适用于倒装基层水泥混凝土路面的结构层厚度设计方法

摘要

本发明公开了一种适用于倒装基层水泥混凝土路面的结构层厚度设计方法，包括以下步骤：计算板底地基综合当量回弹模量；计算倒装基层的等效弯曲刚度和等效厚度；利用等效弯曲刚度和等效厚度的计算结果并按弹性地基双层板模型计算荷载应力、荷载疲劳应力、层间接触状况参数、竖向接触刚度、最大温度应力和温度疲劳应力等；进行结构极限状态校核，以不产生极限断裂作为验算标准，确定拟定的倒装基层水泥混凝土路面的结构层厚度是否满足要求。本发明能有效避免倒装基层水泥混凝土路面因结构层厚度设计不合理而产生不必要的浪费和出现早期损坏严重的问题，有良好的社会与经济效益。

主权项

一种适用于倒装基层水泥混凝土路面的结构层厚度设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)计算板底地基综合当量回弹模量E_t(2)计算倒装基层的等效弯曲刚度和等效厚度根据沥青混凝土或密级配沥青稳定碎石上基层的弹性模量E₁及厚度h₁(h₁≥0.06m)、刚性或半刚性下基层的弹性模量E₂及厚度h₂，按加权平方和的方法计算倒装基层的当量回弹模量E_x：$E_x=\frac{h_1^2{E}_1+h_2^2{E}_2}{h_1^2+h_2^2}$倒装基层的等效弯曲刚度D_x为：$D_x=\frac{E_1{h}_1^3}{12(1-{v_1}^2)}+\frac{E_2{h}_2^3}{12(1-{v_2}^2)}$倒装基层的等效厚度h_x为：$h_x={\left\{\frac{1}{E_x}\right[E_2{h_2}^3+\frac{E_1{h_1}^3(1-{v_2}^2)}{1-{v_1}^2}\left]\right\}}^{1/3}$(3)计算荷载应力根据水泥混凝土面层板的弹性模量E_c、厚度h_c、泊松比v_c，计算面层板的弯曲刚度D_c：$D_c=\frac{E_c\times {h_c}^3}{12\times (1-{v_c}^2)}$计算路面结构总相对刚度半径r_g：$r_g=1.21{\left(\frac{D_c+D_x}{E_t}\right)}^{1/3}$按弹性地基双层板模型计算标准轴载100kN、最重轴载P_m(根据调查得出)在临界荷位处的荷载应力σ_ps、σ_pm：${\sigma }_{ps}=\left(\frac{1.45\times {10}^{-3}}{1+\frac{D_x}{D_c}}\right)\times r_g^{0.65}\times h_c^{-2}\times {100}^{0.94}$${\sigma }_{pm}=\left(\frac{1.45\times {10}^{-3}}{1+\frac{D_x}{D_c}}\right)\times r_g^{0.65}\times h_c^{-2}\times P_m^{0.94}$当倒装基层为沥青混凝土上基层与刚性下基层组成时，需计算倒装基层在临界荷位处的荷载应力σ_bps：${\sigma }_{bps}=\left(\frac{1.41\times {10}^{-3}}{1+\frac{D_c}{D_x}}\right)\times r_g^{0.68}\times h_x^{-2}\times {100}^{0.94}$(4)其他计算与设计内容按弹性地基双层板模型，计算面层板的荷载疲劳应力、最重轴载P_m产生的最大荷载应力，当倒装基层为沥青混凝土上基层与刚性下基层组成时，还需计算倒装基层的荷载疲劳应力，以及面层板的最大温度应力和温度疲劳应力，计算过程中层间接触状况参数r_β计算如下：$r_{\beta }={\left[\frac{D_c\times D_x}{(D_c+D_x)\times k_n}\right]}^{1/4}$式中：k_n为竖向接触刚度，当倒装基层为沥青混凝土上基层与刚性下基层组成时，k_n取3000MPa/m；当倒装基层为密级配沥青稳定碎石上基层和半刚性下基层组成时：$k_n=\frac{1}{2}{(\frac{h_c}{E_c}+\frac{h_x}{E_x})}^{-1}$根据可靠度系数和面层板的荷载疲劳应力、温度疲劳应力、最大荷载应力、最大温度应力的计算结果，当倒装基层为沥青混凝土上基层与刚性下基层组成时，还需根据倒装基层的荷载疲劳应力，进行结构极限状态校核，以不产生极限断裂作为验算标准，确定拟定的倒装基层水泥混凝土路面的结构层厚度是否满足要求，如不满足要求则重复上述过程，直至结构极限状态校核通过。