长寿命路面结构设计标准及要求(含新旧规范对应力分析)PPT课件

长寿命路面典型结构设计 乔慧园交通运输分院 1 长寿命路面标准及技术要求2 新旧规范对路面结构设计的影响分析 1 长寿命路面标准及技术要求 1 1长寿命路面概述1 2长寿命路面理念1 3长寿命路面设计要求1 4长寿命路面设计标准 1 1 长寿命路面概述 1 定义长寿命路面 Longlifeasphaltpavement 简称LLAP 是指路面设计寿命超过40年 相对于现有的路面其日常养护要求总费用更低的路面结构 1 1 长寿命路面概述 特点 a 设计寿命达到40年以上 b 在设计寿命期间不发生结构性破坏 路面的损坏只发生在表面功能层 c 只进行日常养护 不需要进行结构性大修 即不需要对主要承重层进行大修 d 路面厚度较大 因此 初期费用可能偏高 但维修费用低 在寿命周期内最为经济 1 1 长寿命路面概述 2 国外研究概述 1 1 长寿命路面概述 2 国外研究概述 2 国外研究概述 1 NewJersey NewJersey运输部对I 287州际道路的路面损害情况进行调查 该道路1993年年平均日交通量为11 1019万次 货车占22 重货车占9 20年累计当量荷载5000万次 由于是重载交通 因此经常出现停车 慢速行车 1963年修建 原结构为3inHMA面层 7in基层 8in密级配的级配碎石 10in级配砂砾底基层 路基为粉质砂土 该工程1994年完工 2001年调查时没有发现任何开裂 车辙 预计结构能够使用40年以上 2 国外研究概述 德国 1977年德国A5高速公路FrankfurterKreuz采用的结构是37mm浇注沥青砼面层 200mm沥青砼基层 150mm稳定底基层 该高速公路双向日交通量152000辆 d 重载货车比例为10 20 使用17年后标准轴载次数为125百万次 到现在仍然使用良好 3 国内研究概述 3 国内研究概述 3 国内研究概述 国内研究尚处于起步阶段国内最接近长寿命路面研究思路的是复合式路面结构 复合式路面 指面层由水泥混凝土板 CC 及板上沥青混凝土层 AC 构成 或由水泥混凝土复合板构成的路面结构 水泥混凝土包括普通水泥混凝土 PCC 碾压水泥混凝土 RCC 钢筋混凝土 JRC 及连续配筋混凝土 CRC 等 实践表明 正确的路面结构设计 严格的施工质量控制和适当的维修 路面一定能够使用很长时间 在沥青层层底存在一个极限弯拉应变水平 当路面在荷载作用下应变低于这个水平时 不会发生疲劳损坏 这一应变水平即为疲劳极限 因此 研究认为沥青路面存在一个面层厚度极限 当沥青厚度超过此限值后 路面结构将不会出现由下到上的疲劳开裂和结构性的车辙 1 2长寿命路面设计理念 设计面层较厚的路面结构 控制住面层底部拉应变水平 从而使路面使用年限大为提高 1 2长寿命路面理念 1 3长寿命路面设计要求 1 较高的路基稳定性2 良好的材料性能 3 合理的路面结构组成设计 4 一定的结构层厚度5 较低的层底应力6 与排水相结合 提高路基的承载能力尽可能小的不均匀变形提供长期稳定均匀的支撑 较高的强度 温度和水稳定性 延缓或者防止路面的结构性破坏 确保路面结构的长寿命 实现路面只有表层损坏 维修只需铣刨表面层 再重新加铺罩面 就能保证路面长时间地使用下去 控制结构层底的拉应力防止出现一次性破坏和疲劳开裂现象 防排相结合 1 4长寿命路面设计标准 关于长寿命路面结构形式 国内外并不统一 相关设计指标多样化 但最终目标是统一的 即保证主要承重结构达到长寿命的设计目的 如下图 长寿命路面寿命示意图 长寿命路面设计标准如下 表面功能层寿命应达8年以上主要承重层寿命应达到40年以上各层强度控制指标选用相应规范进行验算 设计流程图 2 新旧规范对路面结构设计的影响分析 2 1修订内容2 2新旧规范方法应力计算2 3新旧规范结果分析2 4小结 2 1修订内容 02版规范主要修订内容 增添路面结构可靠度设计方法和参数修正应力计算公式 拓展应力分析适用范围强化路面组合和材料组成要求整理路基和基垫层材料设计参数改进连续配筋混凝土面层的配筋计算方法补充沥青加铺层设计修改就混凝土路面评定方法拟定交通分析法 公路水泥混凝土路面设计规范 JTGD40 2011 由交通运输部于2011年9月20日发布 自2011年12月1日起施行 11版规范修改内容 增加混凝土板极限断裂的验算标准和贫混凝土及碾压混凝土基层的疲劳断裂设计标准 考虑特种车辆和专用道路结构设计增加极重交通荷载等级 改进接缝设计及填缝材料的选型 完善连续配筋的裂缝间距和裂缝宽度两个设计指标的计算公式 2 2新旧规范方法应力计算 1 荷载应力计算2 温度应力计算 荷载应力计算 温度应力计算 94版 tm 最大温度梯度时的温度翘曲应力kt 温度疲劳应力系数由 tm fcm查表确定kx 温度翘曲应力系数 由L r比值查图 02版 kt 温度疲劳应力系数a b c 回归系数 由表确定 2 3新旧规范结果分析 1 示例假设 砼路面各计算参数如下 砼弯拉强度fr 5 0PCC板Ec 31000MPa二灰碎石基层E2 1400MPah2 15cm固化土处理土基E1 150MPah1 20cm路基回填模量E0 40MPa方案 4m 5m板 方案 为3m 4m板 11版规范修改内容 增加混凝土板极限断裂的验算标准和贫混凝土及碾压混凝土基层的疲劳断裂设计标准 考虑特种车辆和专用道路结构设计增加极重交通荷载等级 改进接缝设计及填缝材料的选型 完善连续配筋的