902专业：交通工程指导教师：陈向阳2012 年 1 月目录精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 摘要水泥混凝土路面板为刚性路面，具有较高的力学强度，在车轮荷载作用下变形较小。所以， 混凝土板通常工作在弹性阶段。本水泥混凝土路面设计主要依据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402011) 。在荷载图示方面采用静力作用均布面荷载，在地基模型

2、方面， 采用温克勒地基模型。在路面板形态方面，采用半空间弹性地基有限大矩形板理论。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 长沙理工大学交通运输工程学院精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 路基路面工程 B课程设计任务书一、设计任务及内容：任务：刚性路面结构设计内容： 1、初拟刚

3、性路面结构（结构、材料、层厚、平面尺寸及接缝）； 2、确定材料参数（确定各层回弹模量及当量回弹模量）； 3、荷载及温度疲劳应力计算； 4、检验并确定刚性路面结构； 5、绘制水泥混凝土路面结构图设计、接缝构造图、补强钢筋布置图等。二、设计资料(一)、路面结构设计依据IV5 区平原微丘区某地新建高速公路，路基宽28m ，双向 4 车道。预计 2012年末建成通车。 2009年调查的交通量组成如表1，每人按本人学号最后1 位对应选择一组交通量进行计算。表 1 2009年调查的交通量组成表（双向调查的结果）车型交通量（辆 / 昼夜）1234567890小客车1600200024003000320034

4、003100290027002500中客车 SH13013001100900700600500600700800900大客车 CA50500600700800900800700650550450小货车 BJ1303000240018002000160014001500160017001800中货车 CA50600750700900100090800700600500中货车 EQ1401000110015001800800700750800850900大货车 JN150450550650850750800820680850650日野 KB22216001400120010009007008009

5、00600500太脱拉 1384060901201008085907570年平均交通量增长率为6% ，路基平均填土高度为 m ， m ， m，土质为中液限粘土，平均地下水位为 m, 平均冻深。试设计混凝土路面结构，并画出路面结构及横断面图（注 : 该地盛产石灰、粉煤灰、并有砾石）。三、参考目录1、路基路面工程教材；2、公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011），人民交通出版社， 2011年，北京；3、公路路面设计手册，人民交通出版社，1994年, 北京。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - -

6、 -第 4 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 路基路面工程 B课程设计指导书一、课程设计的目的和要求课程设计是高等学校学生在校学习专业课的一个重要环节，也是学生综合运用所学的知识解决实际问题和独立钻研的良好机会。课程设计在教学上的要求是：1、培养综合运用所学知识、解决实际问题的独立工作能力；2、系统巩固并提高基础理论课与专业知识；3、掌握路面结构的设计计算方法；4、了解路基

7、路面整体设计与个体设计的有机联系；5、加强与提高设计、计算、绘图及编制说明书的基本技能；6、对本专业某些理论性或技术性问题进行比较深入的探讨。二、课程设计的步骤与方法1、研读路面结构设计与计算的有关例题。2、认真分析设计任务书所提供的设计依据。3、刚性路面结构设计(1) 交通参数分析根据公路等级， 确定设计基准期、 安全等级， 选定设计年限及轮迹横向分布系数，计算使用年限内累计当量轴次，确定道路的交通分级。(2) 初拟路面结构根据安全等级所确定的变异水平，初拟路面结构层次、 类型和材料组成， 各层的厚度、面层板平面尺寸和接缝构造。(3) 确定材料参数根据交通等级，确定混凝土的弯拉强度标准值、

8、弯拉弹性模量标准值， 基层、垫层和路基的回弹模量， 计算基层顶面的当量回弹模量和混凝土面层的相对刚度半径。(4) 计算疲劳应力a) 计算临界荷位处产生的荷载应力；b) 确定接缝传荷能力的应力折减系数，疲劳应力系数，综合系数；c) 计算荷载疲劳应力；精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 17 页 - - - - - - - - - - d) 计算温度疲劳应力。由自然区划选最大温度梯度； 按路面结构和板平面尺寸计算最大温度梯度时的翘曲温度应力，最后计算温度疲劳应力。(5) 检验初拟路面结

9、构按安全等级、变异水平、目标可靠度，按规范公式检验，如不满足，重拟路面结构，重复 (2) (4) 步，直到满足要求。计算厚度取整至厘米。(6) 画出最后选定的路面结构图和接缝构造图等。三、课程设计文件装订完成设计任务后，将设计任务书、指导书、设计说明书、计算书及全部设计计算图表并编好目录，装订成册。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 水泥混凝土路面设计水泥混凝土路面板为刚性路面，具有较高的力学强度，在车轮荷载作用下变形较小。所以，混

10、凝土板通常工作在弹性阶段。本水泥混凝土路面设计主要依据公路水泥混凝土路面设计规范 (JTG D40 2011) 。在荷载图示方面采用静力作用均布面荷载，在地基模型方面，采用温克勒地基模型。在路面板形态方面，采用半空间弹性地基有限大矩形板理论。1. 行车荷载车辆的类型和轴型由交通调查和预测得知，本路建成初期双向混合交通量组成如下：中客车 CA30A 800 辆；大客车CA50 550 辆； 小货车 EQ140 1700；中货车 CA50 600 辆；中货车EQ140 850 辆；大货车 JN150 850 ；日野 KB222 600辆；太脱拉138 75 辆。根据交通调查结果，查阅相关资料可得表

11、如下：表车辆轴重参数参考表车型名称前轴重（ KN ）后轴重（ KN ）后轴数交通量中客车 CA30A22800大客车 CA501550小货车 EQ140.11700中货车 CA501600中货车 EQ1401850大货车 JN1501850日野 KB2221600太拖拉 1382275轴载换算由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402011) 得标准轴载的有关计算参数见表：精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 表标准轴载计算参数标

12、 准 轴 载BZZ 100轴载 P（KN ）100轮胎接地压强p（MPa ）单轮传压面当量直径d（ cm）两轮中心距（ cm）水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴 - 双轮组荷载作为标准轴载。不同轴轮型和轴载的作用次数，换算为标准轴载的作用次数。由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402011) 有：161nisiiSPPNN（ 11）式中：iP第 i 级轴载重（ KN） ，连轴按每一根轴载单独计；sP设计轴载重（KN ） ； n 各种轴型的轴载级位数；iNi 级轴载的作用次数；sN设计轴载的作用次数。由式（ 11）计算及参阅相关数据得到轴载换算计算表：表 轴载换算计算表车型轴重iP（

13、KN ）交通组成iN（辆/ 日）当量轴次sN中客车 CA30A前轴800-后轴2800-大客车CA50前轴550-后轴550小货车 EQ140前轴1700-后轴1700中货车CA50前轴600-后轴600中货车 EQ140前轴850-后轴850大货车 JN150前轴850后轴850精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 日野 KB222前轴600后轴600太脱拉 138前轴75-后轴28075-sN则可知本路建成初期每昼夜双向混合交通量

14、换算成标准轴载的作用次数为次/d 。交通分析由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40 2011) 可得高速公路的设计基准期为30年，具体数值见表：表 可靠度设计指标公路等级高速一级二级三级四级安全等级一级二级三级设计基准期（ a）30201510目标可靠度（ % ）9590858070目标可靠度指标则设计基准期内路面所承受的标准轴载累计作用次数为Ni ，则有：136511tinN (1-2)其中， t =30 ，n1=，=6% 。则有48.65854263106.0106.015.228236530iN。由于路面设计依据的交通量是设计车道上的交通量，所以，应对道路交通量乘以方向不均匀系数及

15、车道不均匀系数。方向不均匀系数取，车道不均匀系数取。则有设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数Ns为：37.3358567485.06.048.6585426385.06 .0isNN车道横断面上各点所受的轴载作用次数，仅为通过该车道断面的轴载作用次数的一部分。水泥混凝土路面的临界疲劳荷位为纵缝边缘中部，该处的轮迹横向分布系数，按实际测精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 定结果参照表所示。表车辆轮迹横向分布系数公路等级纵

16、缝边缘处高速、一级公路、收费站二级及二级以下公路行车道宽 7m行车道宽 7m本公路为高速公路双向四车道，取=则，设计基准期内面层临界荷位出得标准轴载累积作用次数Ne:36.738884822.037.33585674ieNN (1-3)水泥混凝土路面所承受的交通轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载累计作用次数分为5 级，分级范围如表所示：表 交通荷载分级交通荷载等级极重特重重中等轻设计基准期内设计车 道 承 受 设 计 轴 载（100KN）累计作用次数eN（410）161016102000200010010033由表知，本道路交通属于重交通。2. 初拟路面结构施工变异水平取低等级。

17、根据高速公路重交通荷载等级和低变异水平等级，查表，初拟普通混泥土面层厚度为，水泥稳定砂砾基层，底基层选用级配砾石，厚。单向路幅宽度75.32m （行车道） +（硬路肩），行车道水泥混泥土面层板平面尺寸取75.30.5m ，纵缝为设拉杆平缝， 横缝为设传力杆的假缝。硬路肩面层采用与行车道面层等厚的混泥土，并设拉杆与行车道板相连。表 水凝混凝土面层厚度的参考范围交通荷载等级极重特重重公路等级一高速一级二级高速一级二级精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 17 页 - - - - - -

18、 - - - - 变异水平等级低低中低中低中低中面层厚度（ mm ）320320280300260280240270230260220交通荷载等级中等轻公路等级二级三、四等级三、四等级变异等级高中高中高中面层厚度（ mm ）2502202402102302002201902101803. 路面材料参数确定根据表、表和表，取普通混泥土面层的弯拉强度标准值为，相应的弯拉强度模量与泊松比为 31GPa 、 。砾石粗集料混泥土的线膨胀线ac=11*10-6/c取中液限粘土的回弹模量为70mpa。取距地下水位时的湿度的调整系数为。由此，路床顶综合回弹模量取为70*=。水泥稳定砂砾基层的弹性模量取2000

19、mpa 。泊松比取， 级配砾石底基层回弹模量取为200mpa ，泊松比取。表 水泥混凝土弯拉强度标准值交通荷载等级极重、特重、重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（MPa ）钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa ）表 水泥混凝土线膨胀系数经验参考值粗集料类型石英岩砂岩砾石花岗岩玄武岩石灰岩水泥混凝土线膨胀系数（/106）1212111097表水泥混凝土强度和弹性模量经验参考值弯拉强度（ MPa ）抗压强度（ MPa ）71115202530364249抗拉强度（ MPa ）弹性模量（ GPa ）151821232527293133计算板底综合回弹模量如下：MPahEhhEhEniniiiix20

20、0)(211211122mhhhniix2.011414.086.0)18.0ln(26.086.0)ln(26.0 xhMPaEEEExt2 .964.574 .57200414.000精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 上述式中：0E路床顶综合回弹模量（MPa ） ；与粒料层总厚度xh有关的回归系数；xE粒料层的单量回弹模量（MPa ） ；xh粒料层的总厚度（m ） ；n粒料层的层数；iihE 、第 i 结构层的回弹模量（MP

21、a ）与厚度（ m ） 。板底地基综合回弹模量tE取为 95MPa。混泥土面层的弯曲刚度cD、半刚性基层板的弯曲刚度bD、路面结构总相对刚度半径gr为：mMNvhEDcccc?3 .41)15. 01 (1225.031000)1(122323mMNvhEDbbbb?39.1)20.01(1220.02000)1(122323mEDDrtbcg943.0)9039.13.41(21.1)(21.13131上述式中：cccvEh、混凝土面层板的厚度（m ） 、弯拉弹性模量(MPa)和泊松比；bbbvEh、下层板的厚度（m ） 、弯拉弹性模量（MPa ）和泊松比；gr双层板的相对刚度总半径（m ）

22、 ；tE板底地基当量回弹模量（MPa ）;cD混凝土面层板的截面弯曲刚度（mMN ?） ；bD下层板的截面弯曲刚度（mMN ?） 。4. 荷载应力根据标准得，标准轴载和极限载荷在临界荷位处产生的荷载应力为：MPaphrDDscgcbps639.110025.0943.03.4139.111045.111045.194. 0265. 0394.0265. 03精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 17 页 - - - - - - - - - - MPaphrDDmcgcbpm848.

23、218025.0943.03 .4139.111045.111045.194.0265. 0394.0265.03计算面层荷载疲劳应力和面层最大荷载应力：MPakkkpscfrpr08.4639.115.1486.287.0MPakkpmcrp85.2848.215.187.0max,上述式中：pr设计轴载在面层板临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa ） ；ps设计轴载在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力（MPa ） ；m ax,p最重轴载mP在面层板临界荷位处产生的最大荷载应力（MPa ） ；pm最重轴载mP在四边自由板临界荷位处产生的最大荷载应力(MPa)；rk考虑接缝传荷能力的应力折减系

24、数；fk考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳应力系数；ck考虑计算理论与实际差异以及动载等因素影响的综合系数；其 中 ： 应 力 折 减 系 数87.0rk； 综 合 系 数15.1ck； 疲 劳 应 力 系 数486. 2)10869(057.04efNk5. 温度应力由公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011） ，该区处于IV 区，查表取最大温度梯度取 92/m。计算综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数LB。表 最大温度梯度标准值gT公路自然区划、最大温度梯度（/m）8388909586929398mMPaEhEhkbbccn/4627200020.03100025.021211

25、1精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 17 页 - - - - - - - - - - mkDDDDrnbcbc131.04627)39.13 .41(39.13 .41)(4141171.0943.0)3.41131.04627(131.0)3.41943.04627()()(34343434gcncgnrDrkrDrk77.1943.030.53grLt757.0)70. 1cosh()70.1sinh()70. 1sin()70.1cos()70. 1sin()70.1co

26、sh()70.1cos()70.1sinh(111LC405.0)757.01 (131.0757.077.1)1(131.077.125. 048.448.4eCCeBLLhLc计算面层最大温度应力：MPaBThELgccct59.1405.029225.031000101126max,温度疲劳应力系数tk，计算如下：398.0058.00.559.1841. 059.10. 5323.1max,max,tbrtttrtcfafkt计算温度疲劳应力：MPaktttr63.059.1398.0max,极限结构状态校核一级安全等级，低变异水平条件下，可靠度系数r取校核路面结构极限状态是否满足要求

27、：MPafrtrprr0 .595.4)63.008.4(05.1MPatpr66.4)59.1848.2(05.1max,max,精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 17 页 - - - - - - - - - - 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 17 页，共 17 页 - - - - - - - - - -