国内外典型路面设计方法及规范比较

2022/10/261国内外典典型路面面设计方方法及规规范比较较长安大学学公路学学院王选仓教教授柔性路面面设计方方法刚性路面面设计方方法22022/10/261、柔性路路面设计计方法典型柔性性路面设设计方法法理论法SHELL法AI法前苏联法法其他设计计方法经验法AASHTO法CBR设计法日本设计计法英国设计计法32022/10/26SHELL设计方法法AI设计方法法AASHTO设计方法法CBR设计方法法港口道路路、堆场场铺面设设计方法法123451、柔性路路面设计计方法6英国港口及其其他工业业重型铺铺面设计计方法42022/10/262、刚性路面设计计方法AASHTO设计方法1PCA设计方法2日本设计方法3港口道路、堆场铺面设计方法4英国港口铺面设计方法552022/10/261.1SHELL设计方法路面模型把路面当作一一种多层线形弹性性体系，其中各层材材料用弹性模模量E和泊松比μ表征。在基本本设计方法中中，路面结构构假定为层间接触连续续的三层体系系，下层为路基基，中间层为为粒料或水泥泥稳定类基层层和垫层，上上层为沥青层层，包括表面面层、结合层层和下面层。。62022/10/261.1SHELL设计方法SHELL设路面模型72022/10/261.1SHELL设计方法1.路基表面垂直直压应变2.沥青层底面的的水平拉应变变1.水泥稳定类基基层底面拉应应力（或应变变）2.路表总变形1.基层或底基层层无结合料材材料最小模量量2.沥青层低温缩缩裂两项次要设计计标准其他次要设计计标准两项主要设计计标准设计标准准82022/10/261.1SHELL设计方法路基表面垂直直压应变85%95%92022/10/261.1SHELL设计方法沥青层底面的的水平拉应变变是否在层底，，取决于C系数C≤133mm，出出现在层层底C＞133mm，h1≤200mm，位于h1下半部分（E2/E1≥≥0.6）h1＞200mm，位于h1上半部分102022/10/261.1SHELL设计方法容许设计标标准值1.(50℅℅保证率)2.——沥青层容许许水平拉应应变3.水泥稳定类4.道路容许永久变形----车辙深度5.其它粒料材料Emin

取决于路基模量和粒料基层厚度h2112022/10/261.1SHELL设计方法荷载与交通通温度与湿度度材料特性设计参数122022/10/261.1SHELL设计计方方法法荷载载80KN单轴轴重重20KN接地地压压力力P=0.6σ=10.5cmd=21cm速度50～60㎞/h加荷时间0.02s轴载换算拟换算轴载

132022/10/261.1SHELL设计计方方法法温度度建立立平平均均温温度度（（年年加加权权平平均均气湿度取最不利季节参数142022/10/261.1SHELL设计计方方法法材料料特特性性①路路基基②松散散材材料h2以mm计，2＜K2＜4152022/10/261.1SHELL设计方方法材料特特性③整体体材料料④沥青混合料劲度模量→沥青含量，沥青劲度及混合料空隙162022/10/26车辙1、影响响因沥青层厚度沥青劲度中的粘滞度部分交通量沥青层平均压力实验室得到

应用到路上，加入Cm（动载修正系数）1.1SHELL设计方方法172022/10/262、轴载载换算算(车辙等等效，，基于于原等等效轴轴次的的换算算)A——比例系数数，随沥沥青混合合料及沥沥青的劲劲度而变变，查下下图1.1SH182022/10/261.1SHELL设计方法法192022/10/263、沥青劲劲度中的的粘滞度度部分w——标准轴次次η——沥青粘滞滞度，取取决于沥沥青的温温度和沥沥青的特特性（是是温差T-T针入度和针入度度指数的的函数）），查上上图。t——车轮通过过时间，，取t=0.02s1.1SHELL设计方法法202022/10/264、沥青层层各分层层的平均均应力——轮胎压力力——第i层上、下下面垂直直位移差差——第i层模量1.1SHELL设计方法法212022/10/264、车辙的的计算——动态影响响修正系系数因RD发生在高高温季节节，以Sm代EH1———面层厚

总变形1.1SHELL设计方法法222022/10/26拟订沥青青层厚度度计算沥青青层的有有效温度度选定材料料组成，，求出各各层模量量计算沥青青层底面面的水平平拉应变变计算路面面的试验验寿命和和使用寿寿命123451.1SHELL设计方法法6比较调整整设计计步步骤骤232022/10/26优点点在路路面面力力学学模模型电算程序功能较为齐全，可计算多种层间接触条件下的任意点的应力、应变和位移。又能考虑粒状材料的非线性。在荷载图式方面，既有垂直荷载又考虑了汽车在刹车、转弯时的水平力。设计指标方面采用了六项标准，用于控制各种路面破坏现象。设计曲线使用方便，基本不再依赖实验室试验就可进行设计。1.1SHELL设计计方方法法242022/10/26缺点点车辙辙预预估估模模型型无无法法说说明明使使用用改改性性沥沥青青对对减减少少新新建建路路面面车车辙辙的的效效果果。。轴载载换换算算以以等等量量的的轮轮胎在求混合料的劲度时假定沥青劲度等于非弹性部分劲度，未考虑弹性部分。道路永久变形计算方面原则正确，但计算公式忽视了路基和基层部分变形。1.1SHELL设计计方方法法252022/10/261.2AI设计计方方法法AI的发发展展1955的第一版－1970年8月的第八版，，全厚式沥青青混凝土路面面的经验设计法，主要以AASHTO道路试验、WASHO道路试验和一一些英国试验验路的数据为为依据。1981年9月的第九版，，提出了以弹弹性层理论及及经验的破坏坏准则为基础础的力学一经验设设计方法，可用于设计计全厚式沥青青路面和深层层高强沥青路路面。1983年进行了MS-1修订，提出了了专门的设计程序CP-1DAMA，并研制了能能覆盖二个不不同温度范围围的系列设计计图表，然而而代表美国很很大一部分地地区的只有一一张图表。1991年又提出了MS-1第九版的修正正版和新的CP-1DAMA程序，包括了了三个不同温温度区范围的的路面厚度设设计。MS-1(thicknessdesign-asphaltpavementforhighwaysandstreets)是美国地沥青青学会(AI)出版的公路及及城市道路沥沥青路面厚度度设计方法手手册。262022/10/261.2AI设计方法理论基础：把路面看成多层弹性体系系，各层材料以以弹性模量和和泊松比表征征，并考虑了了沥青混合料料的粘弹性和和粒料的非线线性等特征。272022/10/261.2AI设计方法Ei逐月变化282022/10/261.2AI设计方方法设计准准则永久变变形准准则疲劳准准则292022/10/261.2AI设计方方法1沥青层底面的水平拉应变εt2路基表面的竖向应变εc设计指指标302022/10/261.2AI设计方方法沥青层层底面面拉应应变N———路面开开裂时时的荷荷载作作用次次数——加荷时时拉应应变a,b———系数，，根据据疲劳劳实验验得出出，修修正后后用于于现场场312022/10/26AI法采用用Finn法N———18KP作用时时等效效的单单轴作作用次次数——沥青混混合料料的劲劲度模模量S——空隙率率——沥青体体积率率1.2AI设计方方法322022/10/261.2AI设计方方法路基表表面的的垂直直压应应变l,m———系数，，与设设计方方法有有关332022/10/261.2AI设计方方法设计参数ABDC沥青混合料动态模量或回弹模量土基回弹模量

荷载

温度342022/10/26荷载采用结结构系系数SN=5耐用指指数Pt=2.5时情况况EquivalentAxleloadESALSingle计算或或查下下表1.2AI设计方方法352022/10/261.2AI设计方方法362022/10/26温度沥青层内月月平均路面面温度z——路面深度（（英寸）z=1/3沥青层厚1.2AI设计方法372022/10/26材料特性①AC动态模量——通过200号筛集料的的概率，取取5%f——加载频率Vv——空隙率——华氏70时沥青粘度度T——温度Vb——沥青用量1.2AI设计方法382022/10/26材料特性②乳化沥沥青在温度T，硬化时间间t时的模量③未处治治粒料劲度度模量K1,K2——系数一一般取K1=8000～120000，K2=0.5θ——第一应力不不变量θ=1/3(σ1+σ2+σσ3)1.2AI设计方法392022/10/26材料特性④土基劲度模量1.2AI设计方法402022/10/261.2AI设计方法设计步骤选择材料，求求得各层材料料特性依据设计寿命命、各层材料料模量和气温温等环境因素素，采用DAMA计算求得路面结构构各层的设计计厚度412022/10/261.2AI设计方法422022/10/261.2AI设计方法评述AI法吸收了各国国有关路面设设计方法的重重大科研成果果，把第七版版和第八版所所用的结构使用性能能和功能特性性（PSI）结合起来。在设计中采采用了材料的动态弹弹性模量，与实际较符符。未考虑各项指指标的叠加效效果，没有一个综合合指标，仅考虑了温温度对材料的的影响，而未考虑湿度的的影响，且当沥青较较薄，交通量量小时，设计计结果较为保保守，所以适适用于较厚的的混凝土层。。432022/10/261.3AASHTO设计方法AASHO试验路时间:50年代地点:Ottawa,Illinois58～61年美伊伊利诺斯州6个环道实验第一环不不行车第二环行行轻车三到六实验路段

284段不同结构组合的FP得264种RP22辆轻型货车和104辆牵引车与半挂车在实验路上每天行驶15小时共做了1114000（一百一十一万四千次）442022/10/261.3AASHO试验路的主主要成果提出了服务务能力PSI的概念提出了ESAL的概念提出了结构构数(SN)的概念提出了简化化的设计回回归方程452022/10/261.3AASHTO设计方法NCHRP1-37A目的：研究究新的力学学-经验路面设设计方法主要研究单单位：ERES，亚利桑那那州立大学学研究期限：：1996-2002/2004配套的研究究课题NCHRP1-39：交通数数据收集，，分析和预预测NCHRP1-40：应用NCHRP1-41：反射裂缝缝NCHRP1-42：Top-Down裂缝NCHRP9-30A：沥青混混合料模型型校正Top-Down裂缝462022/10/261.3AASHTO设计方法设计变量BECDA时间约束交通可靠度服务能力环境影响472022/10/261.3AASHTO设计方法AASHTO试验路基本本方程式19721986和1993482022/10/261.3AASHTO设计方法492022/10/261.3AASHTO设计方法502022/10/261.3AASHTO设计方法512022/10/261.3AASHTO设计方法以现时服务能能力指数PSI为设计标准路面临界状态指标设计交通量

土基承载力

地区系数

设计考虑因素素522022/10/261.3AASHTO设计方法YourTextHereYourTextHereYourTextHereYourTextHere设计参数可靠度参数交通路基土有效回回弹模量使用性能期和分析期532022/10/261.3AASHTO设计方法2ClicktoaddTitle选定使用性能能期和分析期期计算分析期内内标准轴载累累计作用次数数选用可靠度参参数确定设计标准准考虑环境的影影响确定路基土的的有效回弹模模量确定路面各结结构层的层位位系数选用排水系数数制定第一阶段段设计方案确定各结构层层厚度设计步骤542022/10/261.3AASHTO设计方法现行AASHTO路面设计方法法的缺陷设计方法只适适合于和AASHO试验路相同的的条件：一种气候条件件，新路的修修建两年观测数据据，ESALs不超过2百万50年代的车辆，，材料和施工工条件ESALs的换算标准采采用PSI，无法采用ESALs可靠地预测路路面的损坏如如车辙，疲劳劳开裂，错台台等.AASHO试验路的路基基模量是3000psi，相当于6psi应力差.FWD反算模量远大大于3000，造成路面加加铺厚度太薄薄.552022/10/261.4CBR设计方法CBR试验CBR为测定土基和和粒料基层材材料相对强度度的室内试验验法CBR=试样加载强度度／标准加载载强度×100%562022/10/261.4CBR设计方方法CBR设计曲曲线通过路路况调调查得得出路路面损损坏的的主要要原因因1）由于于路面面渗水水而路路基土土侧向向移动动；2）基层层承载载力不不均造造成的的不均均匀沉沉降；；3）路基基土与与地基基承载载力不不足而而造成成过大大的变变形。。这些都都是与与土基基和面面层材材料压压实度度和抗抗剪强强度不不足有有关，，为了了表示示其强强度大大小，，开创创了CBR试验法法，通通过建建立CBR值、路路面厚厚度、、荷载载三者者之间间的关关系图图从而而得到到CBR设计曲曲线。。572022/10/261.4CBR设计方方法CBR初期设计曲线582022/10/26CBR设计法法的计计算公公式采用圆圆形均均布荷荷载时时1）美国国陆军军工兵兵部队队公式式2）贝尔尔梯公公式1.4CBR设计方方法592022/10/26CBR设计法法的计计算公公式采用圆圆形均均布荷荷载时时3）日本本竹下下公式式1.4CBR设计方方法602022/10/26CBR试验法法评述述1、CBR试验法法是室室内有有效的的试验验方法法之一一2、CBR试验法较承承载板试验验难3、浸水4d，不能反映映实际环境境因素1.4CBR设计方法612022/10/26CBR设计曲线评评述1、理论基础础保守2、设计参数数中无交通通量大小的的概念3、对轮压的的大小未予予重视4、无使用标准和损坏标准准1.4CBR设计方法622022/10/26CBR设计新法根据道路等等级、交通通种类、交交通量等综综合成交通通指数，建建立不同交交通指数时时路面总厚厚度H与土基CBR值的关系,如下图。1.4CBR设计方法632022/10/261.4CBR设计方法642022/10/261.5港口道路、、堆场铺面面设计方法法2沥青铺面以双圆垂直均布荷载作用下的弹性层状体系理论为基础，采用铺面表面容许弯沉值为控制指标的半经验半理论方法进行铺面厚度计算。1沥青铺面适用于流动机械标准荷载为P1～P4级的港区道路和堆场铺面的设计。设计原则（JTJ296-96）652022/10/261.5港口道路、、堆场铺面面设计方法法铺面结构：：662022/10/261.5港口道路、、堆场铺面面设计方法法我国86年沥青路面面设计规范范典型结构构：672022/10/262345611.5港口道路、、堆场铺面面设计方法法基层材料的回弹模量量土基回弹模模量沥青铺面设设计使用年年限面层材料的弹性模量量底基层材料料回弹模量量设计参数荷载682022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法1.荷载1、铺面结结构上的的作用为为可变作作用，包包括各种种流动机机械荷载载、堆货货荷载以以及温度度变形。。2、结构计计算应考考虑持久久状况的的承载能能力和正正常使用用两种极极限状态态。3、流动机机械荷载载应取重重复作用用和一次次作用的的两种形形式；集集装箱荷荷载宜取取一次作作用的形形式。4、流动机机械荷载载应采用用单轴单单侧轮载载形式。。5、港区流流动机械械荷载可可分为六六级，荷荷载分级级及各级级标准荷荷载计算算参数按按下表确确定。692022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法港区流动机械荷载分级及各级标准荷载计算参数荷载等级P1P2P3P4P5P6标准荷载计算参数轮载QK（KN）50100150200300400接地面积（cm2）71510001500200030004000接地压强（Mpa）0.701.001.001.001.001.00荷载适用范围（KN）30～7070～130130～180180～250250～350＞350

702022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法当有多种种流动机机械作用用时，设设计标准准荷载采采用P1级。其计计算参数数按下表表确定。。我国沥青青路面设设计采用用标准荷荷载BZZ-100，双轮中中心距为为3δ=3×10.65=31.95cm712022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法荷载换算算系数ηi按下式计计算722022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法2.沥青铺面面设计使使用年限限732022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法3.回弹模量量土基回弹弹模量和和各层铺铺面材料料回弹模模量，按按照现行行《公路柔性性路面设设计规范范》中规定的的试验方方法测定定。742022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法设计步骤骤：1、初步拟拟定路面面结构2、设计参参数计算算1）沥青铺面面设计使使用年限限2）土基及及底基层层、基层层、面层层材料回回弹模量量3、荷载作作用次数数计算1）选取标准准荷载2）计算流流动机械械年运行行次数流动机械械年运行行次数的的估算方方式：A、通过调调查分析析确定。。B、经验公公式估算算确定。。752022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法经验公式式：Zr—装运机械械的装运运量扩大大系数；；Wi——计算的装装运机械械每年分分担的货货运量数数（T或TEU）；ψ—不平稳系系数，单单条道路路或通道道取1，多条道道路或通通道取1.50-1.60；△—轮迹重重叠系系数，，用作作跨运运车通通道计计算，，取2，其他他取1；ωi——计算装装载量量（T或TEU)，为装装运机机械常常用起起吊、、载重重量。。装运运集装装箱时时取1，一次次装运运二箱箱时取取2；nt——可以分分流的的道路路、通通道条条数，，用作作集装装箱堆堆场通通道计计算时时，取取集装装箱堆堆放条数，，用作作件杂杂货堆堆场通通道计计算时时，取取2，用作作散货货堆场场通道道计算算时，，根据据情况确确定。。762022/10/261.5港口道道路、、堆场场铺面面设计计方法法3）计算算标准准荷载载作用用次数数计算公公式：：ηi-荷载换换算系系数；；ηr2-道路铺铺面宽宽度折折减系系数或或堆场场铺面面宽度度折减减系数数；ai——被换算算的流流动机机械荷荷载的的轮组组系数数；ak——流动机机械标标准荷荷载的的轮组组系数数；Pi——被换算算的流流动机机械荷荷载轮轮胎接接地压压强（（Mpa）；Pk——流动机机械标标准荷荷载轮轮胎接接地压压强（（Mpa）；di——被换算算的流流动机机械荷荷载轮轮迹当当量圆圆直径径D=√√4Ai/π（cm）；dk——流动机机械标标准荷荷载轮轮迹当当量圆圆直径径D=√√4Ak/π（cm）。772022/10/261.5港口道道路、、堆场场铺面面设计计方法法782022/10/261.5港口道道路、、堆场场铺面面设计计方法法792022/10/261.5港口道道路、、堆场场铺面面设计计方法法4、试算算并判判断拟拟定的的各层层厚度度的可可行性性1）铺面面表面面容许许回弹弹弯沉沉值[L](cm)计算β1———道路、、堆场场等级级系数数；β2———铺面面面层类类型系系数；；de———考虑多多轮叠叠加影影响的的等效效当量量圆直直径（（cm）,当铺面面通行行多种种流动动机械时时可根根据流流动机机械数数量比比例采采用加加权平平均法法或主主要流流动机机械确确定de值.802022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法812022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法2）弯沉综综合修正正系数λ1计算822022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法2）弯沉综综合修正正系数λ1计算我国沥青青路面设设计规范范中确定定的弯沉沉综合修修正系数数F公式：832022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法3）理论弯弯沉系数数λ2计算4）多层铺铺面当量量厚度H计算，A理论计算算的当量量厚度H理由理论弯弯沉系数数λ2，及Eo/Ea值，查双双层体系系铺面厚厚度计算算诺谟图图，得出出2H/de值从而H理=（2H/de）×de／2842022/10/261.5港口道路路、堆场场铺面设设计方法法852022/10/261.5港口道道路、、堆场场铺面面设计计方法法B多层铺铺面当当量厚厚度H若H＞H理，则所所拟定定的尺尺寸可可作为为铺面面设计计的结结构厚厚度。。862022/10/261.6英国港港口及及其他他工业业重型型铺面面设计计方法法第2版、第第3版（1996年）与与第4版（2007年）：相同：：设计原原理相相同：：以线线弹性性层状状体系系理论论为基基础，，以基基层层层底拉拉应变变做为为有效效控制制约束束条件件。差异：：计算方方法不不同：：第二二版采采用编编程迭迭代的的方法法确定定基层层厚度度第三版版采用用有限限元法法计算算（线线弹性性单元元）第四版版采用用更加加完善善的有有线元元法计计算靠近系系数的的确定定方法法不同同：第第二版版根据据轮距距确定定第三版版根据据轮距距及有有效深深度综综合确确定872022/10/261.6英国港港口及及其他他工业业重型型铺面面设计计方法法第2版、第第3版与第第4版：查表不不同：：第二二版要要查多多个表表第三版版只要要查一一个表表第四版版只要要查一一个表表内容涵涵盖的的范围围不同同：第第二版版仅包包括设设计方方法第三版版除此此之外外还包包括铺铺面材材料的的分类类，各各种基基层、、底基层层材料料的技技术规规格，，施工工的工工艺等等第四版版除包包括第第三版版中内内容外外，还还增加加了加加铺层层设计，修修正了了基层层设计计，给给出了了三个个新建建路面面设计计示例，更更加简简便和和完善善。882022/10/261.6英国港港口及及其他他工业业重型型铺面面设计计方法法荷载分分级数数法：将轮载载总重重12t，轮压压0.8MPa的荷载载作为为“港港区荷荷载””，其其它荷荷载等等效换换算为为港区区荷载载PAWL，然后后根据据PAWL求得荷荷载分分级指指数LCI进行结结构设设计。。892022/10/261.6英国港港口及及其他他工业业重型型铺面面设计计方法法第3版模型型：902022/10/261.6英国港港口及及其他他工业业重型型铺面面设计计方法法第3版设计计步骤骤：1.根据地地基情情况（（CBR值）确确定路路基加加强层层、底底基层层的厚厚度；；912022/10/261.6英国港口及及其他工业业重型铺面面设计方法法2.计算单侧单单轮的轮荷荷载W值(根据工艺专专业提的条条件结合P14～P19公式确定））；922022/10/261.6英国港口及及其他工业业重型铺面面设计方法法前叉车FrontLiftTrucks932022/10/261.6英国国港港口口及及其其他他工工业业重重型型铺铺面面设设计计方方法法式中中：：W1-前轮轮重重（（kg）W2-后轮轮重重（（kg）Wc-集装装箱箱重重（（kg）M-前轴轴车车轮轮个个数数（（一一般般2，4，6个））fd-动力力修修正正系系数数WT-卡车车自自身身重重942022/10/261.6英国国港港口口及及其其他他工工业业重重型型铺铺面面设设计计方方法法跨运运车车StraddleCarriers952022/10/261.6英国港港口及及其他他工业业重型型铺面面设计计方法法Ui-空载轮轮载（（kg）Wc-集装箱箱重（（kg）M-轮载个个数fd-动力修修正系系数承受荷荷载时时轮载载Wi计算962022/10/263.确定有有效计计算深深度（（P13）；式中：：CBR—路基CBR值4.根据轮轮距及及有效效计算算深度度确定定靠近近系数数（P13）；1.6英国港港口及及其他他工业业重型型铺面面设计计方法法972022/10/261.6英国港港口及及其他他工业业重型型铺面面设计计方法法982022/10/261.6英国港港口及及其他他工业业重型型铺面面设计计方法法5.根据车车辆的的行驶驶特性性及标标书的的具体体要求求确定定动力力修正正系数数fd（考虑刹车车、转弯、、加速、不不平整度的的综合影响响，其中刹刹车的影响响前轮取正正，后轮取取负）；刹车转弯加速不平整度992022/10/261.6英国港口及及其他工业业重型铺面面设计方法法6.修正后确定定最大轮荷荷载（考虑虑破损和动动载影响））；7.将其他轮荷荷载等效为为最大荷载载并累加；；8.根据原始资资料提供的的交通量及及7的计算结果果计算同种种车辆经过过同一点的的作用次数数总和；9.根据8的结果及最最大荷载值值查表（P43），确定C10砼基层的厚厚度；1002022/10/261.6英国港口及及其他工业业重型铺面面设计方法法1012022/10/261.6英国港口及及其他工业业重型铺面面设计方法法10.根据C10砼与不同材材料间的换换算系数，，确定采用用所需材料料基层的厚厚度（P21）。1022022/10/261.6英国港口及及其他工业业重型铺面面设计方法法计算示例：：★荷载：托托挂车1032022/10/261.6英国港口及及其他工业业重型铺面面设计方法法★计算单侧侧轮载的轮轮荷载W值W1=7.9T×10÷2=39.5KNW2=20T×10÷2=100KNW3=18.5T××10÷2=92.5KNW4=W3=92.5KN★假设CBR值为5％，则有效深度为：★根据轮距距及有效计计算深度确确定靠近系系数车轮间距3.0m8.7m1.15m靠近系数1.11.01.651042022/10/261.6英国港口及及其他工业业重型铺面面设计方法法★修正后确定定最大轮荷荷载静载:W1=(39.5+100××0.1)×1.3=64.35KNW2=(100+39.5××0.1)×1.3=135.14KNW3=(92.5+92.5×0.65)××1.3=198.42KNW4=W3=198.42KN最大轮载：：W3=W4=198.42KN★将其他轮荷荷载等效为为最大荷载载并累加以W3、W4为标准进行行等效换算算。W1等效为＝0.015passesW2等效为＝0.237passes★计算同种车车辆经过同同一点的作作用次数总总和则198.42KN.荷载的重复复作用次数数为=5×106(2+0.015+0.237)=1.126××107passes1052022/10/261.6英国港口及及其他工业业重型铺面面设计方法法★确定C10砼基层的厚厚度参照C10贫混凝土基基层路面结结构设计表表,本项荷载需需要520mm厚C10贫混凝土基基层。★确定采用所所需材料基基层的厚度度C10混凝土等强强代换为C20混凝土的系系数为0.76。所以C20=520×0.76=400mm.★路面结构为为：1062022/10/261.6英国港口口及其他他工业重重型铺面面设计方方法1072022/10/261.6英国港口口及其他他工业重重型铺面面设计方方法第4版较第3版第四版采采用更加加完善的的有线元元法计算算第四版除除包括第第三版中中内容外外，还增增加了加加铺层设设计，修修正了基基层设计计，给出出了三个个新建路路面设计计示例，，更加简简便和完完善。1082022/10/261.6英国港口口及其他他工业重重型铺面面设计方方法第4版设计步步骤：1、单轮荷荷载分析析2、确定有有效计算算深度3、确定轮轮载靠近近系数4、计算单单侧单轮轮的轮荷荷载W5、计算单单轮等效效荷载SEWL6、确定有有效计算算深度设设计年限限7、查表确确定各层层厚度1092022/10/262、刚性路面面设计方方法AASHTO设计方法1PCA设计方法2日本设计方法3港口道路、堆场铺面设计方法4英国港口铺面设计方法51102022/10/262.1AASHTO设计方法法结构特性性影响可靠度PSI环境对△△PSI影响冻冻胀设计标准准1112022/10/262.1AASHTO设计方法法服务功能能指数设计期1122022/10/262.1AASHTO设计方法法设计方程程1132022/10/262.1AASHTO设计方法可靠度水平和和总标准差交通分析地基设计反应应模量路面排水系数数接缝传荷系数数砼抗弯拉强度度和弹性模量量设计参数1142022/10/262.1AASHTO设计方法★设计步骤★1、确定各项设设计参数★2、确定地基的的设计反应模模量K★3、面板厚度设设计（如下图图）K，Ec—Sc——J—Cd—△PSI—DK-地基反应模量量；Ec-混凝土弹性模模量；EC-混凝土平均弯弯拉强度；J-传荷系数；Cd-排水系数；D-板厚。1152022/10/262.1AASHTO设计方法1162022/10/262.1AASHTO设计方法1172022/10/262.1AASHTO设计方法★评述★1、引进耐久久性服务指指数PSI，且提出不不同道路等等级应有不不同的设计计标准★2、以试验路路观测资料料为基础，，建立了△△PSI同板厚、地地基反应模模量K和标准轴载载作用次数数的关系★3、采用△PSI为设计指标标，体现了了路面使用用性能★4、设计参数数全面1182022/10/262.2PCA设计方法★设计标准★1、砼板疲劳劳断裂----纵缝中部1192022/10/262.2PCA设计方法★设计标准★1、砼板疲劳断断裂1202022/10/262.2PCA设计方法★设计标准★2、地基和路路肩材料侵侵蚀、冲刷刷——限制板间、、接缝、自自由边挠度度1212022/10/262.2PCA设计计方方法法★设计计标标准准★2、地地基基和和路路肩肩材材料料侵侵蚀蚀、、冲冲刷刷C2——对不不设设混混凝凝土土路路肩肩的的路路面面为为0.06，对有有拉拉杆杆混混凝凝土土路路肩肩的的路路面面为为0.94。1222022/10/262.2PCA设计计方方法法★设设计计标标准准同同时时还还考考虑虑★1、接接缝缝传传荷荷能能力力★2、路路肩肩类类型型★3、贫贫砼砼基基层层★4、三三联联轴轴影影响响1232022/10/262.2PCA设计计方方法法设计参数交通分析混凝土强度路基和基层1242022/10/261、混混凝凝土土弯弯折折模模量量28d简支支梁梁三三分分点点加加载载确确定定。。2、土土基基和和底底基基层层支支承承土基基和和底底基基层层支支承承定定义义为为地地基基反反应应模模量量k。采采用用正正常常夏夏季季或或秋秋季季的的k值作作为为设设计计所所用用的的合合理理平平均均值值。。2.2PCA设计计方方法法1252022/10/26表1未处处理理底底基基层层对对k值的的影影响响2.2PCA设计方方法土基k值（pci）底基层k值（pci）4in6in9in12in506575851101001301401601902002202302703203003203303704301262022/10/26表2水泥稳稳定基基层的的设计计k值2.2PCA设计方方法土基k值（pci）底基层k值（pci）4in6in9in12in50170230310390100280400520640200470640830--1272022/10/263、设计计年限限20～40年4、交通通在PCA设计方方法中中，需需要用用到货货车的的日平平均交交通量量（ADTT）和轴轴载分分布方方面的的资料料。1）轴载载分布布需要用用货车车交通通轴载载分布布的数数据来来计算算预期期设计计年限限内不不同重重量的的单轴轴和双双轴车车辆数数。2.2PCA设计方方法1282022/10/26表3某工程程轴载载分布布2.2PCA设计方方法轴载kip(1)每1000辆货车轴数（2）每1000辆货车修正轴数（3）设计年限轴数（4）单轴28～300.280.58631026～280.651.3514690双轴48～520.941.982132044～481.893.94428701292022/10/262）荷载载安全全系数数（LSF）①对对于交交通不不受干干扰和和货车车交通通量大大的州州际公公路和和其他他多车道公公路LSF=1.2②货车交交通量量中等等的公公路和和主干干道，，LSF=1.1③货车交交通量量小的的道路路和住住宅区区街道道，LSF=1.0在特殊殊情况况可高高达1.3。2.2PCA设计方方法1302022/10/26设计用用表和和图1、疲劳劳损伤伤疲劳损损伤是是以板板边应应力为为根据据的。。表中中所示示的当当量应应力为为板边边应力力乘以以系数数0.894。(见表4、5)表4不设混混凝土土路肩肩面板板的当当量应应力2.2PCA设计方方法1312022/10/262.2PCA设计方方法1322022/10/26表5设有有混混凝凝土土路路肩肩面面板板的的当当量量应应力力2.2PCA设计计方方法法1332022/10/262.2PCA设计计方方法法当量量应应力力确确定定以以后后，，可可以以用用当当量量应应力力除除以以设设计计抗抗弯弯拉拉强强度度，，算算出出应应力力比比。。1342022/10/262.2PCA设计方法法图1对是否设设有混凝凝土路肩肩面板的的应力比比与允许许荷载重重复作用用次数的的关系1352022/10/262.2PCA设计方法法2、冲刷损损伤由于冲刷刷损伤发发生在板板角，而而且受接接缝类型型的影响响，所以以将有传传力杆的的接缝和和集料嵌嵌锁型接接缝分开开，采用用不同表表格（如如表6、7）。1362022/10/262.2PCA设计方法法表6有传力杆杆接缝而而不设混混凝土路路肩面板板的冲刷刷系数1372022/10/262.2PCA设计方法法1382022/10/262.2PCA设计方法法表7集料嵌锁锁型接缝缝和不设设混凝土土路肩面面板的冲冲刷系数数1392022/10/262.2PCA设计方法法在查得冲冲刷系数数后可由由图2得到允许许荷载重重复作用用次数。。1402022/10/262.2PCA设计方法法图2对不设有有混凝土土路肩面面板的冲冲刷系数数与允许许荷载重重复作用用次数的的关系1412022/10/262.2PCA设计方法法对于设有有混凝土土路肩面面板的类类似用表表8、9及图3.表8有传力杆杆接缝和和混凝土土路肩面面板的冲冲刷系数数1422022/10/262.2PCA设计方法法表9有集料嵌嵌锁型接接缝和混混凝土路路肩面板板的冲刷刷系数1432022/10/262.2PCA设计方法1442022/10/262.2PCA设计方法图3对设有混凝土土路肩面板的的冲刷系数与与允许荷载重重复作用次数数的关系1452022/10/26评述1、PCA设计方法考考虑板边中中间应力产产生的混凝凝土疲劳和和板角挠度度产生的地地基冲刷。。2、通常在轻轻型交通作作用下，薄薄层路面设设计用疲劳劳分析控制制，而在重重型交通作作用下，厚厚层路面设设计用冲刷刷分析控制制，对于常常规混合轴轴载重量作作用下的路路面，单轴轴荷载易于于疲劳开裂裂，双轴荷荷载易于产产生冲刷破破坏。3、分别考虑虑每一个荷荷载组，并并根据累积积损份量总总加起来，，反复验证证厚度，直直至两项损损份率均小小于1；还考虑了了接缝类型型及路肩类类型影响。。2.2PCA设计方法1462022/10/262.3日本设计方方法◆采用温克尔尔地基板的的基本理论论◆混凝土土路面板厚厚，是按轮轮载应力与与温度应力力的合成应应力进行疲疲劳计算求求解的。混混凝土路面面板的设计计包括对自自由边缘，，纵缝边缘缘及板中三三部分进行行设计计算算。1472022/10/262.3日本设计方方法1、车轮荷载应应力计算σ=2.12（1+0.54μ）p/h2（log10l-0.75log10a-0.18）(自由边缘)σ=1.59（1+0.54μ）p/h2（log10l-0.75log10a-0.18）(纵缝边缘)σ=1.1（1+μ）p/h2（log10l-0.75log10a-0.268）(板中)式中：σ—计算点（自自由边缘，，纵缝边缘缘，板中））最大抗折折应力(kg/cm2)μ—混凝土泊松松比p—车轮荷载（（kg）h—混凝土路面面板厚（cm）E—混凝土弹性性模量（kg/cm2）l—相对刚度半半径=(Eh3/12(1-μ2)K)1/4(cm)K—基层承载力力系数（kg/cm2）1482022/10/262.3日本设计方方法▲设计时所所用的大型型车轮载分分布按表12。▲车轮荷载载距板边及及板中距离离不同时，，板边板中中应力系数数如表13，设计时采采用的车轮轮频度关系系见表14。1492022/10/262.3日本设计方方法1502022/10/262.3日本设计方方法1512022/10/262.3日本设计方方法2、温度应力计计算σt=0.35CW×α×E×θ’’式中：σt—混凝土板底底面的温度度应力设计计值（kg/cm2）CW—翘曲约束系系数（表15）α—混凝土的膨膨胀率θ’—混凝土板的的温度差（（表16）轮载应力与与温度应力力组合值见见表17。1522022/10/262.3日本本设设计计方方法法1532022/10/262.3日本本设设计计方方法法1542022/10/262.3日本本设设计计方方法法3、疲劳劳设设计计轮载载应应力力和和温温度度应应力力合合成成后后的的混混凝凝土土疲疲劳劳应应力力曲曲线线，，以以下下图图为为准准。。1552022/10/262.3日本设计方法法※评述■PCA设计方法考虑虑板边中间应应力产生的混混凝土疲劳和和板角挠度产产生的地基冲冲刷。在疲劳准则中中未考虑翘曲曲应力，这点是很有有争议的。由由于将荷载应应力与翘曲应应力综合在一一起考虑比较较复杂，比较较合理的是对对荷载和翘曲曲造成的损伤伤分别考虑，，然后组合起起来。在冲刷刷准则中，冲冲刷准则有利利于减少错台台、唧泥等现现象产生。但但是冲刷准则则的建立主要要是采纳了有有特定底基层层的AASHTO道路实验结果果，可能不适适用于底基层层类型不同的的情况。■通常在轻型交交通作用下，，薄层路面设设计用疲劳分分析控制，而而在重型交通作用下，厚层层路面设计用用冲刷分析控制制，对于常规混混合轴载重量量作用下的路路面，单轴荷荷载易于疲劳劳开裂，双轴轴荷载易于产产生冲刷破坏坏。■分别考虑每一一个荷载组，，并根据累积积损份量总加加起来，反复复验证厚度，，直至两项损损份率均小于于1；还考虑了接接缝类型及路路肩类型影响响。1562022/10/262.4港口道路、堆堆场铺面设计计方法设计原则混凝土板的厚厚度，按荷载载弯拉应力不不超过容许荷荷载弯拉应力力确定混凝土面板荷荷载应力采用用温克尔(Winkler)地基上中厚板板理论计算。。1572022/10/262345612.4港口道路、堆堆场铺面设计计方法基层材料的回弹模量土基回弹模量量混凝土铺面设设计使用年限限面层材料的弹性模量底基层材料回回弹模量设计参数荷载1582022/10/262.4港口道路、堆堆场铺面设计计方法1.荷载根据工艺荷载载条件及重复复荷载作用的的影响（一般般以车后轴荷荷载）选择标标准荷载。1592022/10/262.4港口道路、堆堆场铺面设计计方法1602022/10/262.4港口道路、、堆场铺面面设计方法法1612022/10/262.4港口道路、、堆场铺面面设计方法法2.设计年限混凝土铺面面设计使用用年限宜取取30年。3.回弹模量土基回弹模模量和各层层铺面材料料回弹模量量，按照现现行《公路柔性路路面设计规规范》中规定的试试验方法测测定。1622022/10/262.4港口道路、、堆场铺面面设计方法法设计步骤：：1、初步拟定定路面结构构2、设计参数数计算3、荷载作用用次数计算算1）选取标准荷荷载根据工艺荷荷载条件及及重复荷载载作用的影影响选择2）计算流动动机械年运运行次数流动机械年年运行次数数的估算方方式：A、通过调查查分析确定定。B、经验公式式估算确定定。1632022/10/262.4港口道路、、堆场铺面面设计方法法经验公式：Zr—装运机械的的装运量扩扩大系数；；Wi—计算的装运运机械每年年分担的货货运量数（（T或TEU）；ψ—不平稳系数数，单条道道路或通道道取1，多条道路路或通道取取1.50-1.60；△—轮迹重叠系系数，用作作跨运车通通道计算，，取2，其他取1；ωi—计算装载量量（T或TEU)，为装运机机械常用起起吊、载重重量。装运运集装箱时时取1，一次装运运二箱时取取2；nt—可以分流的的道路、通通道条数，，用作集装装箱堆场通通道计算时时，取集装装箱堆放条数，用作作件杂货堆堆场通道计计算时，取取2，用作散货货堆场通道道计算时，，根据情况确定。。1642022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法3.计算标准准荷载作作用次数数1652022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法1662022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法1672022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法4、各层厚厚度验算算1)流动机械械荷载作作用情况况A、计算底基基（垫））层顶面面当量回回弹模量量Vo-土基泊松松比；Eo-土基回弹弹模量；；Wc-双层体系系表面垂垂直位移移系数Wc；查双层体体系表面面垂直位位移系数数Wc诺谟图，，得Wc值。1682022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法1692022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法B、计算基层层顶面当当量回弹弹模量及及地基综综合反应应模量查双层体体系表面面垂直位位移系数数Wc诺谟图，，得Wc值。地基综合合反应模模量1702022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法C、计算荷载载弯拉应应力σc1712022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法1722022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法1732022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法1742022/10/262.4港口道路、堆堆场铺面设计计方法D、计算容许荷载载弯拉应力σa1752022/10/262.4港口道路、堆堆场铺面设计计方法1762022/10/262.4港口口道道路路、、堆堆场场铺铺面面设设计计方方法法E、判判断断计计算算荷荷载载应应力力σc与容容许许荷荷载载弯弯拉拉应应力力σa的是是否否满满足足0.95σσa＜σc＜1.03σσa，若若满满足足，，初初拟拟板板厚厚可可作作为为设设计计板板厚厚，，否否则则，，重重新新拟拟定定板板厚厚。。1772022/10/262.4港口口道道路路、、堆堆场场铺铺面面设设计计方方法法2)集装装箱箱荷荷载载作作用用情情况况A、计计算算底底基基（（垫垫））层层顶顶面面当当量量回回弹弹模模量量Vo-土基基泊泊松松比比；；Eo-土基基回回弹弹模模量量；；Wc-双层层体体系系表表面面垂垂直直位位移移系系数数Wc；查双双层层体体系系表表面面垂垂直直位位移移系系数数Wc诺谟谟图图，，得得Wc值。。1782022/10/262.4港口口道道路路、、堆堆场场铺铺面面设设计计方方法法B、计算算基基层层顶顶面面当当量量回回弹弹模模量量及及地地基基综综合合反反应应模模量量查双双层层体体系系表表面面垂垂直直位位移移系系数数Wc诺谟谟图图，，得得Wc值。。地基基综综合合反反应应模模量量1792022/10/262.4港口口道道路路、、堆堆场场铺铺面面设设计计方方法法C、计算算荷荷载载弯弯拉拉应应力力σc1802022/10/262.4港口口道道路路、、堆堆场场铺铺面面设设计计方方法法1812022/10/262.4港口口道道路路、、堆堆场场铺铺面面设设计计方方法法1822022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法D、计算容许许荷载弯弯拉应力力σa1832022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法1842022/10/262.4港口道路路、堆场场铺面设设计方法法E、判断计计算荷载载应力σc与容许荷荷载弯拉拉应力σa的是否满满足0.95σa＜σc＜1.03σa，若满足足，初拟拟板厚可可作为设设