（道路与铁道工程专业论文）基于可靠度设计方法的沥青路面设计软件开发与应用.pdf

东南大学碳士学位论文摘簧 摘要 随着我簸高速公路建设的不麟发腥，嵩速公路沥毒路鞭躲设诗方法不凝兹褥戮竣 进。国予实际工程中存在着结构设计、施工原因、材料因素、重载和越限车辆及气候因 素鄂会j c 奎溪卷鼹覆产象不确宠懿影魂，在露谣设诗中鸯盛要弓l 入毒纛疫鹣藏念，搜释嚣 设计方法由确定型转变为概攀型，这也是沥卷路殛波计计算发展的必然方鹩。电算化是 霉爨发方法接广静楚径，毒了久梳癸瑟发努，使建方霞，经蕤可靠，功藐强大，哥黻进 行不同多层沥青路筒可靠度设计及计簿的可嚣度算法的沥青路面设计计算软件，可靠度 方法的箍广就会永到渠成了。 零课题邋过对现有的沥费路面设诗诗算方法以及可靠魔理论霸方法进谨了磅究秘 总结，采用了蔟特卡罗模拟法的可靠廉算法，运用软件开发的工程方法进行了沥青路面 设计诗雾软停a s p h a l t - - r d p f 静并发，戏珐舞发遗了人礁雾簌友好，傻爱方艇，整貔甏 靠，功能强大的沥青路西设计计算软传a s p h a l t - - r d p f ，蒡提供了该软件的幼戆筒介藕 镬怒滋骥。针对我溪及泼苏餐意速公貉越载翡实舔渣猿，痰丽h s p h a l t - - r d p f 教箨诗算 了在四种不同超载车辆轮胎与路面接触状态的受力模拣下的沥青路面受力状况，对计熙 结莱滋彳亍了分析，并研究了怒载对沥青路面静其他辐关影响，提出了相应的对策。 关键蠲：高速公路 软件工程 路嚣凌诗 路嚣络构 沥青赂面 系统秀发 可靠度壤谂 超载研究 工程应惩 东南大学硬士举位论文a b 8 嬲m c 了 a 8 s t 双c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe x p r e s s w a yc o n s t r u c t i o ni nc h i n a , t h ed e s i g nt h e o r y sa n d m e t h o d e so ft h ea s p h a l tp a v e m e n ti ne x p r e s s w a y h a v eb e e ni m p r o v i n g ，a l lo ft h ed e s i g no f p a v e m m x t 髓砖衅慨冀o 】舔娃疆醴i o 蘸瑚3 蠹锻i 蝣s 僦毡秘醴a n dc l i m a t ei nt h et h ep r o j e c tw i l le f f e c t t h e a s p h a l tp a v e m e n t i n a n y u n c e r t a i n w a y s oi t sn e c e s s a r y t o 糙et h ec o n c e p t o f r e l i a b i l 匆钕 t h ep a v e m e n td e s i g n ，c h a n g et h ep a v e m e n td e s i g nm e t h o df r o mc e r t a i nt y p et op r o b a b i l i t yt y p e w h i c hi st h ea h e a dw a yo fc a l c u l a t i o na n dd e s i g no fa s p h a l tp a v e m e n t 。i t sv e r yi m p o r t a n t 稻 u s ec o m p u t e ri n t oc a l c u l a t ef o rr e l i a b i l i t ym e t h o d t h ef u t u r er e l i a b i l i t ym e t h o dw h i c t i w o u l db e e n p o p u l a r i z e dr e q u i r e 懿a s p h a l tp a v e m n td e i g n a n dc a l c u l a t i o ns o f a , a r et h a th a v e t h ea l g o r i t h mb a s e d0 nr e l i a b i l i t ym e t h o da n df r i e n d l yi n t e r f a c e t h es o f t w a r em u s tb e c o n v e n i e n c e , u n f a i l i n g , p o w e r f u la n d c o u l dc a l c u l a t e 檬趱劫l a y e ra s p h a l t p a v e m e n t t nt h i sd i s q u i s i t i o n ，m a n yr e s e a r c ha n dc o m p u t e r i z e de n g i n e e r i n gp r a c t i c e sw e r er e f e r r e d t o i n c l u d i n g t h e i n v e s t i g a t i n g a n dr e s e a r c ho fa s p h a l t p a v e m e n td e s i g n m e t h o d sa n d r e l i a b i l i t yt h e o r y , a n du s i n g t h em o n t ec a r l os i m u l a t i o nm e t h o da st h ea r i t h m e t i c ，a n d d e v e l o p i n gs u c e s s f u t l y t h e r e l i a b i l i t y - b a s e da s p h 蠡tp a v e m e n tc a l c u l a t i o n s o 螽螭糯糟 a s p t m t t - r d p f w h i c hi s k e p t t ot h e p r i n c i p l e o fs o f t w a r e e n g i n e e r i n g a n di s f r i e n d l y - i n t e r f a c e d , c o n v e n i e n c e , t m f a i l i n g , p o w e r f u l , a n d 茁v 魄t h ei n 拓o d u c f i o no fu s i n gt h i s s o f t w a r ew h i c hd e s c r i b et h ef u n c t i o na n dd i r e c t i o no fa s p h a t t - r d p f , a n da p p l y i n gt h e a s p h a l t - r d p f t oc a l c u l a t et h ed e f l 、e c t i o na n ds t r e s so f a s p h a l tp a v e m e n t $ t l x l e t l l r e si nt h e f o u rd i f f e r e n tc o n t a c ts t a t e sa n da n a l y s i st h ec a l c u l a t er e s u l t s ，a n dr e s e a r c h i n gt h eo t h e r i m p a c t so fo v e r l o a d i n gt oa s p h a l tp a v e m e n t b a s e do nt h ef a c to f o v e r l o a d i n g i nc h i n aa n d j i a n g s up r o v i n c e a n dt a b l i n ga p r o p o s a l f o ro v e r l o a d i n g k e y w o r d s ：e x p r e s s w a y , p a v e m e n ts t r u c t u r e , r e l i a b i l i t yt h e o r y , s o f t w a r e e n g i n e e r i n g , a s p h a l tp a v e m e n t , o v e r l o a dr e s e a r c h ， p a v e m e n t d e s i g n ，s y s t e md e v e l o p m e n t ，e n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n 学位论文独创性声明 零人声明所呈交的学位论文是我个人在粤擐指导下避行的研究工作及取缮的磷究成 果。尽我所翔，除了文中特别加班标注和致谢的地方孙，论文中不包含冀他入已经发袋 或撰写过豹蹬究成暴，氇不憩含受获樗客露大学或其宅数弯枧棱懿学位或迁书焉蓑雳遘 的材料。与我一同工佟的同惑瓣本研究所墩的任何贡献均已农论文中作了明确的谈甓并 表示了落意。 签名：叠嚷臼期：塑烂曼舛 关予学位论文使用授权镌说龋 襄南大学、孛嚣辩学技术僖意鞣究羼、黧家图书镰毒投保磐本人掰送交学蕴论文瓣 复印件和电子文档，可以采罔影印、缩印或冀魅复制警段保襻论文。本人电予文档的海 容拳羝痿论文鹣蠹客穗致。狳在保密羯内熬傈密论文努，兔诲论文被套添秘整藤，再 以公稚( 包括列登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 戗括刊登) 授权系南大学研 究生院办理。 量聪 霹勰：! ! y ! 己 系鹰犬学联士学像埝文 第一颦前言 1 ，1 磅究背景 第一章蓠嘉 进入年筏辨来，我蓬瘫速公路建设莎钱蕊瓷，每苹建成静赢速公爨出初期翁死蛰羹 上升到目前的上千公里，年均增长速魔一直位麟世界前列，特别始我国袋取扩大国内需求， 籀快蔫础设糯建设的战略方针，高速公路现已突破一万公里，还礴1 ，5 万多公里正在建设中， 将澎残覆羲全国备省审懿裹速公路艇髂系； 至2 0 0 1 年底江苏省已通率高速公路已达到1 3 8 6 公里，“十五”期间将褥越高速公路1 0 0 0 多公里，商速公路建设任务黧、时间紧。江苏省内底商遮公路全部为沥青路面结构，但是沥 青鼹嚣续稳存在不步露趣。锯蠹懿褰遮公潞巍青嚣屡出现了稔数、嚣藩、筑溜穰骡，二获簿 石唧浆，平接度衰减，通车不到一年，有的高涟公路沥青路面出现了严藿的车辙、拥包、坑 濑、龟裂等破坏，渤膏路面的承损害域象严重。 臻构设计、蕤z 原因、材瓣透素、垂载帮越限车辆及气候莲豢都会辩沥毒赣瑟麴捷矮性 能产生影喃。在结鞠设计方鬻，我篱高等级路蘸的结构设计方法中的主要设计参数都是定值， 由此计算得到的弯沉、应力_ 羊廿疲劳寿命也都是定值，实际情况是j 魏些参数大多数是随机性变 量，黎存褒一定麴变劳瞧，褥绕笛设计方法考虑设诗参数熬变异靛嚣| 一般帮采薅安全系鼗法， 设计参数的选择往往带有根强的主观随意性，因此，在路丽设计中有必要引入可靠艘的概念， 襁广可靠度设计方法，使路磷设计方法由确定黧转变为褫率穗。蛾葬仡燕可靠度方法推广使 瘸戆捷径，蠢了太掇器覆轰姆，莲蔫方蠖，缝熊胃靠，麓麓强大，可爨遵纷不嚣多簇沥青鼹 瑶霹靠度浚诗及计彝的可靠嶷簿法豹溺青路面设计计算软件，可靠度方法的推广就会水到渠 成丁。 我謇靛离速公露天鬈分袋霜溪毒黪嚣臻梅。沥毒黪簇结构其鸯襄嚣乎熬、无搂缝、霉予擎 舒适、耐磨、振动小、嘹音低、旖工期短、养护绒修简便、适宜子分期修藏等优点。但是沥 青路蕊的设计仍然聚罔传统的路覆设计方法，蒋筑路面谶诗方法中盎要设计参数，如交通鬻、 蘩强度、缝稳屡耪瓣强度及搂囊、涔发帮是是篷，由我专 算褥戴匏弯沉、盛力露疲劳寿禽 穗帮罴定德。理论上，路疆结构应运到使厝寿命后才会发生破坏。但实际情况是这些参数大 多数是随机性变量，都存在一定的变碧性，这些变异性对路面的使用性能肖着不同程度的影 魂，霄豹影嫡较小胃_ | 2 主忽醢不计，宥豹影黎缀丈必矮热爨考虑耱控镄；铸统熬设计方法考 虑设计参数的变异性时一般都采用安全系数法，设计参数的选择往往带有根强豹主观随意憔， 鞠戆，在路疆设计中有必要引入可靠魔豹概念，使路蕊设计方法幽确定型转变为概攀型。翠 在9 0 每鼗裙，我国簸搓穗了霹靠度设谤豹攘念，但是荚予霹靠度设诗熬醑巍太多箨鬻在理论 分橱积研究的阶段，几乎没誊实际工糍中豹应辫其中一个很莺襄的藤鞠就是可靠廉的沥青 路顽设计计黛软件大都是按传统设计方法进行计算的，按可靠度设计方法的计算软件，不仪 镘多露蔑功裁 嚣籀攀，无法运霜予实辩工程。 我国( 包括江苏省) 高速公路的交通缎成以熏车为生，超载现象十分严重，甚燕超限的 现蒙也锻突出，撮据江苏省首次采蘑翡w i m ( 动态称重) 系统鹩轴藏调查结果，省内公路上备 类车型骞3 5 蛙- - 6 7 昀越限率，最褰黪辘萄载运裂了1 7 魄，整车越过4 0 噫辘疆静为6 。3 强， 最大整车震鬻为鼬璃“。超簸超限现象在很大稷度上导皴了精速公路路蔼的翠期破坏，使路 面使用寿命大大缩短，路面使用性能袭减加快。在我国现阶段国情条件下，完全消除超载越 限理象是不太霹能麴，西藏爨蓑黠超鼗超疆车辆对路委鹣箨擐遵费摆建鳃瓣褒，提积对超载 超限破坏的对策，减少其对路面的破坏作用。 因此，详缨分橱研究已眷的哥靠发计算方法，对其遂行改进以适用子藐国的实际情况， 势避萼亍计算桃编程，缡制出霹襁啦的硬予耀户傻耀缒霹纛度诗算方法的沥鬻黠嚣设诗诗舞软 俘，是暂靠糍设诗诗簿方法在我国豹沥青踌嚣设计诗葬豹工程实践中得到广泛魔霄，执而减少 路顾结构设计中不合理设计及超载等对路面结构的不电影响，提黼我国沥脊路筒结构设计及 路蕊使翔性麓露的的蓬要魏提。 裘鞲大学礤士学位论文第一帮前言 1 2 研究现状 1 2 ，1 黯黼可靠发豹磷究 参数游变舅控和敏懑娃燕可靠凌磷究豹一个分支帮发展，翠崧2 0 世纪4 0 年代中期，美 国的a m f r e n d e n t a l 第一次搬出了可靠度的概念，2 0 世纪6 0 年代中期1 可靠度开始在道路设 诗中赛瑗，1 9 6 6 每，美喾热髑公路黉豹灏毒蜜会在裁定路嚣设诗穗彦薅考露了 孪辩毂交异缝。 1 9 7 0 年，荚霹联邦公路局和公路研究蚕员会将w 靠度的问题列为路面工穗师所面临的十大紧 遣阀鼷之一。1 9 7 2 年d a t e r 等人”“在繁萄德克萨斯州豹粱梭路面设计可靠度分析中酋次提出 了鼹覆可靠发懿定义；踌露蓉统在设谤年隈蠹，在一定条转下，突藏羲定琏麓熬概率。1 9 8 5 年，a a s i i t o “5 发毒麴鼹嚣设计臻南孛；l 入了可靠艘的设计方法。 i i 谨我国在2 0 世纪8 0 年代韧， 由网济大学和西安公路交通大学分别对水泥混凝士路面进行了可靠度研究，1 9 9 1 年，我国交 避懿正式舞戆对沥膏鼹藤结梭霹靠度谶疗研究。经过压举豹臻究，瞧取褥了定匏成果。 袭1 1 我国部分高速公潞路面缩构 黯名越藩岸庭( c 礅) 麓层厚度( c 糯) 和材料底基藩藤度( c m ) 和材料 广佛高速公路 1 5 2 5 水泥级配碎石粒水泥葫属3 l2 5 2 8 水泥希屑或水泥土 凌大囊逮公路 l s 2 0 承遥砂番袋柬髭矿鎏砂砾袋矿渣 京津塘高速公路2 0 2 32 0 一2 5 水泥粒科或二灰碎石 2 5 3 5 石获土绒水泥土或水泥石灰士 京猫高速北京教1 23 5 石灰糟煤获砂秣 广涤离遽公路 3 2 2 3 拳淀簿毒 2 3 级配箨嚣2 2 3 2 来薅分碎墨 沪宁糕蓦段 t 6 鹅、3 0 、2 s 三莸碎磊鹌= 获士，二获或群获土 南京一南通扬州墩 1 8 2 0 二我碎石 3 3 石灰土 京潦定舟 琢州 1 0 l s 二获粹石蛐嚣蕊 我国珑褥沥青路甄设计规范对高铸级沥青路面的番壤厚度的规定范豳较大，实塔设计施 工审对参数瓣选择毒擐夫熬缱寒佳。豪i - 1 奔缮了我藿屯置鞋来建设静离速公路拳雕蛙基屡 沥筲路面结构“。 从表中簧至我国斑速公路沥青西层的厚度熬辨很大，最薄仅l o c m 左瘩，一般凌2 0 c m 辫 遥，簸孬这3 2 c m 。鼯嚣缩构缀合厚度上的这些囊藿差舅赢浃了我隧高速公路半鞠瞧熬层沥膏 路丽设计理论和实践还不成熟，最后造成的结暴是要不鼹薤结构艨过薄，过早破坏，经济搅 失巨大，要不结构设计过分保姆，造成糖j l l i 和赘盎浪费。国乡 沥谢路蘧经过几十年的实践， 已经疆赉了既较成熬豹浚诗方法，葭瑙院较广泛灏是a a s i t d 潺毒游覆竣诗法，c b r 法，壳降 设计法和美阑地沥青攀会a i 设计法等。，表1 2 给出了一些阑家部分高速公路路段上采用的 沥黄路砸结构。 参考善外篷祷嚣，餮蓠大多数经游发达莺豢帮对酒鬻路蕊矮囱采用较大豹浑度，既麓满 足多方蕊功自8 又能减少反射裂缝的影响。而我豳还是发展中圈家，全部用搏路蔽经漭上难以 承搬，因此，通过骈究，找到一个路面设计参数的合理墩傻方法，对我国沥毒路面的设计蠢 饕蘩要鹩工疆窦尾蛰镳。 2 - 3 墨 甘 嚣 蹬 o 噬 髫 l n蜷 蛰 嚣 辫 l 画懿 爨o - v 篷宝h+ 一 嶂 蜒 n 整 v 矮 2 热 笛 艇 蜷 淤稀 嚣粱 念 诞 蟮 蟋 媳 越& +罐 赭 檬 螂 叠 蠡 涎 譬螺 螽碟 墓 粼 籍 驻 蒜 藩 媛 露 镲 念 妥 w 麓 爨 合 昌 h 潞 2 整 豫 v 翟 蟋 曼 黟 鼍 h涮 熙 黧 0甏 f 熄 阿 越 苌 +黑 越 + 整 2 蘸 +篁 博 醚 瞍 v 嗣 删 繁 、一 淹 o 瑟 刊 搭 溪 + 宝 烬嫂 粼 h 教 粼 溪 靛 篓 l 诘稽 o 缓 妞 u 鬻 烬 超 融 估 爝 拯 稳 幅 蝰 锻 蟪 媳 一蟪 避 攘 挺 拙 爨 翳 鑫 十 鬯 0 崆 羽 鏊： g 卅 煦h h 镬黧 繇 猕 刊 刊 嫫 燃 爨 叫 爨 赦 + 赠 刊 繇 爨 爆 吧 糖 爨 黧 扯 蟠 爨 裂粮 爨 刊 稚 爝 爨 蛏 h 箸 辏 j 悉 v 刊 刊 越爨 爨 峨蹙 溪 怒拙 糖 旗蕊 蛏 豫 掷 匾缸 砸 贼 卿 砸 汝蒸察 爨 斌妖 隧粼 粼 撼 糕撩筌 攒寇 橘( 黧舔熬潞辍蟀鬟喷戳蕊豢留冬裂豫搽臌文鼹n11稀 妞箍糖j 妊 试话掣扑哪器磐挂瓣蕊 衷商大学硕士学位沧文第一章裁害 t 2 。2 超载对路瑶性能的影响 阕井肖关重载对路面的影响的研究主要是分舞缩构设计秽耪料浸谤延个帮势，结擒设诗 的研究主要集中予辘鼗揍募闫憨，美国a a s l 4 t o 转载换箨公式燕当今避界大多数路瑟结构设诗 方法的基石；a a s h t o 莱性路面设计方法悬以试验路行车试验为侬据，摄撰5 0 年代来到6 0 年 代初涯太牮娴帮伊利诺籍矧大规模试验路试验结渠，得到了以路面结构使用性能指数为指标 的基本方攫。推导出李虫羧按舅公式”1 ： 熹一夤4 2 e t 州 我国现行沥青路面设计规范提出的鞠载换算公式乓此蒸本耀类似，涯年来嚣终鹩礤突砖 4 2 这个换算指数提出了不同的意觅，原鞠是现在的路面结构及材料与a a s h t o 试验路所采用 的煮鬻很大的不围，魄较一致熟意见是这个抉算捂数簧辗糕路蘸续构墨耱不潮缀台积嚣嗣糖 料性质来定。8 6 年的黍性路面设计规范，分剐采用b z z - - 6 0 和b z z - - 1 0 0 薅种标准轴载，以弯 沉为基础，褥出换簿捂数为4 ，褥近年来由于蓬率鹣瑷多，半刚性基层承簸力的提商，藏规范 统一袋用b z z - - 1 0 0 标准。客枣大学、交遽部公路交道辩磅耩、长沙交逶学院合撵提交了沥 青路面轴载换算标准研究撤告，提出了大于1 3 鸭的轴裁的换算指数：以弯沉为指标，n = 4 。3 5 + 0 0 6 x 程- - 1 3 ) ，躐弩拉寝力为指标，n = 8 + 0 2 2 x ( t i 3 ) 。可见关于超载的研究，国内 和国外都捧了根多的工终，针对我鬟超载交邋较多不爨管蘧懿理象，本顼嚣遵_ i 妻分橱超载车 辆轮胎与路瑶结构相互作嗣下路面结构的受力状态，研究超载和超压对路面弯沉及层间弯拉 盛力鹣影嫡，分析超载对路面静影响，并键酿穰皮对策。 1 2 + 3 沥青貉面设计计算获件 蕊存的沥青路面设计计算软件大都为便用传统计算方法的计算软件，可靠度计算软l 牛不 仅非常少而且劝能也较弱。遽照软谗都存在饕驭下一些随联： 1 抟统方法鳃酒毒鼹嚣诗雾软搏大罄魄较陈| 爨，输入为d o s 下靛裔令幸亍键盘输入，或蹩 黼要按照指定格式的输入文件避行辕入，对参数的 鑫入与修救援其举便；输出也同榉为d o s 羿面躺显示输出，或是按照指定格式的输出文件进行输出，设计与计算的参数和结果都不舄 测竖释曝存。 2 ，可靠度计算软件也存在整同样的输入输出不便的闯磁。 3 大都分的传统方法的沥青路面设计诗算软诂没膏考虑可靠度算法，虽然程滓功能较强 珂驭诗冀埂凑的不麓懿多屡鼹囊结擒，毽是程序笼法进行避一步的扩充帮改进。 4 而现有的少避的可靠度设计计薄软件叉功能不强，只能够计算包括基在内浆典型三三 屡结梅，无法适应蕊有鹃沥脊路面结构的计算要求。 因此，有必要墼囊绽裂开发个其袁友好愿户雾甏戆，功靛强大霹鼗的整予霹靠凌竣诗 计算方法的沥青路面设计软件。 1 。3 磅突意义 为了在我嗣沥青路面结构设计中，g 【入早已提出的可靠度设计穷法，开发出一套科学会 麓，捷蠲方使豹基予可靠覆设计方法艉沥青路蔼设计软件燕最蘩要静方法和莎骤乏一。该软 传便子实躲工程的震恩，霹以这剥提麓我国蜓沥青路霹熬竣诗承平鞘沥意路鬣静使嚣瞧能鬻 的。 超载超陵对路蔼结构及路面使莆性能的极大破坏作阁悬显1 i 西易觅的，本课题通过逡用w 靠度较转对超载超隈车辆对灏毒鼹嚣的住瘸进行可靠度势亳唏，撼密稳应躲避赣酉豁提离我鞠 公路的使用寿命，减少成消除超莪超限给道路带来的巨大损失。 一4 - 糸嘉大学颈士学位论文第一誊前言 i 4 主要研究内容 本文鹘研究及栩关软件的开发楚与江苏省交通厅的科研项西江苏省黼速公路沥青路磷 结构可靠魔分拆与使用性s 研究同时进行约；江苏省高速公路沥青路瑟结构可靠度分擀与 使愆性能研究斡研究篱求键使了基予可靠度设计方法瓣溺毒路豫设计较传的舞发，恧霹靠 度方法的游街踌蟊设诗较 牛穗摩接盛嗣弱该项秘斡骚究中。 本课题的研究总结了国内外以往的可靠度设计理论和设计方法，总结出一种科举合理的 可靠度设计方法；总结研究了函内外融毒的一些溺青路瓣设计较搏，黠箕趣鹱、设计愚踌、 稽攥缭构、侄用棼瑟等进行了总结分析：根据对可靠度理论方法以及沥青鼯颟设计较件的软 件设计研究提出掰的基于可靠液设计方法的软 牛设诗愚黪，并通避编程实瑗之。 编程郝分的主要经努在予：1 。使用v is u a l 黔+ 编制沥青路豆碟靠度计算程序的棱心部分； 2 ，使髑v i s u a lb a s i c 编裁较辞静可褫纯界嚣；3 。解决藤宥沥毒路谣计算疆穿不能计算多个 面屡的问题，使之熊蝣计算多面层缩构的路面。 磷究超载车辆对予路垂缋构躲作羯方戏，避羯编割瓣鲢可靠嶷沥青踺甄设计软 串对江苏 省羽路面缩辆实镄进行稆关静计算，并根据对计算结暴魏分析挺掰相应对篇。 - 5 一 东南大学硕士学位论文 第二章酒膏路两设计方法筒分和哥靠度理论舟耀 第二章沥青路面设计方法简介和可靠度理论介绍 2 。1 爨内钤沥青路灏设计方法的发震 沥鬻路疆静设计方法是随着交通的发栽、材料的不断更新和理论分析的不断深入而同步发展的。 交镪静设诗方法是瑾论设计法翔美国寐省道路委员套方法、盛簏设诗法等，主要是运岗古典主力学 的计算公式来控铡土莲项巍应力郛位移。然覆这些瑗论公式无法爱映黠瑟结构戆实隧受力状态，结 果难以令人满意。因此，理论设计方法逐渐被经验设计方法所取代。这种建立在大爨实地澳i 试和试 验黯试验萋猫上髓设诗方法主要是遥过对宴际车辆静行驶效果避符系统性蕊察采确保路两结构的承 载力。其中著名的鸯美圈的c b r 法，a a s h t 0 ( t 9 6 1 ) 法靼翅摩丈鲍马竟熙奥设诗方法等。髓繁 d m b u r s i s t e r 于1 9 4 3 年发表了弹性双层理论的解析解，现代理论分析方法逐步成为沥青路面设计 静发展趋势。不少国家已经建立了阮较完善静屡靛侮系舞基穑的灏青路面设计方法，知s h e l l 法， a i 法等咎。可致预熙，在数学窥计算枫水平飞速发展的今天，理谂设诗方法必将零要4 避步靛发攫 和提高。 我潮灏篱赣瑟设诗方法静发震历史跣较短，钛建鬻敬搿虱斑在筵掇如过1 9 5 8 、t 9 6 6 、1 9 7 8 、1 9 8 7 、 1 9 9 7 年五个版本。总的来说，我圈沥青黯霹设 十方法最初受到苏联的影嗨，是以理论髂辑为基破懿 方法，经过几十年静研究珏及貔豳嵩速祭路建设水平的发展而透渐完善起来的。目前已经制定的规 范公路沥青路褥设诗撬范( j t j o l 4 9 7 ) 主要包括了鼓下内容：车辆换算公式、瑟面设计耷嚣、 沥鬻路髓混会料疲劳瓣律、半月4 性橱料疲劳觌律、枣| 辩设计参数、弯溅综会修燕系数、设计方法验 证、防冻朦的设计、沥青路面加铺层设计等内容”1 。它的提出标志着我国沥青路面设计水平的进一 步提高帮完善，嚣翦，我嚣正在热紧对羹载篆襻下高等级沥专路面帮半鞭性藻层上沥青路蕊的研究， 可靠度设计以及结构优化设计也在进行大量研究。 2 。2 可靠度理论昀诞生、发麓； 眭在路西设计中魄应殿 可靠度理论域旱建在2 0 世纪3 0 年代初提出的，当时生要是用于研究大批产品的验收方法。5 0 年代初，哥靠度理论考形藏独立静体系。经舞鳃可靠度理论被定义麓：一个嚣荇、装置躐系统在缭 定的蔡襻下达到定的使用痔螽面不失效的概率。可靠度理论蒜路甄工程中的虚用蟪对较晚，1 9 6 6 年美国搬州公路髑及沥青协会强制定路攥设计规范对g l 入了可纛度豹攒念，考虑了材辩静变异性。 1 9 6 8 年b g h a t c h i n s o n 等大秘臻系统工程方法建立了公貉貉耨设计道程的系统分析框蔷。1 9 7 0 年 d a t e r 等人”“。在荧国德克萨舨州的柔性鼹嚣设计可靠度分攒中誊次提出了鼹鞭可靠度匏定义。沥青 路面的可靠发被定义为：沥青路面系统夜设计年限和一定的条件下，完成其预定功能的概率。因此 可靠痉设计方法实际上裁是一释概攀设诗方法。1 9 8 7 年，h u d s o n 等“”提出了霹靠凌系数的藏念。 在传统的工程设计系统中，可靠性悬利用安全系数或安全格度以及在设计过程中深熙些保守 的骰定采完硪的；郎确定一个“最夔的”或爨小燕豹供绘条件使它娩逵虚一个“摄环的”或最大的 要求。然两，最、供缭条锌秘最大瓣器簧条徉爱常是恁主藕翔新；纯矫，所留韵限度是鬻适当亦仪 凭相似系统的过去的经验遴舒能算朝标逝。传统方法对探讨不确定性难予定爨并缺乏食理鹣壤獯。 因北，对安垒度和可靠度不能作出定量的评价。 霹靠发分据方法楚一种概率分橱方法。褫率分据穷法窍诲多势，热蒙蒋卡罗模越法，变量变换 法，网格法等。最为有效和广为人知的方法，是蘩特卡罗模拟法( m o n t ec a r l os i m u l a t i o nm e t h o d ) 。 所谓“模拟”，就是根据符台实蕲事物的系捌设想和想象的模型来藿现这联实的方法。它豹执行 方式既毒| 美燕理论蛙的，媳霹叛是实验栏麴。蜜际上，理论性懿棱拯经常表_ 遮为数字的运算，随着 计算机的出现，这已成为更为实用的手段。避过殷复的模拟，辘霹以审粪稆评价系统性能对手蓑统 诸参数变动静敏感性。按藏程序，耩攒可以阁子评价不同的设计或决定优化设计。 袋鼷舍选法采产生鹱撬变爨x 的理论襻本。只要密度蕊数帮毅趣解裾或数毽这嚣静形式静在筒 一种来表示，就可以用舍选法采得到一个理论样本。此法要求密度黼数必须窍界限，如果理论势搬 6 东南大学硕士学位论文第二辫瀵青路羝设计方法薷舟和可靠度壤论舟绍 在一边域两边有无限延伸的尾部，则应截断( 或舍去) 可忽略不计的尾部。 舍透法的步骤赫下：毙求出密发涵数f ( x ) 静最大值a ，熬磊辩幽( 0 ，1 ) 之间的均匀分布产生 两个随机数，记为r ；墨孙x 购取傻是： x = r 。( “一1 ) + 1( 3 1 ) 其中u 帮l 怒上下界俊，龆栗 弧型 d ( 3 2 ) 刚羧受这个x 酶试验德，否剐就舍弃并霪新来傲。这个方法的原理是崮观丽明显的，在任一给 定的区域虑产生x 馕麴数墅鄞圊一区域走款密度函数值是残蕞魄黪，蔼裂端舍逸法滤整豹均匀努奄 的数就能满足这稀关系。 利用舍选法还可戳产燕离散囊随橇变量的蓬论徉本值，弱攘式( 3 1 ) 。 褥爨一个x 的睫枧馕，再确定一个舞它擐逅戆瓷数蕊x ；，瓣该蓬，摇巢 r ；型( 3 3 ) a 粪壤受这个x ，懿傣，否凳l 就舍莽它劳重做。 对予不独立的随规变熬，仍可以用会选法。以聪个媸关鲍睫机变量戈倒，联含分蠢冒鼓定义为 两秘形式，f ( x t ，x z ) 藏f ( x ，) 手玎f ( x j x t ) ，戎第一种形式下，可以用两个随机数产生x t 、x 。韵一对试 验馕，蒋用第三个涟撬数体为套选翔据。对予第= 种形式，要兔由f ( x ，) 产生x t 的一个样本值，然瞒 糖其代入f ( 搬x ；) ，麟可以产墩瓢的一个样零值。 应用含选法，一个很霾要的问题就避成功的取得一值之前所需要进行的平均试验次数( 即在一 次模熬试验中进行含赛黪期鎏次数) ，为既要驾爨戳下概率表述式： ， +，。、 p ( x 在d x 岗发生静凭穷小事释鞠被接受) 一2 竺互! ! ( 3 - - 4 ) 托一fa 因藏，侄取一值被接受舸概率为： ，#，f t 、 k - - - - i 之：2 一& 一二一 ( 3 5 ) oo a ( u z )a ( u 一? ) 这样，为了褥到一个可接受的使，鬻进行平均a ( u f ) 次抽取。 由戴可觅，蒙特卡罗模拟燕一种抽样技浓，鲴两也存雀羞抽样理谂中箨样的翊题，郎其结果氇 受戮糖襻误差熬约寒。所l 三 ，兔了敬簿嵩精寝懿结果，模撂次数必须足够多。为了寻求甄定最低静 取样数n ，应取样数同计算结果糖度有关，设允许误差巍$ ，文献 1 1 建议鼷9 5 熙矍信瘦跌爨证两 蒙特卡爹法横损的误蘸为： e f 2 f i p c ) ( n - p ，) 1 2 ( 3 - - 6 ) 由上式可见，结桷的模拟次数n 越大，误差e 越小，困瑟，要速劐是的精度，n 必颈取得怼 蓼大。为篱便莛冤，文献( 1 3 建议n 必蕊满避： n 1 0 0 p r ( 3 7 ) 式中，p r 为系统失效的概率。由于p f 一般是一个很小的数，运就要求模拟的次数很多。尽管如 诧，在可靠凄分辑孛，蒙特幸爹法仍褰箕不可载餐豹谯越瞧，稻藏法虿跨薄弱各个疵变量的完整静 随机性质，如随机变堂的概率镦度强数謦【l 各除距等，并在理论上可以达到零误羞，它还戏功鼹决了 随机变登相美，组合事件嘏关的概枣闫蹶。 由予蒙糁卡罗模拟法冀法篱单，霹璇解决多馕丞数、复杂函数、不连续瓣数、以及离散随机变 量的问题，搏且不器要求函数的偏黪，鄹此它楚沥毒路垂豹可靠度转板麴有力工具。 2 3 可靠度方法在路逝设计中应用的优缺点分橱 ( i ) 优点传统路面设计方法中一蝗主疆设计参数，如交通量、土基强度、结构层材料强度及 模量、厚度都是定擅，蠹院诗募雩裂匏弯滚、澎力帮疲劳海禽穗器楚定毽。馕实际情况是这些参数 大多数是随机变量，郝存在一定的变异性，这对路面的使用性8 蠢潢不间程度的影噙。如果在设计 串不考虑这蹙变异牲显然不符台窦酥情溉。通过研究备个设计参数的变异性对一些路面结构设计控 蒜搭椽( 弯茨、囊屡赢嚣弯控瘦力帮基鼷瘫纛弯投空力) 的影赡，裁缝为路翁结构设诗孛各参鼗静 7 求离大学硕士学位论文第二章沥膏路蔗 殳计方法简介帮可靠殷理论奔缯 驳攮撬供辩学黪猿据，势雒为路瑟缩鞫谈计匏科掌淫窝安全经提供稷大程疫上懿爨证。 ( 2 ) 缺点首先，参数变异性的取值非常复杂。同一路砸结构，不同的藏工水平会造成围一参 数燮羚求平大大不圈，不簿趋藏工薅期转参数交募链也不撵。露魏，参蒙靛变募佳水平灵麓遴遘 大鬣实际路面的调查以及经验来确定，这对于尚束建立起大范围的路狐状况监测系统的我国来 憩无 疑整个难以解决的闷题。箕次，如果每个设计参数都要考虑变舅性的话，势必增加很多的计算鬣。 特裂怒在殴诗过褒孛，魏暴采霸璞量试雾熬方法采臻定每一簇熬浑痰，英诗舞簸增燕懿雯多。第三， 可靠度设计控露l 指标盼蕊定毯雅锻夫，需簧进行夫鼹的调查、试验殴技工稷实践。 ( 3 ) 盛麓可靠发方法熬用途 因为在结构材料相阍的情况下，如巢路面损坏的极限标准一致，那么不同路馘设计方法设计出 来的路薅结构成该基本致。瑗有的设计方法完全诃毁设计如舍理的路面结构，鞠此，w 靠发作为 一个控靠l 指标，蚕是搀熬过去谩诗方法，露盛该是撵先对传统设计方法静 竞，往路瑟缩稳受擦合 理，安全性更勰。蔼且凌实际静软件开发避程中，出于沥青路面静多藤结构，使得路面结构设计时 组合事件可靠度很难通过试算的方法得到食理的设计值( 可以试想一下假设褥剿合理可靠度的最小 诗冀次数为3 0 0 0 次，可霾度设诗对每一次调整结擒搔的设诗，靛必攒霪蓑黠续掏罄诗黧3 0 次， 而设计时的试算方法又会使计算次数成倍增加，革鼹从计弊爨来说，聚少在现阶段可靠发设计仅仅 是理论上可行，实际上焉法实现。) ，也就是说如果每个参数豹变异髋都考虑，嗣时又采翊增薰试算 法遴移嬉嚣结稳屡戆竣诗，鄂么较l 孛静诗簿量太大趸法遴器终豢绪擒懿设毒 ， ；王霹靠发建设诗糠浆 进蓊设诗靛翻在实际豹计箨串不城实，无法真正实现开发出w 靠度设诗软择，哭熊开发融可靠魔的 计算软件( 用于验算) 。现阶段可靠度的计掉方法只肖在路面结构由传统方法设计确定的情况下，对 路巍绩橱进行黢舞势赞，方整霹嚣度算法程蓊毒黪器没诤孛矮奁理鹣嗣途。因梵，基予碍靠度方法 的沥青路面设计计算软件的开发盎簧用途怒对已有沥青路丽结构设计避行可靠庹的验算计算。 8 末辩大学硕士学位论文 第置章綦予可靠度计撵方法的沥青路面计算辍件熬手 发 第三耄基予可靠度计算方法的沥青路西计算软件的开发 熬予可靠发诗算方法戆沥毒鼯嚣诗算软嚣憨舞发是一个复杂黪涉及路瑟宠学诗算，概率绞诗理 谂及较馋王程知识翦系统工程。下文遴遘结合本软件开发翡备方薤详细论述，介绍了拳较件开发韵 全过襁。详细的软件开发的工程方法见参考文献c 1 2 。 3 1 软件工程方法概述 较箨工程方法蹩款静舅笈遗鞭中应当灌舞熬牙髓漆蒌l j 荨瓣巯范。零软舞秀发遂程孛羲然与芷瘸静 软搏公司进行的软件开发过程比较较为褥单，但是迸是基本遵循了软件开发的工程方法。“” 3 。1 1 较辞瓣壤念 软 警不能从狭隘的观点去瑾鳃，认为软 牛即毂侉。这样简单的理勰不仅不髓表达软 串的确切含 义，霜屠会将软终秀发技术毒程痔设诗方法等嚣越采，扶嚣慧醛了较伟秀发技零中诲多重要麴冀它 方丽。 软件是计算机系统巾与硬件捆亘依存的另一郝分，它蹙包含程序、过稷袋提关文楼瓷辩豹竞整 集会。软箨鑫褥大都分缀藏，箕一是胃撬行罄劳，鄂弦檗弱傣患存敦在存耱介质上静稚序与遗禚； 其= 魑与程序和过程宥荧的文档捺料。 对于一个计冀机系统，软件部分的完整配鬻应包括四个童要部势：厦对用户盼为解决各种特定 霾嚣褥编写静寂羯穗疼，支持备释应强程枣运行豹系统程穿， 蕈饔热德使霜翻维护盎鲻程蓐匏嚣彝 用户的文档和记载了疵阉程序的设计和开发过程。以便于进一步的开发和修改的面向开发者的文档。 3 1 。2 软释臻存弱鬟 一个软件从开始计划越，蓟废弃不增止，戚为软译魄生存属期。较 牛工程采髑的生存羼期方法 学藏楚放l 孪阉您度对簸 串舞袭耧维护弱复祭阔题遽霄分解，将软舞的生存羁黧越分为若干夺酚段， 每个阶段有相对独立的任务，然衙逐步完成每个阶段的任务。这样做的好处燕每个阶段的任务相对 独立照比较簿鹅的，便予不同人员分工掘侮，从嚣降低了蹩个软传嚣发过程懿龌难程度。对于软 孛 生存磷期懿不黼鲻分，形成了不瓣软件生存瘸帮模鬟，总钵