公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002

公路水泥混凝土路面设计JTG D40-2002 总则1(0(1 为适应交通运输发展和公路建设的需要，提高水泥混凝土路面的设计质量和技术水平，保证工程安全可靠、经济合理，制定本规范。1(0(2 本规范适用于新建和改建公路和水泥混凝土路面设计。1(0(3 水泥混凝土路面设计，应根据公路的使用任务、性质和要求，结合当地气侯、水文、土质、、施工技术、实践经验以及环境保护要求等，通过技术经济分析确定。水泥混凝土路面设计应包括结构组合、材料组成、接缝构造和钢筋配制等。水泥混凝土路面结构应按规定的安全等级和目标可靠度，承受预期的荷载作用，并同所处的自然环境相适应，满足预定的使用性能要求。1(0(4 水泥混凝土路面设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行有关的规定。2 术语、符号2(1 术语 2(1(1 水泥混凝土路面cement concrete pavement 以水泥混凝土做面层(配筋或不配筋)的路面，亦称刚性路面。 2(1(2 普通混凝土路面plain concrete pavement 除接缝区和局部范围外面层内均不配筋的水泥混凝土路面，亦称素混凝土路面。 2(1(3 钢筋混凝土路面jointed reinforced concrete pavement 面层内配置纵、横向钢筋或钢筋网并设接缝的水泥混凝土路面。 2(1(4 连续配筋混凝土路面continuous reinforced concrete pavement 面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土路面。 2(1(5 钢纤维混凝土路面steel fiber reinforced concrete pavement 在混凝土面层中掺入钢纤维的水泥混凝土路面。 2(1(6 复合式路面composite pavement 面层由两层不同类型和力学性质的结构层复合而成的路面。 2(1(7 水泥混凝土预制块路面concrete block pavement 面层由水泥混凝土预制块铺砌成的路面。 2(1(8 碾压混凝土 roller compected concrete 采用振动碾压成型的水泥混凝土。 2(1(9 贫混凝土 lean concrete 水泥用量较低的水泥混凝土。 2(1(10 设计基准期限 design reference period 计算路面结构可靠度时，考虑各项基本度量与时间关系所取用的基准时间。 2(1(11 安全等级safety classes 根据路面结构的重要性和破坏可能产生后果的严重程度而划分的设计等级。 2(1(12 可靠度reliability 路面结构在规定的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。 2(1(13 目标可靠度objective reliability 作为设计依据的可靠度。 2(1(14 可靠指标reliability index 度量路面结构可靠性的一种数量指标。 2(1(15 目标可靠指标objective reliability index 作为设计依据的可靠指标。 2(1(16 可靠度系数reliability coefficient 为保证所设计的结构具有规定的可靠度，而在极限状态设计表达式中采用的单 一综合系数。 2(2 符号 2(2(1 作用及作用效应符号Ne――设计基准期内标准轴载累计作用次数Ns――标准轴载的作用次数P――轴载Ps――标准轴载 ――弯沉εs h――干缩应变ζp r――荷载疲劳应力ζp s――标准轴载的引力ζs――钢筋应力ζt m――最大温度梯度时的温度翘曲应力ζt r――温度梯度疲劳应力 2(2(2 设计参数和计算系数符号Bx――温度应力系数Cv――变异系数Cx――温度翘曲应力系数gr ――交通量年平均增长率k c――综合影响系数k f――荷载疲劳应力系数k j――接缝传荷系数k p――轴载当量换算系数k r――接缝传荷能力的应力折减系数k s――粘结刚度系数k t―― 温度疲劳应力系数k u――层间结合系数p――概率或频率Tg――混凝土面层最大温度梯度αc――混凝土线膨胀系数αs――钢筋线膨胀系数γr――可靠度系数δi――轴-轮型系数η――车辆轮迹横向分布系数λc――混凝土温缩应力系数λs t――钢筋温度应力系数λb――裂缝宽度系数μ――面层与基层之间的摩阻系数ρ――配筋率ρf――钢纤维体积率φ――钢筋刚度贡献率 2(2(3 几何参数符号A s――钢筋面积bj ――裂缝缝隙宽度d f ――钢纤维直径d s――钢筋直径h――结构层厚度――钢纤维长度 ――面层板长度Ld――裂缝间距 2(2(4 材料性能和混凝土板抗力符号D――面层的弯曲刚度Dg――双层混凝土面层的总弯曲刚度E――土基或基、垫导线材料回弹模量Ec――水泥混凝土的弯拉弹性模量Es――钢筋的弹性模量Et――基层顶面当量回弹模量fr ――混凝土弯拉强度fr m――混凝土配合比设计强度fs p ――混凝土劈裂强度fs y ――钢筋屈服强度ft ――混凝土抗拉强度r――混凝土面层的相对刚度半径3 设计依据 3(0(1 各级公路水泥混凝土路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期、目标可靠指 标和目标可靠度，应符合表3 .0 .1的规定。各安全等级路面的材料性能和结构尺 寸参数的变异水平等级，宜按表3 .0 1的建议选用。表 3。0。1 可靠度设计标准公路技术等级 高速公路 一级公路 二级公路 三、四级公路 安全等级 一级 二级 三级 四级 设计基准期(a) 30 30 20 20 目标可靠度(,) 95 90 85 80 目标可靠指标 1.64 1.28 1.04 0.84 变异水平等级 低 低,中 中 中,高 3(0(2 材料性能和结构尺寸参数的变异水平分为低、中和高三级。各变异水平等级主要 设计参数的变异系数变化范围，应符合表3 .0 .2的规定。 表3。0。2变异系 数cv的变化范围变异水平等级 低 中 高 水泥混凝土弯拉强度、弯拉弹性模量 cv ? 0.10 0.10 , cv ? 0.15 0.15 ,cv?0.20 基层顶面当量回弹模量 cv ? 0.25 0.25 , cv ? 0.35 0.35,cv?0.55 水泥混凝土面层厚度 cv ? 0.04 0.04 , cv ? 0.06 0.06,cv?0.08 3(0(3 水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的 疲劳断裂作为 设计的极限状态，其表达式采用式(3 .0 .3)。 (3 .0 .3)式中:γ r――可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级按表3 .0 3确定;ζp r――行车荷载疲劳应力(Mpa)，计算方法见附录B.1;ζt r――温度梯度疲劳应力(Mpa)，计算方法见符录B.2;fr――水泥混凝土弯拉强度标准值(Mpa)，见3. 0. 6条。 表 3。0。3 可靠度系数变异水平等级 目标可靠度(,) 95 90 85 80 低 1.20,1.33 1.09,1.16 1.04,1.08 ― 中 1.33,1.50 1.16,1.23 1.08,1.13 1.04,1.07 高 ― 1.23,1.33 1.13,1.18 1.07,1.11 注:变异系数在表3 .0 .2所示的变化范围的下限时，可靠度系数取低值;上限时，取高值。 3(0(4 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。不同轴- 轮型和轴载的作用次数，按式(3 .0 4-1)换算为标 准轴载的作用次数。 (-1) (-2 )或 (-3 )或 (-4 )式中:Ns――100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数;Pi――单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型级轴载的总重(KN);――轴型和轴载级位数;――各类轴型级轴载的作用次数;――轴-轮型系数，单轴-双轮组时，=1;单轴-单轮时，按式(-2)计算;双 轴-双轮组时，按式(-3)计算;三轴-双轮组时,按式(-4)计算。 3(0(5 水泥混 凝土路面所承受的轴载作用，按设计基准期内设计车道所承受的标准轴载 累计作用次数分为4级，分级范。表 3。0。5 交通分级交通等级 特重 重 中等 轻 设计车道标准轴载累计作用次数Ne(104) ,2000 100,2000 3,100 ,3 注:交通调查和分析及Ne计算，参照本规范附录A。 3(0(6 水泥混凝土的强度以28d龄期的弯拉强度控制。当混凝土浇筑后90d内不开放 交通时，可采用90d龄期的弯拉强度。各交通等级要求的混凝土弯拉强度标准 值不得低于表3。0。6的规定。 表3。0。6 混凝土弯拉强度标准值交通等级 特重 重 中等 轻 水泥混凝土的弯拉强度标准值(Mpa) 5.0 5.0 4.5 4.0 钢纤维混凝土的弯拉强度标准值(Mpa) 6.0 6.0 5.5 5.0 3(0(7 在季节性冰冻地区，路面的总厚度不应最小防冻厚度。 水泥混凝土路面最小防冻厚度(m)路基干湿类型 路基土质 当地最大冰冻深度(m) 0.50,1.00 1.01,1.50 1.50,2.00 ,2.00 中湿路基 低、中、高液限粘土 0.30,0.50 0.40,0.60 0.50,0.70 0.60,0.95 粉土，粉质低、中液限粘土 0.40,0.60 0.50,0.70 0.60,0.85 0.70,1.10 潮湿路基 低、中、高液限粘土 0.40,0.60 0.50,0.70 0.60,0.90 0.75,1.20 粉土，粉质低、中液限粘土 0.45,0.70 0.55,0.80 0.70,1.00 0.80,1.30 注:?冻深小或填方路段，或者基、垫层为隔湿性能良好的材料，可采用低值;冻深大或 挖方及地下水位高的路段，或者基、垫层为隔湿性能较差的材料，应采用高值;?冻深小于0.50m的地区,一般不考虑结构层防冻厚度。 3(0(8 水泥混凝土面层的最大温度梯度标准值Tg ，可按照公路所在地的公路自然区划 选用。 最大温度梯度标准值Tg公路自然区划 ?、? ? ?、? ? 最大温度梯度(?/m) 88,83 90,95 86,92 93,98 注:海 拔高时，取高值;湿度大时，取低值。 结构组合设计4(1 路基 4(1(1 路 基应稳定、密