高速公路服务区水泥混凝土路面设计方法研究

高速公路服务区水泥混凝土路面设计方法研究 杨跃焕 摘要：高速公路服务区道路与普通道路的交通流存在差异。服务区路面厚度依据中华人民共和国行业 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 理论计算，本文主要是对动荷载因素影响进行分析，讨论计算水泥混凝土路面厚度；受服务区内服务设施的影响，进行板块划分设置伸缩缝，以减少应力应变，避免局部应力集中、板面翘曲，适当延长路面的使用寿命。 关键词：水泥混凝土 路面 力学分析 设计方法 Abstract: service area highway roads and ordinary road traffic flow in different ways. The service area pavement thickness according to industry standards of the People's Republic of theoretical calculation, this paper is mainly to the dynamic load factors are analyzed, and the discussion of cement concrete pavement thickness calculation; The service facilities by service, the effects of the division for plate setting expansion joints, in order to reduce stress, strain, avoiding local stress concentration, board face warping, extend the service life of the road. 现代经济的发展伴随着重型交通、快速交通日趋增长，高速公路在今年来也得以突飞猛进的发展，完善、安全、高水平的服务设施是高速公路的重要组成部分。由于交通量的剧增，服务区水泥混凝土路面的破坏现象日趋严重，其原因可以归结为以下几点， 服务区道路与正常道路上行车存在组织上的差异 设计做的不完善，没有做针对性的考虑 场地条件限制造成 施工 文明施工目标施工进度表下载283施工进度表下载施工现场晴雨表下载施工日志模板免费下载 质量不均匀。 1 服务区路面特点 服务区是为驾驶员乘客提供临时休息、加油、车辆保养等服务功能的地方。高效便捷的服务功能决定了服务区是封闭高速公路交通的重要组成部分。服务区的道路按使用功能可以划分为行车通道、停车道（停车场）、人行道区域。行车道停车道在服务区是破坏较为严重的，这是因为，驶入驶出服务区的车辆行车速度慢、刹车、停车、起步极为频繁，路面承受很大荷载，且作用时间较长。这就要求路面具有一定的强度和刚度，同时具有抗剪和表面耐磨耗能力。水泥混凝土路面具有强度高、承载力大、板体性强、表面抗磨耗能力强、寿命期长的优点，使得其在道路 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 领域得到广泛，而服务区道路适合采用水泥混凝土路面。 1.1交通特点 服务区场地范围大，道路承受的荷载作用存在差异；行车的轨迹相对于正常的行车道具有不确定性特点，路面荷载作用横向分布不均匀，范围大；车速慢、刹车、停车、起步等车辆行为使得车辆荷载作用时间长；停泊区承受静载时间长。 1.2规划特点 高速公路服务区建有配套的服务设施，为满足功能性要求，在平面规划上具有如下特点：形状上多成方形，区别于道路的条带状，混凝土路面长短边存在差异；功能区域不同受力状态也不同；景观绿化等因素影响，异形板块出现较多；排水、供电、通信设施通常是在基层施工完后反开挖回填，破坏了基层的整体性。 2 水泥混凝土路面受力分析 水泥混凝土路面为刚性板体，力学强度高、刚度大，车轮荷载作用下变形小混凝土板通常处于弹性变形阶段。在自然环境条件下水泥混凝土路面承受的主要是车轮荷载引起的荷载效应和温度引起的温度效应。《公路水泥混凝土路面设计规范（JTG_D40-2011）》采用的是弹性层状体系或弹性地基上的小挠度薄板理论，按荷载疲劳应力和温度梯度疲劳应力产生的综合疲劳作用作为设计标准。公式表达如下： 上述式中： ——面层板在临界荷位处产生的行车荷载疲劳应力（MPa） ——面层板在临界荷位处的温度梯度疲劳应力（MPa) ——最重的轴载在临界荷位处产生的最大荷载应力（MPa） ——所在地区最大温度梯度在临界荷位处产生的最大温度翘曲应力(MPa) ——可靠度系数，依据所选目标可靠度、变异水平等级及变异系数通过计算确定 ——水泥混凝土弯拉强度标准值（ MPa） 2.1 临界荷位 混凝土路面板产生最大综合疲劳效应的位置定义为临界荷位。根据弹性薄板理论分析计算，荷载应力与温度梯度应力综合作用下，水泥混凝土路面临界荷位出现在纵缝边缘中部位。 2.2 荷载应力分析 水泥混凝土路面的应力分析力学模型是弹性地基上的薄板。《公路水泥混凝土路面设计规范（JTG_D40-2011）》规定：水泥混凝土路面设计以单轴载100KN为标准轴载，其他各级轴载要进行标准换算。当轴载作用于纵缝中部是，混凝土路面板内产生最大应力，采用有限单元法计算。规范中理论分析得出如下结论：应力大小与轴载、板厚、混凝土弹性模量和基层顶面回弹模量这些因素有关。荷载效应的计算式： 上述式中： ——标准轴载 在临界荷位处产生的荷载疲劳应力（MPa）    ——标准轴载 在四边自由板上的荷载应力(MPa) ——考虑接缝传荷能力的应力折减系数 ——考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用疲劳应力系数 ——考虑偏载和动载因素对路面疲劳损坏的综合影响系数 2.3 温度应力分析 水泥混凝土路面板内不同深度处的温度，随气温的变化而变化，这种变化是使混凝土板出现膨胀和收缩变形，变形受阻时，板内便产生了胀缩应力和翘曲。规范中给出了临界荷位处的温度疲劳应力计算式： 上述式中： ——临界荷位处的温度疲劳应力 (MPa) ——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa) ——考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 2.4 道路荷载应力分析 前面分析可知水泥混凝土路面设计以荷载应力和温度应力的综合破坏为设计标准，施工环境及地区环境确定后温度应力基本上能够确定，因此研究的主要任务是荷载应力确定。路面承受着行驶车辆静压力，同时也承受附加的动荷载，刹车、起步、车辆震动等原因引起车辆动荷载。高速公路服务区行驶车辆有自身特点，和道路上相比交通量少、车速较低、横向分布不均匀。分析动荷载的影响可以从以下几个方面考虑： （1） 路面不平整对车辆动荷载的影响 行驶在路面上的汽车动荷载可以按下式就算： 上述式中符号含义： ——轮胎对路面的动荷载    ——后轴左轮垂直位移    ——不平整路面波长 ——不平整路面振幅        ——轮胎刚度(N/m)        ——行车速度（m/s） 动荷载系数 ,其中静荷载 ， ——车轮的质量（Kg）, ——悬挂体系的质量（Kg） 实际计算中可以借助计算软件来完成，有上述研究公式得出的结构表明动荷载系数与路面振幅、波长及汽车行驶速度有关，并且与振幅成正比。 车速对动载系数的影响，经研究发现车速13.8∽22.2m/s(50∽80km/h)车轮对路面施加的动荷载较大。 （2） 荷载应力分析 对比正常路段上行驶的车辆，进出、滞留服务区的车辆车速低，刹车、起步频繁在加上路面的不平整因素的影响，进行车辆荷载分析时不能单纯的去考虑静载，必须考虑动荷载和水平方向推力的影响。长时间的停车，混凝土路面板除了温度应力影响，还受到车辆静载的非瞬时影响，可能会有不可恢复的永久应变和推移的产生，分析应力应变时，必须考虑。 3 结束语 高速公路服务区水泥混凝土路面设计采用现行《公路水泥混凝土路面设计规范（JTG_D40-2011）》进行受力分析，厚度设计。 设计过程中除了考虑车辆静载外，还需考虑动载影响。同时，对低速行车、刹车、起步产生的推力进行分析，并作相应的响应 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，避免路面过早破坏。 做好构造、施工等防护措施，避免应力集中。 参考文献： [1] 邓学钧 路基路面工程（第三版） 人民交通出版社2008.5 [2] 邓学钧 黄晓明 路面设计原理与方法 （第二版）人民交通出版社，2007.2 [3] 《公路水泥混凝土路面设计规范（JTG_D40-2011）》人民交通出版社 [4] 《公路水泥混凝土路面养护技术规范（JTJ073.1-2001）》人民交通出版社 [5] 李汉光 场区道路水泥混凝土路面设计方法研究[J] 公路交通科技应用技术版 [6] 于清 曹源文 不平整路面上的汽车动荷载[J] 重庆交通学院院报 [7] 吴秋正 关于高等级公路路面平整度的研究[D] 河北工业大学 2004