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1、课程设计（论文）计算说明书课题名称：路面结构设计院（系）：土木建筑学院专业：交通工程班级：20051姓名：华鑫城2008年06月30日至2008年07月04H共1周目录12 设计目的和任务13 设计资料一：沥青路面设计3.1基本资料-13.2设计方法与设计内容1 ）根据设计资料要求，确定路面等级和面层类型12 ）计算设计年限内一个车道累计当量轴次和设计弯沉13 ）确定各路段土基回弹模量值34）初拟路面结构组合与厚度方案45 ）确定各结构层材料抗压回弹模量，抗拉强度及参数56）根据设计弯沉值计算路面厚度57 ）结构厚度计算结果68）验算防冻厚度69）修正后各方案计算表710）方案技术经济比较81

2、1）优选方案沥青路面结构设计图（方案b）84设计资料二：水泥混凝土路面设计94.1 基本资料4.2 设计方法与设计过程91) )换算标准轴载计算使用年限内标准轴载的累计作用次数92) 拟定路面结构103) 方案A的计算11a, 计算基层顶面当量回弹模量11b, 计算混凝土板的荷载疲劳应力14C,计算混凝土板的温度疲劳应力d.验算防冻厚度154) 方案B的计算16a. 计算基层顶面当量回弹模量16b. 计算混凝土板的荷载疲劳应力18C,计算混凝土板的温度疲劳应力19d.验算防冻厚度5 )方案技术经济比较216 )最后路面结构设计图(方案A)225主要参考文献22附：路基路面课程设计辅助软件输出文

3、本23附1沥青路面设计方案a23附2沥青路面设计方案 27附3沥青路面设计方案 31附4水泥混凝土路面设计方案A35附5水泥混凝土路面设计方案B37一、设计题目：路面结构设计二：设计目的和任务目的：任务：进行路面结构组合设计和应力分析计算。即根据所给的交通量和材料供应等资料，先提出不同的路面组合，并进行受力分析计算，然后推荐一种路面结构。三、设计资料一：沥青路面设计3.1 基本资料南京地区二级公路，其中某段经调查路基为粉质中液限粘土，地下水位L2m,路基填土高度0.5m。近期交通量：东风EQ140130辆/日，解放CAlOB车730辆/日，黄河JNI50车80辆/日，依士兹TD50车54辆/日

4、，小汽车30辆/日，年平均增长率10%。沿河可开采砂砾、碎石，并有石灰、水泥、沥青、粉煤灰供应。设计依据：公路沥青路面设计规范(JTJOI4-97)3.2 设计方法与设计内容1）根据设计资料要求，确定路面等级和面层类型；由设计资料可得：路面等级为二级面层类型选用：沥青混凝土面层2）计算设计年限内一个车道累计当量轴次和设计弯沉;车辆及交通参数表1序号车型名称前轴重（kN）后轴重（kN）后轴数后轴轮组数交通量1东风EQ14023.769.21双轮组1302解放CAlOB19.460.851双轮组7303黄河JN15049101.61双轮组804依士兹TD5042.2801双轮组54A.当以设计弯沉

5、值为指标及沥青层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次：/（p:A435N=ZClCz几=253z=1I尸,式中：N标准轴载的当量轴次（次/日）；ni各种被换算车辆的作用次数（次/日）；P标准轴载（KN）；Pi各种被换算车型的轴载（KN）；Ci轮组系数，双轮组为1,单轮组为6.4,四轮组为0.38C2轮轴系数。当轴间距大于3米时，轮轴系数为L当轴间距小于3米时，C2=l+1.2（m-l）,m为轴数。设计年限内一个车道上累计当量轴次：(l + 10%),2-l 36510%2530.7=1382312NNe（八）=式中：Ne一一设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标当量轴次（次）；t

6、设计年限，12年；N一一路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）；r一一设计年限内交通量平均增长率（%）;11车道横向分布系数，取0.7。B.当进行半刚性基层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次：(l + 10%)2-l 36510%1260.7式中：Ci轮组系数，双轮组为1.0,单轮组为18.5,四轮组为0.09；C）轮轴系数，同C2o设计年限内一个车道上累计当量轴次：N(l+rY-l365M(B)=688424式中符号意义同前。计算设计弯沉Id和结构强度系数ld=960Ne-02AcAs=39(O.Olmm)式中：Ac公路等级系数，二级公路为1.1；As一一面层类型系数，沥青

7、混凝土面层为L0。结构强度系数K（八）=O.09Ne-2/AC=I.842(用于细、中沥青层、粗颗粒层为2.0)K(B)=O35Ne2/Ac=1.39(用于水泥稳定碎石、石灰土稳定沙砾、水泥石灰稳定碎石)K(C)=O.45Ne02/AC=1.77(用于石灰粉煤灰土、石灰粉煤灰碎石土)3)根据路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段确定各路段土基回弹模量值由地下水位L2m,路基填土高度0.5m,路基为粉质中液限粘土,按查表法确定路基回弹模量Eo=32MPa4)初拟路面结构组合与厚度方案根据道路附近材料的供应拟订以下三种路面结构组合a.方案表2层位结构层材料名称厚度(Cm)1细粒式沥青混凝土32中

8、粒式沥青混凝土43粗粒式沥青混凝土64水泥稳定碎石?5石灰粉燥灰土25以水泥稳定碎石为设计层b.方案表3层位结构层材料名称厚度(CnI)1细粒式沥青混凝土32中粒式沥青混凝土43粗粒式沥青混凝土64石灰土稳定砂砾?5碎石土25以石灰土稳定砂砾为设计层c.方案表4层位结构层材料名称厚度(CIn)1细粒式沥青混凝土32中粒式沥青混凝土43粗粒式沥青混凝土64水泥石灰稳定碎石?5石灰粉煤灰碎石土25以水泥石灰稳定碎石为设计层5)确定各结构层材料抗压回弹模量，抗拉强度及参数。参考材料设计参数表确定各结构层材料参数如下表表5层位结构层材料名称抗压模量(MPa)(20)抗压模量(MPa)(15C)弯拉强度

9、bsp(MPa)容许拉应力分(MPa)1细粒式沥青混凝土140020001.40.762中粒式沥青混凝土120016001.00.543粗粒式沥青混凝土90012000.80.44水泥稳定碎石150015000.50.365石灰粉煤灰土5505500.250.146石灰土稳定砂砾150015000.50.367碎石土5505508水泥石灰稳定碎石150015000.50.369石灰粉煤灰碎石土5505500.30.17表中计算：bfi=一R6)根据设计弯沉值计算路面厚度用通用计算机程序计算，输入各项参数后可得到计算结果，先假定设计层初始厚度为20cm,如果计算不能满足下列不等式,则调整厚度，直

10、到满足。ls650mm满足路面防冻要求.4）方案B的计算a.确定混凝土设计弯拉强度及弹性模量，计算基层顶面当量回弹模量混凝土面层弯拉强度5MPa弯拉模量31000MPa贫混凝土弯拉强度2.5MPa弯拉模量21000MPa计算基层顶面当量回弹模量Ph2E+h2Ein2+/122,0.2521300+020O.252+O2=1300MPaEt=OhXbEO善1/3=4.590.397083126.5=140.8MPaz、l/3zl3=o397m2加屈+网比（历+力2）f1IT12夙_0.2531300+O3O（25+0）（1241300025,=6.7708MN-ma=6.221-1.51-0.4

11、5盘o=6.221300*=4.590=0.8307式中各符号意义同上。b.计算混凝土板的荷载疲劳应力普通混凝土面层与贫混凝土基层组成分离式复合式面层。此时KU=0,hx=O.复合式混凝土面层得截面总刚度为:0.22331000+0.23150000=37.447MN-m12复合式混凝土面层的相对刚度半径为rs=1.2337.447140.8=0.791m标准轴载在普通混凝土面层临界荷位处产生得荷载应力计算为rr-0077r06O=00770791。，22X3112x37.447=1.01Mpa标准轴载在贫混凝土基层临界荷位处产生得荷载应力计算为O2=77 铲(O.5zo2+hxKl Eci=

12、O.O77O.791o66Ds(0.50.20)15000637.447=0.45MPa普通混凝土面层，因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr=O.87。贫混凝土基层不设纵缝，不考虑接缝传荷能力的应力折减系数Kl普通混凝土面层，考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数Kf=NJ=40687()50057=2.38,v是与混合料有关的指数，普通混凝土为0.057。根据公路等级，由表16-24,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=I.20。普通混凝土面层荷载疲劳应力计算为：1=KrKrKr,prrfCps=0.872.381.201.01=2.51MPa贫混

13、凝土基层荷载疲劳应力计算为：nrl=KfKcn,=2.381.200.45=1.45MPaNJPNC.计算混凝土板的温度疲劳应力H5区温度梯度取83Cm。板长5m,lr=50.669=7.474,由图16T4可查普通混凝土板厚h=0.22m,Bx=O.71。Cx=I.06.最大温度梯度时普通混凝土面层的温度翘曲应力计算为0.32-0.8IlIT11+2.5LJ=Ci%2%ZtoJ0320811nl%lOT+25%T06(U.ZXDvvUvZJ=0.944纥I=刍Bv=0.944x0.71=0.67tml10-5310000.22830.67 =1.88普通混凝土面层温度疲劳应力系数Kt,查表得

14、自然区划11区,a=0.828,b=0.041,c=1.323oKt=-a-btmIJr)s(QQ3231=湛0.828兽-0.0411.oo5.0=0.49温度疲劳应力为0r=K/%加=0.49xL88=0.93MPa分离式复合式路面中贫混凝土基层得温度翘曲应力可忽略不计。查表16-20,二级公路的安全等级为三级，变异水平为中等，目标可靠度为85%。从而查表确定可靠度系数九二L13普通混凝土面层r(bp,.=1.13(2.51+0.93)=3.89MPa5.0Mpa贫混凝土基层rpr+a）,=1.13X（1.45+0）=1.64MPa力=2.5MPa因而，拟定的由O.22m厚的普通混凝土面层

15、和0.2m厚的贫混凝土基层组成得分离式复合式路面，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。d验算防冻厚度由规范查得此区划范围路面最小防冻厚度为650mm新建基（垫）层总厚度450mm面层厚度为220mm验算结果表明，路面总厚度67OnIm650mm满足路面防冻要求.5）方案技术经济比较本地区是东部温润季冻期，主要问题是防止翻浆和冻胀，路基土平均稠度是0.8,是过湿类型，同时考虑路面长期使用效能，所建设道路的交通等级属于重交通等级。建议采用方案A,此方案采用水泥稳定粒料做基层，级配碎砾石做垫层，可以有效防止地下水上升损害路基，所有材料就地取材，从施工和造价来考虑都优于B方案。6）最

16、后得到路面结构设计结果如下:士:水泥混凝土路面结构图单位mm普通混凝土面层水泥稳定粒料级配碎砾石五、主要参考文献1、邓学均.路基路面工程M.北京：人民交通出版社，2000.2、公路沥青路面设计规范(JTJT014-97).北京：人民交通出版社，面97.3、公路水泥混凝土路面设计规范(JTGD40-2002)S.北京：人民交通出版社，20024、姚祖康.公路设计手册-路面M.北京：人民交通出版社，2000.附：路基路面课程设计辅助软件输出文本附1沥青路面设计方案a*新建路面设计成果文件汇总*轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(In)

17、交通量1东风EQ14023.769.21双轮组1302解放CAlOB19.460.851双轮组7303黄河JN15049101.61双轮组804依士兹TD5042.2801双轮组54设计年限12车道系数0.7交通量平均年增长率10%当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次：253设计年限内一个车道上累计当量轴次：1382312当进行半刚性基层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次：126设计年限内一个车道上累计当量轴次：688424公路等级二级公路公路等级系数Ll面层类型系数路面设计弯沉值：39(0.01mm)1基层类型系数1层位结构层材料名称劈裂

18、强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.40.762中粒式沥青混凝土10.543粗粒式沥青混凝土0.80.44水泥稳定碎石0.50.365石灰粉煤灰土新建路面结构厚度计算0.250.14新建路面的层数标准轴载路面设计弯沉值路面设计层层位设计层最小厚度5BZZ-10039(0.Olmm)415(cm)层位结构层材料名称厚度（Cm）抗压模量（MPa）抗压模量（MPa）(200C)(15)1细粒式沥青混凝土3140020002中粒式沥青混凝土4120016003粗粒式沥青混凝土690012004水泥稳定碎石?150015005石灰粉煤灰土255505506土基32按设计弯沉值计算设计

19、层厚度:LD=39(0.Olmm)H(4)=15cmLS=36(0.Olmm)由于设计层厚度H(4)=HminlLS=LD,容许应力(MPa)0.760.540.40.360.14故弯沉计算己满足要求.H(4)=15cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度：H(4)=15cm(第1层底面拉应力验算满足要求）H(4)=15cm(第2层底面拉应力验算满足要求）H(4)=15cm(第3层底面拉应力验算满足要求）H(4)=15cn（第4层底面拉应力验算满足要求）H(4)=15cm（第5层底面拉应力验算满足要求）路面设计层厚度：H(4)=15cm(仅考虑弯沉)H(4)=15cm(同时考虑弯沉和拉应力

20、)验算路面防冻厚度：路面最小防冻厚度64cm验算结果表明，路面总厚度比路面最小防冻厚度小11cm,程序将自动在上述刚设计的路面最下层厚度中予以补足.通过对设计层厚度取整和将路面防冻厚度不足部分增补到路面最下层以及设计人员对路面厚度进一步的修改，最后得到路面结构设计结果如下：细粒式沥青混凝土3cm中粒式沥青混凝土4cm粗粒式沥青混凝土6cm水泥稳定碎石20cm石灰粉煤灰土35cm土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算新建路面的层数：5标准轴载：BZZ-100层位结构层材料名称厚度(CIn)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)计算信息(20C)(15C)1细粒式沥青混凝土314002000计算应力2中

21、粒式沥青混凝土412001600计算应力3粗粒式沥青混凝土69001200计算应力4水泥稳定碎石2015001500计算应力5石灰粉煤灰土355506土基32计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值：第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=26.1(0.Olmm)第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=28.1(0.01mm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=30.9(0.Olmm)第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=35(0.Olmm)第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=78.9(0.Olmm)550计算应力土基顶面竣工验收弯沉值LS=360.6(0.0Imm)(根据“基层施工规范”第88页公式)1.S

22、=291.1(0.Olmm)(根据“测试规程”第56页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力：第1层底面最大拉应力1 )=-0. 262 (MPa)第2层底面最大拉应力 ( 2 )=-0. 113 (MPa)第3层底面最大拉应力。(3 )=-0. 057 (MPa)第4层底面最大拉应力 ( 4 )= 0. 119 (MPa)第5层底面最大拉应力 ( 5 )= 0.075 (MPa)附2沥青路面设计方案b轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(In)交通量1东风EQ14023.769.21双轮组1302解放CAlOB19.460.85

23、1双轮组7303黄河JN15049101.61双轮组804依士兹TD5042.2801双轮组54设计年限12车道系数0.7交通量平均年增长率10%当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次：253设计年限内一个车道上累计当量轴次：1382312当进行半刚性基层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次：126设计年限内一个车道上累计当量轴次：688424公路等级二级公路公路等级系数Ll面层类型系数1基层类型系数1路面设计弯沉值：39(0.01mm)层位结构层材料名称劈裂强度(UPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.40.762中粒式沥青混凝土1

24、0.543粗粒式沥青混凝土0.80.44石灰土稳定砂砾0.50.365碎石土新建路面结构厚度计算新建路面的层数：5标准轴载：BZZ-100路面设计弯沉值：39(0.Olmrn)路面设计层层位：4设计层最小厚度：15(Cm)层位结构层材料名称厚度(Cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)容许应力(MPa)(20iC)(15C)1细粒式沥青混凝土3140020000.762中粒式沥青混凝土4120016000.543粗粒式沥青混凝土690012000.44石灰土稳定砂砾?150015000.365碎石土255505506土基32按设计弯沉值计算设计层厚度：1.D=39(0.01mm)H(4)=1

25、5cmLS=36(0.01mm)由于设计层厚度H(4)=HminWLS=LD,故弯沉计算已满足要求.IK4)=15cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度：H(4)=15cm(第1层底面拉应力验算满足要求)H(4)=15cm(第2层底面拉应力验算满足要求)H(4)=15cm(第3层底面拉应力验算满足要求)H(4)=15cm(第4层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度：H(4)=15cm(仅考虑弯沉)H(4)=15cm(同时考虑弯沉和拉应力)验算路面防冻厚度：路面最小防冻厚度64cm验算结果表明，路面总厚度比路面最小防冻厚度小11cm,程序将自动在上述刚设计的路面最下层厚度中予以补足.通过

26、对设计层厚度取整和将路面防冻厚度不足部分增补到路面最下层以及设计人员对路面厚度进一步的修改，最后得到路面结构设计结果如下：细粒式沥青混凝土3cm中粒式沥青混凝土4cm粗粒式沥青混凝土6cm石灰土稳定砂砾20cm碎石土35cm土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算新建路面的层数：5标准轴载:BZZ-100层位结构层材料名称厚度(Cm)抗压模量(MPa)抗压模量(MPa)(20)(15)计算信息1细粒式沥青混凝土314002000计算应力2中粒式沥青混凝土412001600计算应力3粗粒式沥青混凝土69001200计算应力4石灰土稳定砂砾2015001500计算应力5碎石土355505506土基32计

27、算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值：第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=26.1(0.01mm)第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=28.1(0.Olmm)第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=30.9(0.Olmm)第4层路面顶面竣工验收弯沉值LS=35(0.Olnun)第5层路面顶面竣工验收弯沉值LS=78.9(0.Olmm)不算应力土基顶面竣工验收弯沉值LS=360.6(0.0Imln)(根据“基层施工规范”第88页公式)1.S=291.1(0.OImm)(根据“测试规程”第56页公式)计算新建路面各结构层底面最大拉应力：第1层底面最大拉应力。(1)=-0.262(MPa)第2层底面最大

28、拉应力。(2)=-0.113(MPa)第3层底面最大拉应力。(3)=-0.057(MPa)第4层底面最大拉应力。(4)=0.119(MPa)附3沥青路面设计方案C序号车型名称前轴重(kN)后轴重(kN)后轴数后轴轮组数后轴距(In)1东风EQ14023.769.21双轮组2解放CAlOB19.460.851双轮组3黄河JN15049101.61双轮组4依士兹TD5042.2801双轮组设计年限12车道系数0.7交通量平均年增长率10轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算交通量1307308054当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次：253设计年限内一个车道上累计当量轴次：1382312当进行半刚性基层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次：126设计年限内一个车道上累计当量轴次：688424公路等级二级公路公路等级系数Ll面层类型系数1基