重载水泥路面设计规范研究PPT课件

1、1 我国重载公路交通状况我国重载公路交通状况调查分析调查分析 1.1 1.1 重载道路轴重情况重载道路轴重情况 1.2 1.2 重载轴载分布情况综述重载轴载分布情况综述 1.3 1.3 本部分结论本部分结论 第1页/共196页1.1重载道路轴重情况重载道路轴重情况 为了进一步了解重载道路的交通特性， 对当前道路交通及轴载分布情况状况有个较为全面的认识，并为新的重载道路路面设计方法的提出提供依据，课题组通过轴载调查和轴重测试，收集了国内典型重载道路的交通、轴载资料，对其进行整理分析并绘出了轴载分布图。 第2页/共196页郑常线 郑常线是焦作地区晋煤外运最繁忙的一条路线,交通量大,超载现象严重,现

2、有郑常公路詹泗段上设有北贾桥连续式交通量观测站,历年的交通量观测结果见下表。第3页/共196页表表1 1 北贾桥观测站历年交通量数据北贾桥观测站历年交通量数据 第4页/共196页从表1中数据可见,郑常公路詹店至泗沟段汽车交通量增长十分迅速,1992年1996年年均增长率高达16.8%,据1995年、1996年部分观测资料表明,昼夜汽车交通量高达一万辆以上的观测日已不鲜见。第5页/共196页表表2 2 郑常公路郑常公路“ODOD”调查点交通量数调查点交通量数据据 第6页/共196页从上表中1995年“OD”调查数据表明,北贾桥观测站昼夜交通量汽车绝对数为10233辆。通过加权平均求得郑常线相应路

3、段日交通量为9072辆中型标准车日,换算成年平均日交通量为9403辆中型标准车日。 第7页/共196页表3 实载率表第8页/共196页 从整个通道实载率分析结果来看,通道内运输十分繁忙,货车平均实载率高达0.9,这主要是因为货车严重超载而导致的。特别是拖挂车,平均实载率高达1.05。据实地调查,许多拖挂车实际载重超过额定吨位12倍,由此可见通道内运输量之大,车辆超载十分严重。 从詹泗路南北半幅实载率分析结果可以看出,两半幅货车实载情况相差较大,南北半幅货车平均实载率分别为1.95和0.18,而拖挂车尤为明显,实载率分别为2.22和0.13。因此,在路面设计过程中,对南北半幅的结构可分别设计。

4、第9页/共196页表4 车型比例表第10页/共196页从上表中可以看到，整个通道内车型比例来看,拖挂车比例最高,为32.60%,客货车比例分别为25.58%和74.42%。而詹泗路货车比例则为83%以上,尤其是拖挂车,竟高达52%,这一数据充分说明了郑常线是一条大交通量的重载运输干线。 第11页/共196页表5 詹泗路车型比例表 第12页/共196页上表中对南半幅重车道测试时间为48小时, 可见,詹泗路拖挂车(四轴车和五轴车)占机动车总量的比例高达54.89%,与1995年“OD”调查所得的52.07%十分接近,说明调查结果是比较准确的。另外,拖挂率的多少反映了一条道路上货物运输的繁忙程度,詹

5、泗路上大于50%的拖挂率表明了它是一条运煤车辆十分集中的重载道路。 第13页/共196页图1 詹泗路车重分布统计19.379.1722.3222.0213.856.27.0705101520250 55 1010 2020 3030 4040 5050车 重 （ T）百分比（%）第14页/共196页图2詹泗路二轴车车重分布统计48.2117.0717.0012.054.800.730.14010203040506005510101515202025253030车重（T）百分比（%）第15页/共196页图3詹泗路三轴车车重分布统计11.5217.2613.6115.1817.89.957.954

6、.112.6205101520055101015 1520 2025 2530 3035 354040车重（T）百分比（%）第16页/共196页图4詹泗路四轴车车重分布统计3.818.0237.0627.4610.932.730102030400 1010 2020 3030 4040 5050车 重 (T)百分比(%)第17页/共196页图5詹泗路五轴车车重分布统计4.81423.233.220.44.405101520253035040405050606070708080车重（T）百分比(%)第18页/共196页图6 詹泗路单轴轴重分布统计27.1820.7227.718.724.90.7

7、805101520253002.52.555101015152020轴 重（(T)百分比(%)第19页/共196页图7 詹泗路双轴轴重分布统计双轴轴重分布统计 3.727.7721.2856.0810.650.501020304050600 1010 2020 3030 4040 5050 60轴 重 （ T）百分比（%）第20页/共196页 我国规定的汽车限重见表6。单轴限值为10t，双轴限值为18t。由上图实测结果可以看出，单轴超过10t的车超过24.34%，还有近1%单轴超过20t，超载近1倍，超过20t的双轴约为88.51%，超载比例更大，最大双轴重超过50t。超载的数量及程度都远比以

8、前超载研究的情况要大，实际调查中也发现，这些超载车辆大多进行了改装，增加弹簧钢板、更换高强轮胎的现象非常普遍。 第21页/共196页表表6 6 我国道路车辆允许最大质量我国道路车辆允许最大质量(t)(t) 第22页/共196页其他道路 晋博线晋博线 图 8 单轴轴重分布36.6521.9611.575.876.334.484.765.33.08051015202530354002.52.5557.57.5101012.512.5151517.517.52020轴 重 （ T）百分比（%）第23页/共196页 图图9 9 晋博线双轴轴重分布晋博线双轴轴重分布 10.2615.385.1312.6

9、223.0825.845.132.560510152025300 55 1010 1515 2020 2525 3030 3535 40轴 重 （ T）百分比（%）第24页/共196页晋博线上单轴轴重10t的轴数占单轴总数23.96%,双轴轴重20t的轴数占双轴总数的56.39%。其中单轴最大轴重超过25t，双轴最大轴重超过50t。 第25页/共196页 107107国道耒宜段国道耒宜段 通过动态称重设备（WIM）在湖南省耒宜段的三个测试点宜章、良田、油市调查双向行车道上实际通过的轴次和轴重，其轴载谱如下图所示。 第26页/共196页图图10 (a) 10 (a) 良田测点轴载谱良田测点轴载谱

10、 38.4719.829.335.986.137.556.343.952.430510152025303540452.555779911111313151517171919轴重(T)百分比(%)第27页/共196页图图10 (b) 10 (b) 油市测点轴载谱油市测点轴载谱 21.1625.6912.127.757.929.696.956.462.260510152025302.55 5779911 1113 1315 1517 171919轴重(T)百分比(%)第28页/共196页图图10 (c)10 (c)宜章南测点轴载谱宜章南测点轴载谱 34.7417.58.578.4610.549.1

11、45.663.322.0805101520253035402.55 5779911 1113 1315 1517 171919轴重(T)百分比(%)第29页/共196页图图10 (d) 10 (d) 耒宜段平均轴载谱耒宜段平均轴载谱 31.4621107.48.28.796.314.582.26051015202530352.5 5 5 77 99 11 11 1313 15 15 1717 19 19轴 重 (T)百分比(%)第30页/共196页对轴载谱调查资料分析可知，轴重大于13t的轴数占有效轴数（轴重大于2.5t的为有效轴数）的22，其中大于19t的占2左右，1719t的约占46左右，

12、1517t的约占67左右，1315t的约占810左右，说明重载轴数的数量相当大。 第31页/共196页河北省主要干线公路河北省主要干线公路 用HDS-1型涵式轴重仪进行车辆轴载测试，测试结果整理如下图所示 图11 (a) 中型货车轴载谱 0510152025246810121416轴重（t）百分比（）第32页/共196页图图11 (b) 11 (b) 大型货车轴载谱大型货车轴载谱 0246810121416184681012141618轴重（t）百分比（）第33页/共196页国道国道109109线孙启庄大同段轴载分布线孙启庄大同段轴载分布 国道109线孙启庄大同段高速公路是晋煤外运的主要通道之

13、一。为获得较为详尽的交通资料，在交通量观测的同时，对各类车辆的轴型和轮型进行了分类登记，并利用煤检站的地磅对各类车辆的轴重进行了抽样测定。对收集资料整理可得出该段道路轴载谱如下图所示。 第34页/共196页图图12 (a)12 (a)单轴单轮组车辆轴重分布单轴单轮组车辆轴重分布图图 6.7118.410.875.522.551.2212.7901020304050602.52.63.53.64.54.65.56.67.57.68.58.69.59.610.5轴重（t）百分比（）第35页/共196页图图12 (b) 12 (b) 单轴双轮组车辆轴重分单轴双轮组车辆轴重分布图布图 1.952.23

14、0.2654.920.787.829.0501020304050602.63.53.64.54.65.515.616.518.619.519.620.522.623.5轴重（t）百分比（）第36页/共196页图图12 (c)12 (c)单轴车辆轴重分布图单轴车辆轴重分布图 3.6512.271.493.121.3627.861.096.9625.029.473.574.1305101520253025轴重（t）百分比（）第41页/共196页图图13 (b) 13 (b) 津围公路车辆轴载分布图（天津津围公路车辆轴载分布图（天津方向）方向） 024681012141618677889910101

15、11112121313141415151616171718181919202021212222232324242525轴重（t）百分比（）第42页/共196页由调查及观测结果可知，单轴轴重在10t以上的占31；13 t以上的占22，其中上下行轴载分布极不均衡，由蓟县向天津方向车道轴重在10t以上的占53，13t以上的占38.6，而由天津向蓟县方向车道轴重10t以上的仅占5.4，13t以上的仅占2.7。 第43页/共196页上海上海1515条干线公路轴载分布情况条干线公路轴载分布情况 1998年49月间，选取了上海市具有代表性的15条干线公路进行了车辆组成情况调查和轴载称重测定。15条干线公路包

16、括主要国道和省市干线，是上海市重要的出入境道路及境内主干线，以及通往大型厂矿和集装箱码头的大件运输路线，重和特重交通所占比重较大。测定结果整理如下。 第44页/共196页表表7 7上海市上海市1515条干线公路货车装载情条干线公路货车装载情况况第45页/共196页由上表可看出超限车比重一般在2045的范围内，其中三轴半挂车的比重最大，接近45，其次是单后轴整车，超过37。从该表还可看出各车型的最大装载率可达200以上，其中单后轴的最大装载率高达380。 第46页/共196页表表8 8上海市上海市1515条干线公路上货车超限情条干线公路上货车超限情况况第47页/共196页由上表可看出上海市干线公

17、路上货车超限行驶的现象相当严重，超限车的比例约在20以上。总质量超限的情况发生在4轴和4轴以上的半挂车车型；单后轴质量超限的情况主要出现在单后轴整车和3轴半挂车车型；双联轴质量超限发生在双后轴整车和4轴以上半挂车车型。 第48页/共196页图图14 (a)14 (a)上海上海1515条干线公路条干线公路1 11 1型型货车后轴轴载谱货车后轴轴载谱 0.911.717.911.77.69.78.23.97.65.87.13.22.41.50.40.2 0.2024681012141618202345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19轴重（t）百分比（）第49页/共

18、196页图图14 (b)14 (b)上海上海1515条干线公路条干线公路1 12 2型型货车后轴轴载谱货车后轴轴载谱 3315.27.637.69.14.510.618.213.631.502468101214161820681012141618202224262830轴重（t）百分比（）第50页/共196页湖北襄樊重载道路轴载组成调查湖北襄樊重载道路轴载组成调查 图15 (a) 车重分布图 19.879.1722.3222.0213.885.677.0705101520250 55 1010 2020 3030 4040 5050车 重 （ T）百分比（%）第51页/共196页图图15 (b

19、) 二轴车车重分布图二轴车车重分布图 48.2117.071712.054.750.780.1401020304050600 55 1010 1515 2020 2525 3030车 重 （ T）百分比（%）第52页/共196页图图15 (c) 15 (c) 三轴车车重分布图三轴车车重分布图 11.5217.2313.6115.1917.89.987.864.192.620246810121416182005510 1015 1520 2025 2530 3035 354040车重（T）百分比（%）第53页/共196页图图16 (a) 16 (a) 单轴轴重分布图单轴轴重分布图 27.1520

20、.7227.7818.724.980.6505101520253002.52.555101015152020轴重（T）百分比（%）第54页/共196页图图16 (b) 16 (b) 双轴轴重分布图双轴轴重分布图 3.727.7721.2856.0810.810.3401020304050600 1010 2020 3030 4040 5050 60轴 重 （ T）百分比（%）第55页/共196页河南豫河南豫3131线重车现状线重车现状其中车型代号表示如下：1为单轴单轮胎、2为单轴双轮胎、3为双联轴。比如123型货车，具体车轴情况依次为：单轴单轮胎、单轴双轮胎以及双联轴。各车轴限载值如下：1型轴

21、限载值为6吨，2型轴限载值为10吨，3型轴限载值为18吨。 第56页/共196页 11型货车轴重组成 11型货车限载为12吨，此次共调查37辆，全部存在超载现象，其中，最大超载为144.8%，单轴次最大超载为217.7%。 2.78.118.924.318.910.816.2051015202530 1010 1212 1414 1616 1818 20 20轴 重 （ t）百分比（%）第57页/共196页 11111111型货车轴重组成 1111型货车限载值为24吨，此次调查此类车31辆，其中有9辆存在超载现象，超载车辆占调查车辆的29.0%，单车最大超载率为62.9%，单轴最大超载率为14

22、8.7%。 12.919.425.812.912.916.10.05.010.015.020.025.030.01921212323252527272929轴 重(t)百分比（%）第58页/共196页 12 12型货车轴重组成 12型货车限载为16吨，此次调查这种车辆177辆，有142辆车超载，超载车辆占调查车辆的80.2%。其中，最大单车超载率为100.9%,6吨轴最大超载率为160.7%，10吨轴最大超载率为63.8%。 0.67.919.818.128.813.66.84.50.05.010.015.020.025.030.035.0101012121414161618182020222

23、2轴 重（t）百分比（%）第59页/共196页 1211 1211型货车轴重组成 1211型货车限载值为28吨，此次共调查162辆，其中有65辆车超载，超载车辆占调查车辆的40.1%，最大单车超载率为49.9%，6吨轴最大超载率为65.7%，10吨轴最大超载率为144.8%。 1.210.534.025.917.37.41.22.50.05.010.015.020.025.030.035.040.01818202022222424262628283030轴 重（t）百分比（%）第60页/共196页 二轴车轴重组成 此次调查的车辆中，共有二轴车294辆，其中有246辆车存在超载现象，超载车辆占二

24、轴车总量的83.7%。 0.725.540.514.610.56.51.70.05.010.015.020.025.030.035.040.045.0101015 1520 2025 2530 3035 3540轴 重（t）百分比（%）第61页/共196页 三轴车轴重组成 此次调查的车辆中，共有三轴车60辆，其中有56辆车存在超载现象，超载车辆占三轴车总量的93.3%。 26.711.735.011.78.36.70.05.010.015.020.025.030.035.040.01722222727323237374242轴 重（t）百分比（%）第62页/共196页 四轴车轴重组成 此次调查

25、的车辆中，共有四轴车447辆，其中有329辆车存在超载现象，超载车辆占四轴车总量的73.6%。 26.711.735.011.78.36.70.05.010.015.020.025.030.035.040.01722222727323237374242轴 重（t）百分比（%）第63页/共196页单轴单轮胎型后轴超载情况表单轴单轮胎型后轴超载情况表 第64页/共196页图图1717单轴单轮胎型后轴超载分布单轴单轮胎型后轴超载分布图图 0102030405060708020406080100150200200超载百分比（%）轴数第65页/共196页规范上规定，单轴单轮胎型轴重限载值为6000kg，

26、但附表中显示，实际情况为单轴单轮胎轴重最大已达13460kg,超载率为224.3%。从上边图表中可以得出，超载率超过100%的已占总数的21.1%之多，超载率超过40%的已占总数的62.8%。 第66页/共196页单轴双轮胎型后轴超载情况表单轴双轮胎型后轴超载情况表 第67页/共196页图图18 18 单轴双轮胎型后轴超载分布单轴双轮胎型后轴超载分布图图 0204060801001201401601020304050607080超载百分比（%）轴数第68页/共196页规范规定，单轴双轮胎型轴重限载值为10000kg,但豫31线上的此类货车最大轴重已达19340kg, 超载率为93.4%，而且超

27、载现象普遍。从上边图表中可以得出，超载率超过50%的占总数的13.4%，超载率超过30%的已占总数的38.9%。 第69页/共196页双联轴型后轴轴载谱双联轴型后轴轴载谱 第70页/共196页图图19双联轴型后轴超载情况表双联轴型后轴超载情况表0510152025301020304050607080超载百分比轴数第71页/共196页双联轴型后轴限重为18000kg，但豫31线上通过的双联轴型货车双联轴轴重最大已达32260kg，超载率为79.2%。从上边图表中可以得出，超载率超过50%的占总数的12.4%，超载率超过30%的占总数的37.2%。 第72页/共196页1.2 1.2 重载轴载分布

28、情况综述重载轴载分布情况综述 由以上几条道路的轴载组成情况可知: 单轴轴重大于10t的比例在2080之间，某道路甚至达到100；大于13t的约占2242；轴重在15t20t的约占1242；大于20 t的约占8左右；单后轴最大轴重达到25t。 双后轴轴重大于18t的约占44.296，最大双后轴轴重达到50t左右。第73页/共196页本部分结论1.由以上调查可以看出，超载情况在全国是一种普遍现象，其道路性质一类是运煤路，如山西及其周边省市；一类是厂矿、建材运输等道路。 2.超载严重车辆几乎均进行了改装，主要有加高、增加弹簧钢板、更换高强轮胎甚至换轴，最高轮胎内压有的车辆高达1.2Mpa。 第74页

29、/共196页3.在所调查重载路上，超载率均很高，重车方向超载率一般在50%80%，有的路更高，几乎达到100%。4.典型重载路超载程度平均超载率为50%70%，近年，限重管理较严格道路有较大幅度下降。 5.不少道路单轴超过10t的车超过20%，有的高达40%，还有一定量单轴超过20t。 第75页/共196页 6.超过20t的双轴比例更大，约为50%80%，有的路段几乎达到100%；最大双轴重超过50t。总重超过100t的车亦为数不少。 第76页/共196页2 2 重载水泥混凝土路面应力分析与疲劳关系研究重载水泥混凝土路面应力分析与疲劳关系研究 2.1 2.1 重载应力分析重载应力分析 2.2

30、2.2 大应力比疲劳实验与疲劳方程大应力比疲劳实验与疲劳方程 2.3 2.3 重载水泥混凝土路面的轴载换重载水泥混凝土路面的轴载换算算 2.4 2.4 本部分结论本部分结论 第77页/共196页2hPAlnm第78页/共196页2.1 重载应力分析重载应力分析 （重载应力） 单轴单轮的轮压分别为0.5和0.8MPa时，A值的差异已达到60%以上，说明轮压是影响荷载应力关系的一个不可忽视的参数，因而在原有的关系中加入轮压p的参数（指数t）补充： 其中的t值反映了相同轴载条件下轮胎的变化对产生荷载应力的影响 tnmphPAl2第79页/共196页荷载应力公式回归系数第80页/共196页2.2 大应

31、力比疲劳关系研究大应力比疲劳关系研究 大应力比疲劳实验 通常在N于范围内得出线性疲劳方程： S= （）式中：反复应力最大值； 混凝土的弯拉强度； 疲劳试验确定的系数。式（）所示的疲劳方程，是在低应力保持不变（等于或接近于0）而施加不同级位高应力的循环加荷情况下得到的。Nfrlgmax第81页/共196页84 规范 浙江省交通设计院采用疲劳实验结果，提出了未考虑高低应力比R的单对数疲劳方程： （4） 该疲劳方程不能反映高低应力水平不同或者说应力级位不同对疲劳方程的影响，既不能反映不同级位轴载对路面疲劳损伤作用程度上的差异。 fNSlg0631. 0961. 0第82页/共196页94 规范 同济

32、大学采用不同低应力进行了混凝土的弯曲疲劳试验，运用回归分析方法，对试验结果进行统计分析，得到如下式所示的双对数形式的疲劳方程： lgS=lga-0.0422(1-R)lgN （5）式中：a回归系数。 现行水泥混凝土路面设计规范中所采用的疲劳方程即在此基础上提出来的。 第83页/共196页重载疲劳实验重载疲劳实验 针对超重载车辆的交通特性、路面受力状况，对超重载所引出的高应力水平时的水泥混凝土弯曲疲劳特性进行了研究，以建立同样也适用于超重载的水泥混凝土路面的疲劳方程。实验分两阶段进行： 第一阶段为应力水平在0.851的大应力疲劳实验。 第二阶段为应力水平在0.750.85之间的疲劳实验 ,以期建

33、立全应力范围内的疲劳方程。第84页/共196页应力水平应力水平R=0.851的大应力比疲劳的大应力比疲劳实验实验 试验成型梁试件77根，立方试块21个。全部试验分两部分：静力试验和疲劳试验。n静力试验包括：(a)21个立方试块的28天抗压强度试验。(b)每批3根小梁(共21根)的抗折强度试验，加载方式为三分点加载，两支点距离15cm，试验的龄期与该批试件进行疲劳试验的龄期相同。 疲劳试验在MTS850材料试验机上进行，实验中梁试件应力水平分级如表2-5所示。试验施加的动荷载为正弦荷载，当应力水平S0.90时荷载作用频率为1.5Hz。第85页/共196页各种加载状态下混凝土梁试件根数各种加载状态

34、下混凝土梁试件根数 表16高低应力比R施加应力水平S0.850.900.9250.950.97510.08253320.20258210.50 34664第86页/共196页高低应力比R应力水平S疲劳寿命N高低应力比R应力水平S疲劳寿命N高低应力比R应力水平S疲劳寿命0.080.854920.200.902110.500.9068768230.92526570.90290.925584349138178286431210000*26212210.92565519*0.95286505221743184790.9510.9561653214374*117780.97540.500.8531366

35、0.975250.200.85520642005396*2035640150.9021060.909330*71515000*1291061 疲 劳 试 验 结 果表17第87页/共196页应力水平应力水平R=0.85R=0.851 1的大应力比的大应力比疲劳实验疲劳实验 第88页/共196页疲劳方程回归系数值疲劳方程回归系数值第89页/共196页结果应用分析 本次实验所得疲劳方程主要是针对超重载作用下的大应力比提出来的，其适用范围为应力比R在0.851之间。但该疲劳方程很难与规范疲劳方程实现在高应力水平与常规应力水平间的平滑衔接。针对此问题，本研究开始第二阶段的疲劳实验研究，以期建立全应力水

36、平的疲劳方程。 第90页/共196页应力水平应力水平R=0.75R=0.750.850.85的大应力的大应力比疲劳实验比疲劳实验 试验成型梁试件5批80根，立方体试块15个，每批试件平均抗压与平均抗折强度如表19。各批试件平均抗压强度与平均抗折强度表19批号12345R(MPa)36.5739.3235.4338.1536.07Ra(MPa)5.826.305.436.155.68疲劳试验施加的动荷载为正弦荷载，荷载作用频率当应力水平S=0.85时为1Hz，当S 15%； 双轴:大于180 KN 轴载 30%。 第132页/共196页4.3 交通参数交通参数 轴载换算公式的选取： 在面板较厚、

37、应力水平较低的情况下，规范轴载换算公式与曲线轴载换算公式换算结果非常接近，由于曲线轴载换算公式涉及因素较多，和通常的设计思路不相符，我们可近似采用规范方法进行轴载换算。而对于现有路面在特重荷载作用下的损坏评估，由于路面较薄、轴载较大，建议采用曲线轴载换算公式进行轴载换算。 第133页/共196页 aSabSabissiNN2lg4lg421221210第134页/共196页二次曲线公式换算系数 轴重（kN）换算系数N1N2N3h=18(cm)h=20h=22h=25h=284000000005000000006000000.0010.0010.001700.00300.0020.0030.00

38、50.0070.009800.0280.0080.0190.0260.0330.0420.051900.1850.1050.1470.1720.1940.2190.24100111111111058655 4 4 1201849352520 15 13 1306727418110977 53 41 1402181340901452282 173 123 15065758664287177698053234816018452334419705668432521559939170486685429882762423510352438024301801214429029038858885163317

39、991184960511902884492326616938462915969468931002145722006553627672097368206977436274414787373404721014305778612743224476432215157767281947157740922030113621273814143213216104825702154000470158171707230613261550776886520586883380683658690541111106372431240121165813693692830801569281084761601575285525

40、75501791450第135页/共196页不同轴载换算公式对板内应力水平的影响 为比较几种轴载换算公式的不同，取标准轴载为100kN，混凝土面板抗折强度为5.0 Mpa，温度应力为1.0Mpa，分别利用现行规范轴载换算公式及文中所提出的基于线性和曲线疲劳方程的轴载换算公式计算不同面板厚度、轴载在40240kN范围内的荷载应力、应力水平及轴载换算系数，计算结果见下图。 第136页/共196页图37不同面板厚度时应力水平s对比图00.20.40.60.811.21.44090140190240290轴重（kN）应力水平h=18h=20h=22h=25h=28备注：N1代表基于现行规范轴载换算公式

41、的换算系数；N2、N3分别代表基于本文所提出的由线性及曲线全应力疲劳方程所建立的轴载换算公式的换算系数。第137页/共196页不同面板厚度时不同面板厚度时N3换算系数对比换算系数对比 由上表及图37可看出，应力水平随轴重增加而增大，面板越薄，应力水平增加的幅度就越大。面板厚度h=18cm时，轴载超过130kN应力水平大于0.7，处于高应力水平状态，轴载为190kN时应力水平大于1，也即当轴载大于190kN时，轴载作用一次面板即出现断裂破坏。随着面板的增厚，大应力水平区间出现点也随之推后，h=20cm时，应力水平大于0.7的轴载点为170kN；h=22cm时轴载点为210kN；h=25cm、28

42、cm时没有出现大应力水平区间，轴载作用下面板处于小应力水平状态。 第138页/共196页图图38不同面板厚度时的不同面板厚度时的N3换算系数对比图换算系数对比图0.00E+005.00E+031.00E+041.50E+042.00E+042.50E+04120130140150160170180轴载（kN）轴载换算系数h=18h=20h=22h=25h=28第139页/共196页图39面板厚度h=18cm时三种轴载换算公式换算系数对比图由图39可看出，面板厚度较薄时，基于现行规范的轴载换算系数变化较平缓，文中所提方法随轴重的增加变化幅度较大。当轴重P170kN时，N3随着轴重的增加而急剧增加

43、，N3远远大于N1及N2。这是因为面板厚度较薄时，重轴载所产生的疲劳损坏作用越大，其所处的应力水平也很高。而N1没有考虑重载因素，低估了超重载的疲劳损坏作用；N2虽考虑了重载因素，但仅考虑了某一点应力水平，对重载因素估计不足，也同样低估了超重载的疲劳损坏作用。0.00E+005.00E+041.00E+051.50E+052.00E+052.50E+053.00E+053.50E+054.00E+054.50E+05120130140150160170180190轴重（kN）换算系数N1N2N3第140页/共196页图44面板厚度h=28cm时三种轴载换算公式换算系数对比图0 . 0 0 E

44、+ 0 02 . 0 0 E + 0 74 . 0 0 E + 0 76 . 0 0 E + 0 78 . 0 0 E + 0 71 . 0 0 E + 0 81 . 2 0 E + 0 81 . 4 0 E + 0 81 . 6 0 E + 0 81 2 01 4 01 6 01 8 02 0 02 2 02 4 02 6 0轴 重 （ k N ）轴载换算系数N1N2N30 . 0 0 E + 0 02 . 0 0 E + 0 54 . 0 0 E + 0 56 . 0 0 E + 0 58 . 0 0 E + 0 51 . 0 0 E + 0 61 . 2 0 E + 0 61 . 4 0

45、 E + 0 68 01 0 01 2 01 4 01 6 01 8 02 0 02 2 02 4 02 6 0轴 重 （ k N ）轴载换算系数N 1N 3图45面板厚度h=28cm时N1、N3换算系数对比图第141页/共196页厚板时不同方法换算系数 由图44、45可知，当面板厚度h=28cm时， N1、N3比h=25cm时更为接近，此时N1略高于N3，这是由于面板所处应力水平更小的缘故。同h=25cm，当轴重很大时，N2远远大于N1和N3，N2过高估计了重载对路面的疲劳损坏作用。 第142页/共196页4.44.4设计使用期内交通量年平均当量轴次增长设计使用期内交通量年平均当量轴次增长率

46、率e e 交通量年平均增长率和年平均当量轴次的增长率e之间存在一定的偏差，特别对于重载水泥混凝土路面，若重载车辆增加较快，由于较高的轴载换算次数，与e间相差更大。也就是说，进行路面结构设计时，如采用交通量增长率作参数，会导致较大的偏差，而采用当量轴次增长率为参数，比较能够客观的反映实际情况。 第143页/共196页当量轴次增长率当量轴次增长率e e和交通量增长率和交通量增长率对照对照表表 表表3333路线名称魏樊路国道207新樊路寺沙路郑常线新济线洛常线交通量增长率（）12.4318.8910.610.9116.811.5711.9当量轴次增长率e（）19.4725.8818.119.2128

47、.7219.6223.5 第144页/共196页4.5方向系数方向系数 对于常规道路，通常情况下方向系数取为0.5，进行道路结构设计时通常不予考虑分方向分车道设计。而对于重载道路而言，根据交通量调查和轴载测试可以发现,在重载道路上往往会发生两个方向机动车交通量大致相等,而累计标准轴次相差很大的现象因此需要根据实际情况确定方向系数。第145页/共196页4.6土基及材料参数土基及材料参数 对于重载水泥混凝土路面，由于在重载作用下应力工作区间后延，模量值变小，所以对刚性路面基层顶面计算回弹模量值也有所变小。ttcEnE2 . 08 . 038 . 0310718. 110718. 1tcttctc

48、EhEEEhEE第146页/共196页 4.7 4.7疲劳应力系数疲劳应力系数2)(lg0013. 0lg0326. 010NNfk第147页/共196页4.8 n值的变化 对n值的修正： K=0.87(120KN)-0.23(400KN) P=200KN时，K=0.58Knn 1074. 02 .151PK第148页/共196页4.9 重载应力分析重载应力分析 对现行的荷载应力计算公式进行修正，应用有限元程序重新计算板边缘最大纵向荷载应力， 重新标定各系数值。（见下页表）2hPAlnm第149页/共196页计算荷载应力公式回归系数表计算荷载应力公式回归系数表 第150页/共196页4.10

49、4.10 规范公式与建议公式对比规范公式与建议公式对比 为比较规范应力计算公式与所建议应力计算公式的差异，选取不同的计算参数、面层厚度和轴重，分别按规范回归系数表5-1与表5-2中的回归系数计算相应的板边缘荷载应力值，计算结果如下表所示。 第151页/共196页车型轴重（kN）规范公式建议应力公式l=50l=100l=50l=100h=20h=25h=20h=25h=20h=25h=20h=25单轴双轮组801.47 0.94 2.44 1.56 1.27 0.81 2.31 1.48 1001.76 1.13 2.94 1.88 1.56 1.00 2.83 1.81 1202.05 1.3

50、1 3.42 2.19 1.84 1.18 3.34 2.14 1402.33 1.49 3.88 2.48 2.11 1.35 3.84 2.46 1602.60 1.664.33 2.77 2.38 1.53 4.33 2.77 1802.86 1.83 4.78 3.06 2.65 1.70 4.82 3.08 2003.12 2.00 5.21 3.34 2.92 1.87 5.30 3.39 2203.38 2.16 5.64 3.61 3.18 2.03 5.78 3.70 2403.63 2.32 6.06 3.88 3.44 2.20 6.25 4.00 双轴双轮组1200.9

51、6 0.62 1.78 1.14 0.87 0.56 1.56 1.00 1601.22 0.78 2.24 1.44 1.13 0.72 2.02 1.29 2001.46 0.93 2.69 1.72 1.38 0.88 2.47 1.58 2401.69 1.08 3.11 1.99 1.62 1.04 2.90 1.86 2801.91 1.22 3.53 2.26 1.86 1.19 3.33 2.13 3202.13 1.36 3.93 2.51 2.09 1.34 3.75 2.40 3602.34 1.50 4.32 2.76 2.32 1.49 4.17 2.67 4002.

52、55 1.63 4.70 3.01 2.55 1.63 4.58 2.93 规范荷载应力公式与建议荷载应力公式计算结果比较表表36第152页/共196页4.114.11重载结构要求重载结构要求 面板厚度：Hmin=26cm 抗弯拉强度 不小于5 MPa 抗弯拉弹性模量 不小于38 MPa 其他构造要求与特重交通相同。 第153页/共196页4.124.12重载水泥混凝土路面设计流程重载水泥混凝土路面设计流程交 通 量 调 查使 用 期 累 计 标准 轴 次 N e荷 载 疲 劳 应 力系 数 k f应 力 折 减 系 数 k r综 合 系 数 k c初 期 标 准 轴 次 N路 基 路 面 材

53、 料 调查 和 试 验初 拟 路 面 结 构基 层 顶 面 计 算 回弹 模 量 E t c荷 载 应 力 p s荷 载 疲 劳 应 力 p温 度 梯 度 T g最 大 温 度 应 力 t m温 度 疲 劳 应 力系 数 k t温 度 疲 劳 应 力 t混 凝 土 配合 比 设 计混 凝 土 设 计 弯拉 强 度 f c m p t （ 0.95 1.03） f c m结 束否是第154页/共196页软件界面图软件界面图第155页/共196页第156页/共196页第157页/共196页第158页/共196页第159页/共196页第160页/共196页第161页/共196页设计示例 示例：S10

54、1郑吴线台前至吴坝段水泥混凝土路面结构设计；本示例分别按常规与重载两种方法计算。 （见总报告68-73页）第162页/共196页5.5.重载作用下贫混凝土基层水泥重载作用下贫混凝土基层水泥混凝土路面研究混凝土路面研究 5.1重载水泥混凝土路面基层的技术要求 5.2贫混凝土性能和设计参数的确定 5.3 采用贫混凝土基层的水泥混凝土路面荷载应力分析 5.4采用贫混凝土基层水泥混凝土路面设计方法研究 第163页/共196页5.15.1贫水泥混凝土路面基层的优点贫水泥混凝土路面基层的优点 1强度高、板体性好。 2稳定性好，抗冲刷能力高 3与面层结合良好 4排水性好 5传荷能力高 6保护土基 7早期强度

55、高，可以为面层施工提供平整的施工平面 8充分利用当地材料第164页/共196页5.25.2贫混凝土性能和设计参数的确贫混凝土性能和设计参数的确定定 贫混凝土抗压强度指标： 贫混凝土推荐模量： 贫混凝土的疲劳性能： 658.0475.0yrff)10(43468. 145403. 0MPafErrNSRRSlg0521. 01497. 1lg1)1 (lg第165页/共196页5.3 5.3 采用贫混凝土基层的水泥混凝土路面荷载应采用贫混凝土基层的水泥混凝土路面荷载应力分析力分析 三维等参元模型的建立 建立的三维有限元模型为三层弹性连续体系，即弹性地基上的有限尺寸四边自由的单块板，采用扩大尺寸的

56、地基模型来模拟弹性半空间体地基，在纵缝边缘有0.5m的LCB加宽。对于考虑层间作用的模型，在PCC和LCB之间设置了反映层间接触的接触单元，LCB板和地基之间完全光滑，耦合地基和LCB对应节点的z方向的自由度。第166页/共196页 荷载采用单后轴双轮组荷载，轴重100KN，作用位置在临界荷位，即纵缝边缘的中部。为了有限元计算方便，荷载作用面取为正方形，面积为0.20.2m. 板的平面尺寸取混凝土路面常用的5m4m的形状。地基的边界条件为：底面固定，与底面垂直的面约束其法向位移。 第167页/共196页 层间作用对路面应力和弯沉的影响分析 本文提出用弯沉指标确定层间结合系数k。结合系数k定义为

57、实际的弯沉盆形状系数处于结合式与分离式之间的程度，即下式： s不同结合状态下的弯沉盆形状系数；0结合状态下的形状系数；1分离状态下的弯沉盆形状系数。直接加铺的结构形式对应的结合系数为0.6，双层聚乙烯为0.1，砂层为0.2，AC层为0.35 011sk第168页/共196页PCC与LCB层间摩擦作用状态 弯沉盆面积随摩擦系数增大，呈对数曲线形式，摩擦系数在0.13之间时，变化尤其明显；而弯沉盆形状系数的变化曲线呈双曲线形式，基本可以分为三个阶段。摩擦系数对上层板底拉应力影响最大，随着摩擦系数的增大而急剧减小，层间作用对PCC板底拉应力的影响远远大于LCB板底。 第169页/共196页 车辆荷载

58、作用下的厚度优化 1、厚度优化的数学模型 或约束条件： （1）结构层最小厚度的约束 （2）路面防冻厚度的约束 某路面力学指标1minF)2 , 1(min2iMFiimin11hh min21hhhhs第170页/共196页（3）结构层最小强度要求的约束 （4）避免早期破坏的约束 min22EEmax22max2max11max1SfSfcmcm第171页/共196页5.45.4采用贫混凝土基层水泥混凝土路面设计方采用贫混凝土基层水泥混凝土路面设计方法研究法研究 1、贫混凝土基层设计参数的确定： 贫混凝土的设计强度应该以实测28天的抗折强度为准，不能低于要求的最小值。 第172页/共196页贫

59、混凝土设计抗折强度和弹性模贫混凝土设计抗折强度和弹性模量量 第173页/共196页 设计弹性模量的确定 ： 贫混凝土的抗折弹性模量应该以实测为准，但其测量方法既费时又不准确。因而，在无条件测量时，可以直接采用表中的推荐值 泊松比 ： 建议贫混凝土基层进行结构设计时取与普通混凝土相同的泊松比，即为0.15。 第174页/共196页 建议采用贫混凝土基层的水泥混凝土路面设计中不考虑结合式结构，只进行分离式和半结合式结构的设计。 对于分离式结构，贫混凝土基层荷载应力偏差不大，不需要进行修正。对于半结合式结构，推荐层间结合系数为0.60.7，相应的贫混凝土基层应力修正系数ks为0.750.80。 第1

60、75页/共196页6、重载水泥混凝土路面实验路验证 1（湖北魏樊路魏樊路 ）1魏樊路的历史背景及试验路段的确定11.1魏樊路的历史背景11.2试验路段的确定22施工基本情况 22.1路段结构布置及筑路材料情况32.2对原有水泥砼路面的处理52.3沥青路面结构及施工62.4水泥砼路面结构及施工14第176页/共196页（接上页）3各层质量检测数据统计分析163.1各层表面回弹弯沉 163.2基层压实度及抗压强度173.3对检测数据的统计分析174防裂措施194.1开裂原因及处理方案194.2土工格栅处理194.3处理后的效果225验收情况22第177页/共196页图图6-2 襄樊市魏樊路超载车辆