路面设计中如何考虑交通荷载作用?
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发布时间：2024-10-23 13:58
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时间：2024-11-09 18:07
原始资料
公路自然区划： Ⅱ区
公路等级： 二级公路
路基土质： 粘质土
路面宽度(m)： 9
初期标准轴载： 2100
交通量平均增长： 5
板块厚度(m)： 0.22
基层厚度(m)： 0.18
垫层厚度(m)： 0.15
板块宽度(m)： 4.5
板块长度(m)： 5
路基回弹模量： 30
基层回弹模量： 1300
垫层回弹模量： 600
基层材料性质： 柔性
纵缝形式： 设拉杆平缝
温度应力系数： 4.5
计算类型： 普通水泥混凝土路面厚度计算
二、交通分析
根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P6表3.0.1《可靠度设计标准》，本道路的等级为二级公路，故设计基准期为20年，安全等级为三级。由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P38表A.2.2《车辆轮迹横向分布系数》，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取.39。，交通量的年增长率为5%。按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P38公式A.2.2计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：
Ne=Ns*[(1+gr)^t-1]*365*η/gr=9884571次
按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P7表3.0.5《交通分级》可确定轴载等级为：重交通等级。
三、初拟路面结构
初拟水泥混凝土路面厚度为：0.22m，基层选用柔性材料，厚度为0.18m，垫层厚度为0.15m。水泥混凝土面板长度为：5m，宽度为4.5m。纵缝为设拉杆平缝。
四、路面材料参数确定
按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P8表3.0.6《混凝土弯拉强度标准值》可确定混凝土弯拉强度标准值为：5MPa。根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P53表F.3《水泥混凝土弯拉弹性模量经验参考值》可确定弯拉弹性模量为31000MPa。
路基回弹模量选用：30MPa。基层回弹模量选用1300MPa。垫层回弹模量选用600MPa。
按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P40公式B.1.5计算基层顶面当量回弹模量如下：
Ex=(h1*h1*E1+h2*h2*E2)/(h1*h1+h2*h2)=1013(MPa)
Dx=E1*h1^3/12+E2*h2^3/12+(h1+h2)^2/4*(1/(E1*h1)+1/(E2*h2)^(-1))=2.57(MN-m)
hx=(12*Dx/Ex)^(1/3)=.312(m)
a=6.22*[1-1.51*(Ex/Ed)^(-0.45)]=4.293
b=1-1.44*(Ex/E0)^(-0.55)=.792
Et=a*hx^b*E0*(Ec/Et)^(1/3)=165(MPa)
五、荷载疲劳应力计算
按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P39公式B.1.3-1计算标准轴载载临界处产生的荷载应力：
σps=0.077*r^0.6h^(-2)=1.259(MPa)
由于纵缝形式为设拉杆平缝故接缝传荷能力的应力折减系数为Kr=.92。
设计基准年内荷载应力的累计疲劳作用的疲劳应力系数计算为：
kf=Ne^n=2.504451。
按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P39表B.1.2《综合系数Kc》确定偏载和动载等因素对路面疲劳影响的综合系数为kc=1.2
按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P39公式B.1.2计算荷载的疲劳应力3.481(MPa)
六、温度疲劳应力计算
根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P8表3.0.8《最大温度梯度标准值Tg》可确定最大温度梯度为88℃/m。由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P42图B.2.2可确定温度应力系数Bx为0.71，按公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P41公式B.2.2可计算混凝土板的翘曲应力为：
σtm=σc*Ec*h*Tg*Bx/2=2.131(MPa)
根据公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P42公式B.2.3计算温度疲劳应力系数为：
kt=fr/σtm*[a*(σtm/ct)^c-b]=.532
a,b,c为回归系数，由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P42表B.2.3确定。
由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P41公式B.2.1可计算温度疲劳应力为：
σtr=kt*σtm=1.134MPa
由公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2000)P6表3.0.1可确定本项目道路的安全等级为：三级，确定可靠度系数为1.13
计算综合应力为：
ν(σpr+σtr)=5.215(MPa)
因此，所选的混凝土面板厚度不能满足设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用
