混凝土路面设计 Prepared on 22 November 2020
(一) 设计资料
公路自然区划为V 区，四级公路。

交通年增长率为%
路基土为低液限黏土，路床顶距底下水位2m ，路基处于干燥状态。

设计标准轴重BZZ100KN ，最重轴重P m =1.50KN （1） 标准轴载与轴载换算，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。

N s =
∑δi
n i=1N i (
P i 100
)10
（2） 标准轴载累计作用次数
由表 t=10年 gr=%
η取0.55
N e =N s [(1+gr )t −1]×365
gr
N e
=
320.405[(1+7.5%)10−1]×3657.5%=90.995×104
中交通荷载等级。

（3） 初拟路面结构
施工变异水平取中级，属于中交通等级荷载。

由规范表4-3初拟混凝土面层厚度为h c =0.21m
查公路工程技术标准四级公路设计车速取20KM/h 单向路幅宽度为。

基层采用水泥稳定砂砾基层。

纵缝为设拉杆平缝。

横缝为设传立杆平缝。

（4） 路面材料参数确定
由表，面层混凝土的弯拉应力取
砾石粗集料的热膨胀系数αc =11×10−6/℃
混凝土弯拉弹性模量与泊松比为29GPa
低液限黏土的回弹模量取80MPa
低液限黏土距底下水位2m 的
湿度调整系数可取（查表） 路床顶综合回弹模量取为E 0==64
水泥稳定砂砾基层的弹性模量取2000MPa ,泊松比取 板底地基回弹综合模量 E x =
∑ℎi 2
n i=1E i ∑ℎi
2n i=1⁄
=3000MPa ℎx =∑ℎi =0.2m n
i=1
α=0.26ln (ℎx )+0.86
=0.26ln (0.2)+0.86=0.442
E t =（E x E 0
）α
E 0
=（200064）
0.442
×80
=366.28MPa
板底地基综合回弹模量E t 取365MPa
混凝土面板的弯曲刚度D c D C =(
E C ℎ3
c
12(1−V c
2))=
29000×0.21312(1−0.162)
=22.968MN .m
半刚性基层的弯曲刚度D C D b =(
E b ℎ3
b
12(1−V b 2))=
2000×0.2312(1−0.212)
=1.39MN .M
路面结构总相对刚度半径 r g =1.21(
D C +
D b
E t
)
13
=1.21(22.968+1.39
366.28t )
1
3
=0.490m
（5） 荷载应力
设计轴载和极限荷载在临界荷位处产生的荷载应力： σps
=1.45×10−31+D b D
C ⁄r g 0.65ℎc −2P s 0.94=
σps
= 1.45×10−31+1.3922.968⁄0.4900.65×0.21−2×1000.94=1.492MPa
σps
=1.45×10−3
1+D b D
C
⁄
r g0.65ℎc−2P m0.94=
σps
=
1.45×10−3
1+1.3922.968
⁄
0.4900.65
×0.21−2×1500.94
=2.184MPa
面层荷载疲劳应力，面层最大荷载应力：
σpr=k r k f k cσps
=0.88×2.186
×1×1.492
=2.870MPa σpmax=k r k cσpm
=0.88×1
×2.184
=2.870MPa 其中：应力折减系数k r= 0.88，四级公路综合系数k c=，疲劳应力系数
k f=Ne v=(90.995
×104)0.057
=2.186
（6）温度应力
最大温度梯度取88℃/m
综合温度翘曲应力和内应力的
温度应力系数B L
K n=
1
2
(
ℎC
E c
+
ℎb
E b
)
−1
=
1
2
(
0.21
29000
+
0.20
2000
)
−1
=
4662.4Mpa
m
rβ=(
D C D b
(D C+D b)K n
)
1
4
=(
22.968×0.495
(22.968+0.495)4662.4
)
1
4 =
0.10
ξ=−
(K n r g4−D C)rβ3
(K n rβ−D C)r g3
=−
(4662.4×0.4904−22.968)0.1013
(4662.4×0.1014−22.968)0.4903 =0.094
t=L
g
=
5
=3.367
C L =1
−(1
)
sinh(3.367)cos(3.367)+cosh(3.367)sin(3.367) ()()()() C L=1−(1
1+0.094
)×(−0.083)=
其中转化为角度制等于192°
54′63″
sinh(x)=
e x−e−x
2
cosh(x)=
e x+e−x
2
B L=1.77e−4.48(ℎc)
C L
−0.131(1−C L)
B L=1.77e−4.48(0.2)1.076
−0.131(1
−1.076)=0.787
（7）面层复合板最大温度应力
σtmax=σc E c h c T g
2B L
=11×10−6×29000×0.2×88
2
×0.787
温度疲劳应力系数K t：
K t=
f r
σtmax
[a t(
σtmax
f r
)
b t
−C t]
=
4.5
2.20
[0.871(
2.2
4.5
)
1.287
−0.071]=0.564
a t=0.871
b t=1.287 C t=0.071σtr=K tσtmax=2.20×0.564=1.24MPa （8）结构极限状态校核
三级安全等级，中等变异水平
条件下，可靠度系数Υr
取1.05
Υr(σpr+σtr)=1.05
×(2.87+1.24)
=4.32≤f r
=4.5MPa
Υr(σpmax+σtmax)
=1.05
×(2.2+1.922)
=4.32≤f r
=4.5Mpa
满足结构极限状态要求，所选
的普通混凝土面层计算厚度可
以承受设计基准期内设计轴载
荷载和温度梯度的综合疲劳作用，以及最重轴载在最大温度梯度时的一次极限作用。

再加6mm刻槽磨耗厚度取整后，混凝土面层设计厚度为。