凌天清路面设计简答题.docx

一、试比较路面设计方法中的力学-经验法与经验-力学法的优缺点。我国现行路面设计规范是采用的哪一种设计方法？ 答：力学-经验法首先将路面结构模型化（简化为理想模型的结构图式或力学模型），并将行车荷载和环境因素的作用典型化（转化为代表值或等效当量值），采用结构分析理论（弹性层状体系理论或弹性地基板理论等）和计算方法（解析法或有限元法等），建立起荷载和环境作用于路面结构的应力和位移反应之间的计算模型和公式，作为分析各结构设计变量对使用性能指标影响程度的手段，检验是否达到或超过预定使用性能的工具。所选用的使用性能指标（设计标准），往往是可以用力学指标如应力、应变、弯沉等表征的结构性能。而设计标准和各项设计参数的选取，都需通过试验路标定和使用经验验证或修改。经验-力学法(经验法)主要是通过修建试验路，通过观测道路行车荷载试验，获得相应道路使用性能指标数据，从而建立力学指标同荷载参数和使用性能的关系，用来设计路面结构的厚度。本方法重在试验，适应于新建道路，而旧路改造就很难使用。车辆荷载不同，不同地方的气候环境，水文地质不同，在各地大量修建试验路进行大量的试验，其费用非常昂贵，难以承担。同时经验法对新材料的应用很难适应，对具体材料的实际性能很难较好的利用。对路面性能的预测也不够准确。具有较多的缺点，但在现代路面发展初期做为路面设计的一种过渡方法，却是一种很好很成熟的方法。二、路面设计必须满足哪些使用性能？路面设计的任务是什么？按工程经济学的观点，并结合路面工程的具体实际，简述寿命周期费用的组成。答：路面设计必须满足哪些使用性能有：承载力、表面抗滑性、稳定性、耐久性、表面平整度。路面设计的任务：是以最低的寿命周期费用提供一种路面结构，它在设计使用期内能按目标可靠度满足预定的使用性能要求。同时，这种路面结构所需的材料、施工技术和资金，符合当地所能提供的条件和经验。 路面的全寿命用期费用包括：修建费用、养护费用、改造费用、用户费用。 用户费用：车辆运行费用、行车时间费用、交通事故费用、交通延误费用。三、半刚性基层沥青路面按力学特性应该分为刚性路面或是柔性路面？叙述其力学特点以及应该采用何种设计理论来进行设计？答：半刚性基层沥青路面按力学特性应该是柔性路面，柔性路面具有的力学特点：刚度低、强度小、弯沉大，对基层与路基的作用力大。 路面设计理论：采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，设计弯沉值为路面结构整体刚度的设计指标，计算路面结构所需的厚度。 对于高速、一级、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层还必须满足底拉应力的要求（双指标控制）。 计算路面厚度可采用多层弹性体系理论解的专用设计程序进行。四、简述沥青混合料、半刚性材料的设计参数及其测试方法与测试条件，使用场合。答：1、沥青混合料设计参数为抗压模量和15劈裂抗拉强度。测定方法有：1）蠕变试验 2）动态加载试验 3）重复加载试验 测试条件：适用场合：2、半刚性材料设计参数采用劈裂抗拉强度和抗压回弹模量。测定方法：1）劈裂强度采用圆柱体试件平放作劈裂试验确定，2）利用圆柱体试件(1515cm）进行逐级加载与卸载方法测试试件的应力-轴向回弹应变的关系，根据试验结果确定其回弹模量值。测试条件：适用场合：五、柔性路面设计中用设计弯沉值来控制路面厚度。设计弯沉值的大小取决于哪些因素？并请写出其计算公式予以说明；计算弯沉值是计算的路面表面哪个位置的弯沉值？用图示出其验算位置，并附简要说明？答:1、路面设计弯沉值l d 是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据。路面设计弯沉值应根据:公路等级、设计年限内累计标准轴次、面层和基层类型，按下式计算确定: 式中：ld 路面设计弯沉值(0.01mm); Ne 设计年限内一个车道上的累计标准轴次; A C 公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2; AS 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0;热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面为、沥青表面处治为1.1; 中、低级路面为1.3; Ab 基层系数，半刚性材料基层沥青路面Ab =l.0;柔性基层沥青路面Ab=1.6。 2、将路面结构看成多层弹性体系，各层面之间的接触状况按连续体系处理。荷载图式为与双轮组相当的两个圆形均布荷载，其圆心距假定为3倍荷载圆半径(如图)。计算点的位置选在轮隙中心处(图中A点)。六、在我国水泥混凝土路面设计中，作为混凝土面板厚度的设计标准是什么？温度翘曲应力如何计算？写出具体表达式。答：水泥混凝土路面结构设计以设计基准期内行车荷载和温度梯度综合作用所产生的面层板疲劳断裂作为设计标准，并以设计基准期内最重轴载和最大温度梯度综合作用所产生的面层板极限断裂作为验算标准。 最大温度梯度作用下，考虑翘曲应力和内应力的最大温度应力tm，由下式确定：式中：tm 板边缘中点的最大温度应力(MPa); c 混凝土的线膨胀系数(l/0c); Tg 公路所在地50年一遇的最大温度梯度， (0C/cm)，按设计道路所在地的公路自然区划确定； BL 综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，按板长与板相对刚度半径的比值L/r和板厚h确定。七、路面整体性材料结构层是指哪些结构层？为了防止整体性结构层在设计年限内出现疲劳开裂，柔性路面设计应作何验算？用图示出其验算位置，并附简要说明？答：柔性（沥青）路面结构分为面层、基层、垫层。 沥青面层可以分为表面层(磨耗层)、中面层、下面层。 为防止沥青混凝土或半刚性基层、底基层的疲劳开裂，采用拉应力指标沥青混凝土面层或半刚性材料层底面计算点的拉应力m应小于或等于该层材料的容许拉应力R，即:式中：R路面结构层的容许拉应力(MPa)，按下列公式计算： sp 沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度(MPa)， 对沥青混凝土，系指15时的劈裂强度；对水泥稳定类的材料龄期为90d，对二灰稳定类、石灰稳定类的材料龄期为180d的劈裂强度(MPa)；八、为什么任何一种柔性路面设计均要采用弯沉设计指标作为路面厚度计算的控制指标。答：为控制路基路面结构的总变形，防止沉降、车辙等整体强度不足的损坏，采用弯沉设计指标路基路面结构表面在双圆均布荷载作用下轮隙申心处的实测路表弯沉值ls小于或等于设计弯沉值ld，作为确定沥青路面结构厚度的设计标准。 路面设计弯沉值l d 是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据。九、为何要研究路面材料的疲劳性能，在路面设计中是怎样考虑路面材料的疲劳性能的？请写出具体的表达式并指出各符号所表达的物理意义。答：路面材料因承受交变循环应力时所引起的局部结构变化和内部缺陷发展的过程，它使路面材料的力学特性下降，并最终导致路面发生龟裂或者完全断裂。半刚性基层疲劳方程为 式中： ，f 分别为半刚性基层的拉应力和抗拉强度（MPa）； Nf 到达疲劳破坏时的应力作用次数。 A、B回归系数。比如我国规范：二灰稳定粒料：A=0.1103，B=0.0633 水泥稳定粒料： A=0.1339，B=0.0697 水泥混凝土疲劳方程：式中： ，f 分别为混凝土的拉应力和抗拉强度（MPa）； Nf_到达疲劳破坏时的应力作用次数。（1）我国公路水泥混凝土路面设计规范采用的疲劳方程的 A=0.944，B=0.077（2）PCA的疲劳方程：A=0.972，B=0.0828沥青混合料的疲劳方程通常采用下述形式:式中： Nf 到达破坏时的应力反复作用次数； t 反复弯拉应变的大小(mm/mm)； Sm 沥青混合料的劲度模量(Pai); k、a、b 由试验确定的系数。10、 钢筋混凝土路面中的钢筋所起的作用是什么？试根据其作用，推导其配筋计算式。答：普通混凝土面层为了使板面内裂缝不张开，或者是防止混凝土板开裂需要设置钢筋。 钢筋混凝土面层的配筋量，按混凝土收缩受板底摩阻约束而产生的拉应力大小，由下式确定：式中： A s每延米混凝土面层宽（或长）所需的钢筋面积（mm2）； L纵向钢筋时，为横缝之间或横缝与自由边之间的距离(m);横向钢筋时，为纵缝之间或 纵缝与自由边之间的距离（m）。 面层与基层之间的磨阻系数，基层为水泥、石灰或沥青稳定粒料时，可取1.8；基层为无结合料的粒料时，可取1.5；11、 在我国水泥混凝土路面设计中，素混凝土路面在哪些情况下需要进行配筋补强设计？答：1、板面的尺寸过大，如板长1020m；2、板下面埋设地下设施或路基产生不均匀沉陷；3、板的形状不规则。12、 请比较水泥混凝土路面下采用柔性基层与半刚性基层各有何优点与缺点？我国目前水泥混凝土路面是采用的何种基层？出现的主要病害有哪些？十三、路面按力学特性分为几类？分别叙述其力学特点、设计理论？答：按结构力学性能和设计方法分类：1、柔性路面：柔性路面总体刚度较小。路面结构由各种未经处治的粒料基层和沥青面层、碎砾石面层或块石面层组成。路面设计理论：采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，设计弯沉值为路面结构整体刚度的设计指标，计算路面结构所需的厚度。2