水泥混凝土路面结构的力学计算采用小挠度薄板理论。为了简化计算工作，选取使混凝土面板内产生最大应力或最大疲劳应力的荷载位置作为路面应力计算的代表位置，称为临界荷位。由于目前的设计方法以疲劳开裂作为路面的破坏标准，选择临界荷位时应以产生最大疲劳损耗的荷载位置作为标准，也即选择荷载位置时不仅要考虑应力大小，还要考虑所承受的荷载作用次数。
以此为基础，将多层的路面结构简化为如下三种计算模式［2］：
（1）弹性地基单层板模式。适用于粒料基层上直接设置混凝土面层和旧沥青路面加铺混凝土面层的路面结构，面层板底面以下部分按弹性均质地基处理。
（2）弹性地基双层板模式。适用于无机结合料类基层或沥青类基层上设置混凝土面层、旧混凝土路面上加铺分离式混凝土面层的路面结构；面层和基层或者新旧面层作为双层板，双层板以下部分按弹性均质地基处理。
（3）复合板模式。适用于两层不同性能材料组成的面层或基层复合板。旧混凝土路面上加铺结合式混凝土面层，两层不同性能材料组成的层间黏结的面层，可以看作复合板并处理成等效的单层板，作为弹性地基上的单层板或者弹性地基上双层板的上层板；无机结合料类基层或沥青类基层与无机结合料类底基层组成的基层，可以看作复合板并处理成等效的单层板，作为弹性地基上双层板的下层板。
为了确定临界荷位，对半无限地基上的有限尺寸矩形板（四边自由），将车轴一侧双轮组轮载简化成双方形荷载图式（图9-9），借助于有限元法计算分析轴载在板上不同位置时板内的应力状况。
由于有限元法没有解析式，只能采用计算机软件求出具体的结果。为了便于工程上实际使用，依据不同的结构组合，不同轴型（单轴-单轮、单轴-双轮、双轴-双轮和三轴-双轮）荷载（图10-2）的作用，进行大量的计算分析，以确定发生最大荷载应力的作用位置。
图10-2 四种基本轴型荷载（单位：cm）(www.xing528.com)
再利用可以考虑荷载应力和温度应力综合疲劳效应的疲劳方程，分析具有不同接缝传荷能力的混凝土路面的疲劳消耗，可得出不同接缝条件下的临界荷载位置，如表10-1所列。分析时，考虑了轮迹横向分布的影响。
表10-1 不同接缝条件下的临界荷位［3］
注：1.表中“/”左边为仅考虑荷载应力疲劳损耗情况，右边为荷载应力和温度应力综合疲劳损耗的情况。
2.*为分向行驶时的情况；不分向行驶时，临界荷位在纵边。
由表10-1可以看出，在考虑荷载应力和温度应力综合疲劳损耗的情况下，除了纵缝为企口缝设拉杆和横缝为自由边的路面，其临界荷位位于横缝边缘中部之外，其他场合均位于纵缝边缘中部。
而当采用刚性、半刚性基层时，基层最大荷载应力位置随基层超宽（纵向、横向）而不同，分别落在板角隅下方基层底面和纵缝边缘中部下方基层底面，分别对应角隅荷位和纵缝边缘中部荷位。为了简化计算，采用等尺寸双层板纵缝边缘中部荷位（图10-3）进行水泥混凝土路面结构各层的荷载应力计算。
图10-3 轴载作用于纵缝边缘中部荷位
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