公路水泥混凝土路面设计新规范混凝土板厚度计算示例
水泥混凝土路面厚度计算
2
混凝土面层板旳温度翘曲应力系数CL
cosh x ex ex
CL
1
sinh t cos t cosh t sin t cos t sin t sinh t cosh t
2
t L / 3r
温度疲劳应力系数kt
kt
fr
t.max
at
t . max
fr
bt
ct
6 温度应力计算----弹性地基双层板模型
不同轴重级位旳设计轴载当量换算系数 车道使用早期旳设计轴载日作用次数
k p,ij
Pij Ps
16
Ns
ADTT 3000
i
ni
(k p,ij pij )
j
各类车辆旳设计轴载当量换算系数
k p,k k p,ij pij
ij
车道使用早期旳设计轴载日作用次数
N s ADTT (k p,k pk )
横向胀缝：确保板在温度升高是能部分伸长，从而防止路面 板在热天旳拱胀和折断破坏，同步胀缝也能起到缩缝旳作用。 在邻近桥梁或其他固定构筑物处，或者与其他道路相交处， 应设横向胀缝。
3 路面材料参数拟定
4 力学模型旳选择
弹性地基单层板模型
合用于粒料基层上混凝土面层旧沥青路面加铺混凝土面层， 面层板下列部分按弹性地基处理
横向接缝设置（缩缝、胀缝和施工缝）：
横向施工缝：每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须 设横向施工缝，其位置宜选在缩缝或胀缝处，设在缩缝处旳 施工缝，应采用加传力杆旳平缝，设在胀缝处旳施工缝，其 构造同胀缝；
横向缩缝：确保板因温度和湿度旳降低而收缩时沿该单薄断 面缩裂，从而防止产生不规则裂缝。应采用假缝形式，极重、 特重和重交通荷载公路旳横向缩缝，中档和轻交通荷载公路 邻近胀缝或自由端部旳3条横向缩缝，收费广场旳横向缩缝， 应采用设传力杆假缝；
公路水泥混凝土路面设计新规范混凝土板厚度计算示例
公路水泥混凝土路面设计新规范混凝土板厚度计算示例公路水泥混凝土路面设计是公路工程中的一个重要环节，路面的设计合理与否直接关系到道路使用寿命和交通安全。
在公路水泥混凝土路面设计新规范中，混凝土板厚度的计算是一个关键步骤。
下面将通过一个示例来详细介绍混凝土板厚度的计算方法。
假设其中一道路路段要新建一条公路水泥混凝土路面，基础土质为II类路基，交通量为1000辆/日，设计寿命为20年。
现在需要计算该路段的混凝土板厚度。
首先，根据新规范的要求，需要计算设计车辆组合的轴重、作用系数和总轴重。
1.设计车辆组合的轴重计算根据交通量和设计寿命，需要确定设计车辆组合。
假设设计车辆组合为：轿车（设计重量2t）、货车（设计重量8t）和重型卡车（设计重量10t）。
根据交通量和车辆类型，计算重型卡车的设计车辆比例：重型卡车设计车辆比例=重型卡车日交通量/总交通量=100辆/日/1000辆/日=0.1轿车和货车的设计车辆比例为：(1-0.1)/2=0.45根据设计车辆组合，计算设计车辆组合的轴重：轴重=轿车轴重系数*轿车设计重量+货车轴重系数*货车设计重量+重型卡车轴重系数*重型卡车设计重量假设轿车轴重系数为0.2，货车轴重系数为0.4，重型卡车轴重系数为0.6轴重=0.2*2+0.4*8+0.6*10=11.6t2.作用系数的计算作用系数是根据路面结构、排水状况等因素来确定的，不同的路段有不同的作用系数。
假设该路段的作用系数为1.23.总轴重的计算总轴重=轴重*作用系数=11.6*1.2=13.92t4.混凝土板厚度的计算根据总轴重和基础土质等因素，可以使用新规范提供的表格来查找混凝土板厚度。
假设基础土质为II类路基，根据表格查找到的混凝土板厚度为35cm。
通过以上计算，可以得到该路段的混凝土板厚度为35cm。
需要注意的是，混凝土板厚度的计算还需要考虑其他因素，如气候条件、路面结构等。
在实际设计中，还需要结合实际情况进行调整和优化，以确保道路的使用寿命和安全性。
示例 水泥混凝土面板厚度计算
示例水泥混凝土面板厚度计算公路自然区划Ⅳ区新建一条一级公路，路基土为低液限粉土，路床顶距地下水位1．0m，当地粗集料以砾石为主。
拟采用普通混凝土面层，基层采用水泥稳定砂砾。
经交通调查分析得知，设计轴载为P s＝100kN，最重轴载P m＝180kN，设计车道使用初期标准轴载日作用次数为3200，交通量年平均增长率为5％。
(1)交通分析由表3．0．1，一级公路的设计基准期为30年，安全等级为一级。
由附录表A．2．4，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0．22。
按式(A．2．4)计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数：由表3．0．7可知，属重交通荷载等级。
(2)初拟路面结构施工变异水平取低等级。
根据一级公路重交通荷载等级和低变异水平等级，查表4-3，初拟普通混凝土面层厚度为0．26m，水泥稳定砂砾基层0．20m，底基层选用级配砾石，厚0．18m。
单向路幅宽度为2×3．75m(行车道)＋2．75m(硬路肩)，行车道水泥混凝土面层板平面尺寸取5．0m×3．75m，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凝土，并设拉杆与行车道板相连。
(3)路面材料参数确定按表3．0．8和附录E．0．3，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5．0MPa，相应的弯拉弹性模量与泊松比为31GPa、0．15。
砾石粗集料混凝土的线膨胀系数αc＝11×10-6/℃。
查表E．0．1-1，取低液限粉土的回弹模量为100MPa。
查表E．0．1-2，取距地下水位1．0m时的湿度调整系数为0．80。
由此，路床顶综合回弹模量取为100×0．80＝80MPa。
查附录E．0．2，水泥稳定砂砾基层的弹性模量取2000MPa，泊松比取0．20，级配砾石底基层回弹模量取250MPa，泊松比取0．35。
按式(B．2．4-1)～式(B．2．4-4)计算板底地基综合回弹模量如下：按式(B．3．1)计算温度疲劳应力：σtr＝k tσt,max＝0．442×1．79＝0．79MPa(6)结构极限状态校核查表3．0．4，一级安全等级，低变异水平条件下，可靠度系数γr取1．14。
水泥混凝土路面板厚计算
力(MPa)； σps——标准轴载PS 在四边自由板的临界荷位处产生
的荷载应力(MPa) ； kr ——考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设
拉杆的平缝时，kr =O.87～O.92(刚性和半刚性基层取低值， 柔性基层取高值)；纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，kr =1.O；纵缝为设拉杆的企口缝时，kr=0.76～O.84；
水泥混凝土路面板厚计算
板 厚 计 算 流 程 图
首先，根据相关的设计依据，进行行车道路面结构的 组合设计(初拟路面结构，包括路床、垫层、基层和面层 的材料类型和厚度)。
其次并按水泥混凝土面层厚度建议范围，依据交通等 级、公路等级和所选变异水平等级初选混凝土板厚度。
然后，参照混凝土板厚度计算流程，分别计算荷载疲 劳应力和温度疲劳应力。
调查分析双向交通的分布情况，选取交通量方向分配 系数，一般情况可采用O.5。依据设计公路的车道数，参 照下表确定交通量车道分配系数。
使用初期年平均日交通量(双向)乘以方向分配系数和 车道分配系数，即为设计车道的年平均日货车交通量量 (ADTT)。
2.设计基准期内交通量的年平均增长率
设计基准期内交通量的年平均增长率，可按公路等级 和功能以及所在地区的经济和交通发展情况，通过调查分 析，预估设计基准期内的交通增长量，确定交通量年平均 增长率gr。
kf ——考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲 劳应力系数计算确定；
kc——考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综 合系数，按公路等级查表确定。
3.标准轴载PS 在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力 计算
式中： σps——标准轴载PS 在四边自由板临界荷位处产生的
水泥混凝土路面结构厚度计算
水泥混凝土路面结构厚度计算设计内容：新建单层水泥混凝土路面设计公路等级：一级公路变异水平的等级：低级可靠度系数：1.16面层类型：普通混凝土面层1.交通荷载分析序号路面行驶前轴数前轴重后轴数后轴重拖挂部分拖挂部分交通量车辆名称(kN)(kN)的轴数轴重(kN)1标准轴载001100007602序号分段时间(年)交通量年增长率15 4.92106.6 6354.0 2410 3.5行驶方向分配系数.5轮迹横向分布系数.22设计轴载100kN最重轴载180kN路面的设计基准期：30年设计基准期内设计车道上设计轴载累计作用次数路面承受的交通荷载等级：重交通荷载等级混凝土弯拉强度5MPa31000MPa混凝土面层板长度5m面层最大温度梯度88C/m数.87混凝土线膨胀系数710-6/C 车道分配系数.51.071584E+07混凝土弹性模量地区公路自然区划IV接缝应力折减系基（垫）层类型----新建公路路基上修筑的基（垫）层2.路面结构参数普通混凝土面层，0.26m,31000MPa水泥稳定碎石上基层,0.18m,1500MPa水泥稳定碎石下基层,0.18m,1300MPa级配碎石底基层,~~0.2m,300MPa土基,60MPa图1路面结构层示意图一级公路的安全等级为一级，根据实际的施工水平，变异水平取低。
施工时水泥混凝土弯拉强度、弯拉弹性模量的施工控制上限为0.1；基层顶面当量回弹模量的施工控制上限为0.25;水泥混凝土面层厚度的施工控制上限为0.04。
按表3.0.8和附录E.0.3-1,面层普通混凝土的弯拉强度标准值为5MPa相应的弯拉弹性模量标准值为31000Mpa泊松比为0.15。
查表E.0.3-2石灰岩粗集料混凝土的系膨胀系数%c=7x10-6/C o查附录 E.0.2-2,水泥稳定碎石上基层的弹性模量取1700Mpa水泥稳定碎石下基层的弹性模量取1300Mpa泊松比取0.2,查表E.0.2-1级配碎石底基层回弹模量取300Mpa泊松比取0.35。
水泥混凝土路面厚度计算
16
Ns
ADTT 3000
ni (k p,ij pij )
i
j
各类车辆的设计轴载当量换算系数
k p,k k p,ij pij
ij
车道使用初期的设计轴载日作用次数
N s ADTT (k p,k pk )
k
设计轴载累计作用次数
最重轴载在上层板临界荷位处产生的最大荷载应力 p.max
p,max kr kc pm
pm
1.45 103 1 Db Dc
h P 0.65 2 0.94
g cm
pm——最重轴载Pm 在四边自由板临界荷位处产生的最大荷载应力
（MPa），设计轴载Ps改为最重轴载Pm（以单轴计，kN）；
ct
6 温度应力计算----弹性地基双层板模型
在面层板临界荷位处产生的温度疲劳应力σtr
tr kt t,max
最大温度梯度时混凝土面层板最大温度应力σt,max
t,max
c EchcTg
2
BL
综合温度翘曲应力和内应力的温度应力系数BL
BL 1.77e-4.48hcCL 0.131 1 CL
N S
n i 1
Ni
Pi PS
16
设计轴载累计作用次数
Ne
Ns
1
gr t
gr
1
365
交通调查与分析
初期年平均日货车交通量（双向） 方向分配系数，一般0.5-0.6 车道分配系数 设计车道的年平均日货车交通量（ADTT） 货车交通量的年平均增长率gr
水泥混凝土路面厚度计算书
水泥混凝土路面厚度计算书水泥混凝土路面厚度计算书一、原始资料公路自然区划：Ⅳ区公路等级：高速公路路基土质：粘质土路面宽度(m)：15初期标准轴载：1500交通量平均增长：8板块厚度(m)：0.27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：28基层回弹模量：1300垫层回弹模量：600基层材料性质：刚性和半刚性纵缝形式：设拉杆企口缝温度应力系数： 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》，本道路的等级为高速公路，故设计基准期为30年，安全等级为一级。
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.22。
，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=1.364496E+07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：0.27m，基层选用刚性和半刚性材料，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。
纵缝为设拉杆企口缝。
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：28MPa。
混凝土路面厚度设计标准
混凝土路面厚度设计标准一、前言混凝土路面作为公路建设的重要组成部分，其厚度设计是保证路面强度和使用寿命的重要因素。
本文将从设计依据、厚度计算、设计参数等方面，详细介绍混凝土路面厚度设计标准。
二、设计依据混凝土路面厚度设计应遵循以下标准：1.《公路工程混凝土路面设计规范》（JTG D50-2017）2.《公路工程设计标准》（JTG B01-2014）3.《公路工程施工与验收规范》（JTG F40-2004）4.《公路工程质量验收规范》（JTG H20-2017）5.《公路工程沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）三、设计参数混凝土路面的设计参数包括材料参数、环境参数和荷载参数。
1.材料参数混凝土路面的材料参数包括混凝土强度等级、混凝土厚度、水泥用量、骨料用量、水灰比等。
其中，混凝土强度等级应根据路面所在区域的气候条件、交通量、荷载类型等因素综合考虑确定。
2.环境参数混凝土路面的环境参数包括气候条件、地理位置、地形地貌等。
其中，气候条件包括温度、降雨量、湿度等，应根据路面所在地区的气候条件确定。
3.荷载参数混凝土路面的荷载参数包括车辆荷载、轮压、轴距、速度等。
其中，车辆荷载应根据路面所在地区的货物运输量、车辆类型等因素综合考虑确定。
四、厚度计算混凝土路面的厚度计算应根据设计参数进行综合计算。
具体计算方法如下：1.根据路面所在区域的气候条件、交通量、荷载类型等因素综合考虑，确定混凝土强度等级。
2.根据路面设计标准，确定混凝土厚度。
3.根据所选用的混凝土强度等级、混凝土厚度、水泥用量、骨料用量、水灰比等参数，计算混凝土的抗压强度。
4.根据路面所在地区的气候条件、地理位置、地形地貌等因素，确定荷载参数。
5.根据所确定的荷载参数，计算混凝土路面的弯曲应力。
6.根据混凝土路面的弯曲应力和抗压强度，计算混凝土路面的厚度。
7.根据计算结果，对混凝土路面的厚度进行调整。
五、设计实例以一条道路为例，假设路面所在地区为北京市，设计交通量为2000辆/日，道路设计速度为60km/h，轴重为100KN，轴距为4m，混凝土强度等级为C30，混凝土厚度为25cm，水泥用量为350kg/m3，骨料用量为1100kg/m3，水灰比为0.5。
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公路水泥混凝土路面设计新规混凝土板厚度计算示例
容提要本文主要把《公路水泥混凝土路面设计规》（JTG D40-2011）中的计算每个示例，加上标题、要点、提示，便于学习和查阅。
关键词公路水泥混凝土路面设计规计算示例
示例1 粒料基层上混凝土面板厚度计算
要点（弹性地基单层板模型）
序号路面结构厚度（m）备注
1 普通水泥混凝土面层0.23 Fr=4.5 MPa
2 级配碎石0.20 E=300 MPa
3 路基:低液限黏土查表E.0.1-1 E=80 MPa
距地下水位1.2m，查表E.0.1-2 湿度调正系数0.75
路床顶综合回弹模量 E=80×0.75=60 MPa
（1）二级公路设计轴载累计作用次数 Ne=74.8×10次中等交通荷载等级
（2）板底当量回弹模量值 Et=120 MPa;
（3）设计轴载 Ps=100 KN ;最重轴载 Pm=180 KN ；
（4）设计厚度0.25m=计算厚度0.24m+0.01m ；
示例 2 水泥稳定粒料基层上混凝土面板厚度计算
要点（弹性地基双层板模型）
序号路面结构厚度（m）备注
1 普通水泥混凝土面层0.26 Fr=5.0 MPa
2 水泥稳定砂砾0.20 E=2000 MPa
3 级配砾石0.18 E=250 MPa
4 路基:低液限粉土查表E.0.1-1 E=100 MPa
距地下水位1.0m，查表E.0.1-2 湿度调正系数0.80
路床顶综合回弹模量 E=100×0.80=80 MPa
（1）一级公路设计轴载累计作用次数 Ne=1707×10次重交通荷载等级；
（2）板底当量回弹模量值 Et=125 MPa；
（3）设计轴载 Ps=100 KN ;最重轴载 Pm=180 KN；
（4）由面板、半刚性基层的弯曲刚度，求出路面结构总想对刚度半径rg,再计算面层、基层荷载、温度应力（下层板温度应力不需计算）；
（5）设计厚度0.27m=计算厚度0.26m+0.01m ；
示例 3 碾压混凝土基层上混凝土面板厚度计算
要点（弹性地基双层板模型）
序号路面结构厚度（m）备注
1 普通水泥混凝土面层0.30 Fr=5.0 MPa
2 沥青混凝土夹层0.04
3 碾压混凝土0.18 Fr=4.0 MPa
4 级配碎石0.20 E=250 MPa
5 路基:低液限粉土查表E.0.1-1 E=95 MPa
距地下水位2.0m，查表E.0.1-2 湿度调正系数0.85
路床顶综合回弹模量 E=95×0.85=80 MPa
（2）板底当量回弹模量值 Et=130 MPa ；
（3）设计轴载 Ps=100 KN ;最重轴载 Pm=250 KN；
（4）由面板、半刚性基层的弯曲刚度，求出路面结构总想对刚度半径rg,再计算面层、基层荷载、温度应力（下层板温度应力不需计算）；
（5）面层与基层竖向接触刚度设夹层取 3000 MPa,不设夹层按式（B.5.2-5）计算；
（6）设计厚度0.31m=计算厚度0.30m+0.01m ；
示例 4 面层复合板的厚度计算 序号 路面结构 厚度（m ） 备注 1 橡胶水泥混凝土 0.08 Fr=4.5 MPa 2 普通水泥混凝土面层 0.17
Fr=5.0 MPa 3 水泥稳定碎石 0.20 E=2000 MPa 4 级配砾石 0.20 E=250 MPa
5
路基:低液限黏土
查表E.0.1-1 E=80 MPa 距地下水位0.9m ，查表E.0.1-2 湿度调正系数0.70 路床顶综合回弹模量 E=80×0.70=60 MPa
（1） 一级公路 设计轴载累计作用次数 Ne=400×10次 重交通荷载等级； （2） 板底当量回弹模量值 Et=110 MPa ；
（3） 设计轴载 Ps=100 KN ;最重轴载 Pm=180 KN ；
（4） 先计算出复合板的等效弯曲刚度c D ~、c h ~
等效厚度、半刚性基层板的弯曲刚度b D 、路面结构总
想对刚度半径g r ，再计算复合板的荷载、温度应力；
（5） 计算厚度0.08m 的橡胶水泥混凝土与0.17m 的普通混凝土复合而成的面层满足要求。
示例 5 旧混凝土路面上加铺沥青混凝土设计
要点：复合式面板，沥青上面层的作用主要是提供路面的表面使用功能，并有一定承载作用，通过分析增加40mm沥青上面层方可减小10mm混凝土下面层厚度。
混凝土板是主要承载层，其作用类似于普通混凝土面层，这是计算分析及设计的主要着眼点。
通过对有沥青上面层的混凝土板的三维有限元法分析，得出了荷载应力与温度应力的修正公式及有关计算系数，并绘制出计算诺模图。
计算时，应先求无沥青上面层时混凝土板的应力，之后再考虑沥青上面层的影响，从而得到有沥青上面层的混凝土
序号路面结构厚度（m）备注
1 沥青混凝土加铺层0.10 细粒式沥青混凝土40mm
粗粒式沥青混凝土60mm
2 旧混凝土面层0.26 Fr=4.5 MPa（调查实测）
3 基层顶面调查结果基层顶面回弹模量标准值E=100 MPa
荷载等级；
（2）设计轴载 Ps=100 KN ;最重轴载 Pm=200 KN ;
（3）旧路通车10年，再设计使用年限30年，是由于沥青加铺层保护作用，可再使用30年；（4）经计算，所选沥青混凝土加铺层厚度（0.1m），使得旧混凝土面层不仅可以承受设计基准期荷载应力和温度应力的综合疲劳作用，也可以承受最重轴载在最大温度梯度时的一次作用。
示例 6 连续配筋混凝土路面配筋设计
要点：连续配筋混凝土路面厚度设计方法和流程与普通混凝土路面相同，其面层纵向配筋率确定方法以横向裂缝平均间距、横向裂缝缝隙平均宽度以及钢筋屈服强度作为控制标准，是参考美国力学—经验法设计指南中引用的连续配筋混凝土路面纵向配筋率计算方法得出的。
对原规关于连续配筋混凝土路面纵向配筋率计算的相关容做了校大修改。
序号路面结构厚度（m）备注
1 连续配筋混凝土面层0.26 Fr=5.0 MPa，fc=4
2 MPa,ft=3.22 MPa
2 水泥稳定碎石0.18 E=2000 MPa
3 路基：黏土
（1）一级公路重交通荷载等级；
（2）纵向钢筋选用HRB335钢筋，设配筋率ρ=0.75%，钢筋的埋置深度ζ=0.10m，钢筋直径d s=16mm （3）计算横向裂缝间距：平均裂缝间距：计算得到Ld = 0.722 m≈0.72m（小于裂缝平均间距1.80m 的要求）。
（4）计算横向裂缝平均缝隙宽度：bj=0.453≈0.45mm，小于缝隙平均宽度0.50mm的要求。
（5）计算裂缝处纵向钢筋应力：bs=323.162 MPa（小于钢筋屈服强度335MPa）
（6）计算结果满足裂缝宽度、裂缝间距和裂缝处钢筋的应力三方面的要求，因此初拟的纵向钢筋配筋率是合适的。
（7）钢筋间距或根数计算 :或每延米纵向钢筋根数为1/0.103=9.7≈10根
（8）横向钢筋按6.2.1条计算确定，并应满足施工时固定和保持纵向钢筋位置的要求。
横向钢筋应位于纵向钢筋之下；横向钢筋间距宜为300～600mm，直径大时取大值；横向钢筋宜斜向设置，其与纵向钢筋放入夹角可取60°。