道路结构设计计算书.doc

道路结构设计计算书1、累计当量轴数计算根据城市道路设计规范（CJJ 37-90），路面结构达到临界状态的设计年限：沥青混凝土路面的设计年限为15年；交通等级为重，设计初期设计车道的日标准轴载的轴数500n/dNli1500n/d，取Nli=1400n/d；=15%。设计年限内设计车道上标准轴载累计数：N=365Nli（1+）t-1/=24313590次2、结构组合与材料选取由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为2400 万次左右，根据规范推荐结构并考虑道路实际使用情况，路面结构层采用沥青混凝土（18cm）、基层采用二灰结石（30cm）、底基层采用二灰土（厚度待定）。规范规定城市次干道的面层由二至三层组成，查规范，采用三层沥青面层，表面层采用细粒式沥青混凝土（厚4cm），中间层采用中粒式沥青混凝土（厚6cm），下面层采用粗粒式沥青混凝土（厚7cm）。3、各层材料的抗压模量与劈裂强度查有关资料的表格得各层材料抗压模量（20）与劈裂强度材料名称结构层厚度（cm）20抗压模量（Mpa）15劈裂强度（Mpa）沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-13416001.7中粒式沥青混凝土AC-20612001.0粗粒式沥青混凝土AC-25710000.8二灰结石3015000.65二灰土？7500.25土基-30-道路结构示意图4cmA沥青玛蹄脂碎石混合料SMA-1316006cmB中粒式沥青混凝土AC-2012007cmC粗粒式沥青混凝土AC-25100030cmD二灰结石1500？E二灰土750土基304、土基回弹模量的确定该路段处于1区，为粘质土，路基处理后稠度为1.00，查相关表的土基回弹模量为30.0Mpa。5、设计指标的确定对于城市次干路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力的验算。a)设计弯沉值对于城市次干路，公路等级系数Ac=1.1;面层是沥青混凝土，面层类型系数As=1.0;对半刚性基层，基层类型系数Ab=1.0。路面设计弯沉值为：Ld=600Ne-0.2Ac·As·Ab=600×24000000-0.2×1.1×1.0×1.0=22.1（0.01mm）b)各层材料的容许层底拉应力R=细粒式沥青混凝土AC-13Ks=0.09·Ne0.22/Ac=0.09×240000000.22/1.1=3.44R=1.7/3.44=0.494Mpa中粒式沥青混凝土AC-20Ks=0.09·Ne0.22/Ac=0.09×240000000.22/1.1=3.44R=1.0/3.44=0.29Mpa粗粒式沥青混凝土AC-25Ks=0.09·Ne0.22/Ac=0.09×24000000.22/1.1=3.44R=0.8/3.44=0.23Mpa二灰结石Ks=0.35Ne0.11/Ac=0.35×240000000.11/1.1=2.06R=0.65/2.06=0.32Mpa二灰土Ks=0.45Ne0.11/Ac=0.45×240000000.11/1.1=2.65R=0.25/2.65=0.09Mpa6 设计资料总结设计弯沉值为22.1（0.01mm），相关资料汇总如下表：设计资料汇总表材料名称结构层厚度（cm）20抗压模量（Mpa）容许层底拉应力（Mpa）细粒式沥青混凝土AC-13416000.494中粒式沥青混凝土AC-20612000.29粗粒式沥青混凝土AC-25710000.23二灰结石3015000.32二灰土？7500.09土基-30-7、确定二灰土层厚度（换算成三层体系）h1=4cm E1=1400Mpa h1=4cm E1=1600Mpah1=6cm E2=1200Mpah1=7cm E3=1000Mpah1=30cm E4=1500Mpa H=? E2=1200Mpah1=? E5=750Mpa E0=30Mpa E0=30Mpa路表容许回弹弯沉值LR=l=1.1rs/N0.2=1.1×1.2×1.0/240000000.2=0.044cm路表回弹弯沉综合修正系数F=AF=1=1.47（l En/（2ptr）0.38=1.47×=0.585L=n1n2=3.531h=h1=4cmE1=1400MpaH=H2+E2=1200Mpa 查表得=6.3 查表得K1=1.52K2=0.369查表得：=5.6H=6.5=6.5×10.65=59.64cm根据H=H2+69.22=6+7×+30×+ h1h1=17.307cm 取h1=18cm8 弯拉应力验算A点 细粒式沥青混凝土层底h1=4cm E1=1400Mpa h=4cm E1=1400Mpah1=6cm E2=1200Mpah1=8cm E3=1000Mpah1=30cm E4=1500Mpa H=? E2=1200Mpah1=18cm E5=750Mpa E0=30Mpa E0=30MpaH=6+8×+30×+18×=60.835cmh/=4/10.65=0.38 E2/E1=0.86 E0/E2=0.025查图得a= -0.188MPa为压应力，不需验算。B点 中粒式沥青混凝土层底h1=4cm E1=1400Mpa h=？ E1=1200Mpah1=6cm E2=1200Mpah1=7cm E3=1000Mpah1=30cm E4=1500Mpa H=? E2=1000Mpah1=18cm E5=750Mpa E0=30Mpa E0=30Mpah=4×+6=10.16cmH=7+30×+18×=67.149cmh/=10.16/10.65=0.95 E2/E1=1000/1200=0.83 E0/E2=30/1000=0.03查图得a= -0.019MPa为压应力，不需验算。C点 粗粒式沥青混凝土层底h1=4cm E1=1400Mpa h=？ E1=1000Mpah1=6cm E2=1200Mpah1=7cm E3=1000Mpah1=30cm E4=1500Mpa H=? E2=1500Mpah1=18cm E5=750Mpa E0=30Mpa E0=30Mpah=4×+6×+7=17.631cmH=30+18×=38.33cmh/=18.63/10.65=1.655 E2/E1=1500/1200=1.5 E0/E2=30/1500=0.02查图得a= -0.033MPa为压应力，不需验算。D点 二灰结石层底h1=4cm E1=1400Mpa h=？ E1=1500Mpah1=6cm E2=1200Mpah1=7cm E3=1000Mpah1=30cm E4=1500Mpah1=18cm E5=750Mpa H=? E2=750Mpa E0=30Mpa E0=30Mpah=4×+6×+7×+30=46.065cmH=28cmh/=46.065/10.65=4.33 E2/E1=750/1500=0.5 E0/E2=30/750=0.04查图得a= 0.074Mpa=0.32MpaE点 二灰土层底h1=4cm E1=1400Mpa h=？ E1=1500Mpah1=6cm E2=1200Mpah1=8cm E3=1000Mpah1=30cm E4=1500Mpah1=28cm E5=750Mpa H=? E2=750Mpa E0=30Mpa E0=30Mpah=4×+6×+7×+30=46.065cmH=28cmh/=46.065/10.65=4.33 E2/E1=750/1500=0.5 E0/E2=30/750=0.04查图得a=0.07Mpa=0.09Mpa9、确定剪应力和抗剪强度1、路面结构等效换算h=h1=4cmH=h2+h3+h4+h5=6+7×+30×+18×=60.21cm计算剪应力和正应力由h/=4/10.65=0.376，E2/E1=1200/1400=0.857，E0/E2=30/1200=0.025，H/=69.36/10.65=6.512查图得=0.427，1=0.855，2=1.133查图得=1.125，1=1.046，2=0.97因而得f=0.3时=p=0.7×0.427×0.855×1.133=0.29Mpa=p=0.7×1.125×1.046×0.97=0.8Mpa缓慢制动时：=+1.3（f-0.3）p=0.29+1.3×（0.2-0.3）×0.7=0.2Mpa=+0.46（f-0.3）p=0.8+0.46×（0.2-0.3）×0.7=0.77Mpa已知沥青混凝土面层c=0.2Mpa，=37°，则=cos=0.2×cos37°=0.16Mpa=-（1+sin）=0.77-0.2×（1+sin37°）=0.45Mpa=c+tg=0.2+0.45×tg37°=0.54Mpa紧急制动时：=+1.3（f-0.3）p=0.29+1.3×（0.5-0.3）×0.7=0.47Mpa=+0.46（f-0.3）p=0.8+0.46×（0.5-0.3）×0.7=0.86Mpa=cos=0.47×cos37°=0.38Mpa=-（1+sin）=0.86-0.47×（1+sin37°）=0.11Mpa=c+tg=0.2+0.11×tg37°=0.28Mpa2、确定容许剪应力交叉口在设计年限内的停车标准轴数现按设计年限内设计车道上标准轴载累计数的8%计，即NT=0.08×24000000×（1+0.15）15=15623158次。则缓慢制动时：Kv（0.2）=0.33×NT0.15/Ac=0.33×156231580.15/1.2=3.3（中、小城市次干路Ac=1.2）=0.16Mpa紧急制动时：Kv（0.5）=1=0.28Mpa3、验算剪应力对于缓慢制动时：=0.16Mpa=0.16Mpa对于紧急制动时：=0.38Mpa=0.28Mpa显然，后一种情况（紧急制动时），不满足抗剪强度要求。为满足这一要求，可改变混合料组成设计或采用质量较好的沥青。