《基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程》编制说明

《基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可靠度评价规程》编制说明一、工作概况2020年6月，交通运输部印发《关于河北雄安新区开展智能出行城市等交通强纵三横”区域高速公路网的重要组成部分，也肩负着创造雄安质量的任务。因国交通基础设施在建设技术、装备、管理方面也积累了丰富的实践经验。针已有研究中关于可靠度的计算模型主要有：应力-抗力模型、疲劳分析模次二阶矩法、JC法、直接积分法等；这些模型及方法各有优缺点，但应力-抗鉴于路面基础设施的耐久性与可靠性问题贯穿于路面结构设计与使用的“沥青路面结构的可靠性研究”立题并研究以后，我国沥青路面设计规范得到了进优化：1986年我国的《公路沥青路面设计规范》采用路表弯沉为设计指标,层底拉应力为验算指标。1997年的规范中用以劈裂强度替代弯拉强度,并修正设计弯沉指标值。相比1986版的规范，97版新增的设计弯沉值比容许弯沉值降低20%,此外,半刚性材料的模量也提高了近2倍。2006年的规范对层底拉应力指标进行了修改,体现在材料参数的改变,还建议用材料的弯拉强度验证以提高准确性，此时弯沉计算时需要的模量较之前提高2-3倍。但2017年的规范析研究难以适应现行沥青路面结构设计规范要求，而现行沥青路面多指标设计公路工程的设计范围广，难以对沥青路面结构的可靠性评价提供精细化指导。而目前我国各省份尚无针对沥青路面结构特点的至津石高速段(以下简称：京德高速)工程，从沥青路面的材料、结构、施工和标方法对河北地区修建半刚性基层沥青路面结构的工后可靠性能开展了系统课题研究先后历时3年，已通过室内外系统试验验证并成功应用于京德高4.1.1成立标准制定工作组：根据《基于蒙特卡洛法的沥青路面多指标可4.1.2确定工作计划：标准项目于2023年10月26日通过中国国际科技促进会标准化工作委员会及相关专家技术审核，进行立项公示，项目计划编号为4.1.3查询国内外相关标准和文献资料：根据工作计划，标准制定工作组4.1.4形成标准草案：根据工作计划及分工安排，在系统参考、学习已有4.1.5形成标准讨论稿和编制说明：根据工作计划，由各参与单位主要负草案进行整体完善，于2023年11月14.1.6形成标准征求意见稿和编制说明：根据工作计划，为推动《基于蒙稿进行修改完善，于2023年11月16日形成标准征仔细校核与修改，形成标准送审稿，计划于2024年1月底，由中国国际科技促进会标准化工作委员会组织召开线上标准评审会二、标准编制内容无机结合料稳定类材料弹性模量随机特性的样本应采用施工中取料成型或现场钻芯取样的试件进行单轴压缩试验测试，测试方法和数据处理应符合沥青混合料动态压缩模量随机特性的样本应采用施工中取料成型或现场钻芯取样的试件进行测试，测试规程应符合《公路沥青路面设计规范》（JTG合《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）中第3章一般路基的规定和实验方对河北雄安京德高速和荣乌新线高速沥青路面在建工程的6个标段开展调路面各结构层厚度随机特性的样本应采用钻芯取样试件或路面雷达进行测试，测试方法和数据处理应符合《公路工程质量检验评定标准》（JTG测试规程应符合《公路沥青路面施工技术规范》(JTG路面各结构层厚度随机特性的样本应采用钻芯取样试件或路面雷达进行测试，测试方法和数据处理应符合《公路工程质量检验评定标准》（JTG无机结合料稳定类材料弹性模量随机特性的样本应采用施工中取料成型或现场钻芯取样的试件进行单轴压缩试验测试，测试方法和数据处理应符合沥青混合料动态压缩模量随机特性的样本应采用施工中取料成型或现场钻芯取样的试件进行测试，测试规程应符合《公路沥青路面设计规范》（JTG合《公路路基设计规范》（JTGD30-2015）中第3章一般路基的规定和实验方无机结合料稳定类材料弯拉强度随机特性的样本应采用施工中取料成型试件进行测试，测试规程应符合《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTGE51-2009)第5章和《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）第5.4.5沥青饱和度VFA随机特性的样本应采用施工中马歇尔试验测试分析得到，测试规程应符合《公路沥青路面施工技术规范》(J《公路沥青路面设计规范》（JTGD50中沥青混合料层疲劳和无机结合料稳定层疲劳指标中的季节性冻土地区调整沥青路面的初期交通量及其他参数可参照可行性研究报告等有关交通量(1)现场交通量观测资料可以获得时，根据取得的各阶段沥青路面现场交A中式A.4.2计算沥青路面交通量累计当量轴次(2)现场交通量的观测资料难以获得时，交通量参数可参考路面设计文件的交通量和采用《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录A中的历史数据或经验数据，按照《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）附录A中后根据当地经验值或经济发展水平确定沥青路面交通量累计当量轴次的变异使用概率等效方法引入截断分布理论ψ()将正态或对数正态等分布模路面结构极限状态函数g(x)含有n维随机变量x=x1,x2....,xn，其失效区域对数正态分布，a、b分别为随机变量截断下界和截断上界，则x=f2;xi)=ki1F,;xi)1ψ(,,a,b;xi)Ki=设p为[0,1]上服从均匀分布的随机数，则指定范围正态分布随机数xi的产若随机变量yi服从对数正态分布，其均值为my，变异系数为vy，则xi=lnyixmy)至(1.4.2−5)产生xi的随机数后，截断正态分布随机数为yi=exi。沥青路面结构参量在施工中的随机特性采用图1所示的模特卡罗法对参量kb=g1=6.32×1015.96−0.29β×ka×kb×kT1−1×()3.97×()1.58(VFA)2.72−Ne1Ne1——面层设计年限内车道上的当量轴载累计作用次数，按本规ka——季节性冻土地区调整系数；kb——疲劳加载模式系数，按式（7.1.1-2）计算；0.851+0.3E.43（VFA）e0.024ℎa5.11+e0.024ℎa−5.41Ea——沥青混合料20℃时的动态压缩模量(MPa)；VFA——沥青混合料的计算结构层沥青饱和无机结合料稳定层疲劳极限g2=ka×kT2−1×10m−n×+kc−0.57×β−Ne2Ne2——基层设计年限内车道的当量轴载累计作用次数，按本Rs——无机结合料稳定类材料的弯拉强度(MP路沥青路面设计规范》（JTGD50-201ℎa，ℎb——分别为沥青混合料层和计算点σt——无机结合料稳定层的层底拉应力(MPa)，应符合《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2017）第6.2.2条的技术规定并按Ne4——路基设计使用年限内车道的当量轴载累计作用次数，按本规范第D50-2017）第6.2.2条的技术规定并按式(B.4.10000-20000次。为提高可靠度大样本抽样效率，计算过程中可绘制失效概率结构层失效概率pf：Df0gi≥00gi≥0N次蒙特卡洛抽样计算中沥青路面结构各层失效概率的无偏估计值为i=E[I(•)]=Igi)i=1i=1、2、3对应的p1为沥青路面面层失效概率；p2为沥青路面基层失效概率；p3沥青路面路基失效概率。因此，沥青路面结构各层的可靠度为1pi。面结构多指标系统的可靠度为(1pi)min。三、标准编制原则、主要内容及其确定依据，修订标准时，还包括修订前后技术内容的对比（1）一致性原则保持与国家法律法规和部门规章的一致性。标准化建设应符合《安全生产保持与行业技术标准的一致性。标准化建设与《公路工程结构可靠性设计对于条款的主语表述问题，适用于各从业单位的，可不明确主语对象，仅适用部分从业单位的，要明确主语对象。标准中相关表述统一，如:沥青面层2提出本标准的依据2.2参照相关法律、法规和规定，在编制过程中着重考虑了科学性、适用《河北雄安新区总体规划（2018—2035年）的批复》（国函〔2018〕159第二部分是规范性引用文件，列举了构成本无四、试验验证的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经济效益、社会效益和生态效益本技术指南方法前期已成功应用于河北雄安京德高速沥青路面结构的工层沥青饱和度VFA和底基层弯拉强度R1等关键可靠度计算输入参数如下表1所EH/cm4EH/cm8EH/cmEH/cmEH/cmER同时，统计了2021年6月—12月，京德高速沿线大兴机场、永清空港、永基压应变指标的可靠度为100%；在累计当量轴次变异水平为0.1~0.3时，基层实现安全性和经济性的统一。因此，围绕《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2017)中的多个控制指标开展沥青路面结构可靠A.M.Freudental在《结构安全度》中提出应该将概率论理念引入到结构的安全局和沥青研究所在编制沥青路面设计规范时考虑了路面结构材料的随机性和和研究。同年，美国德克萨斯州的沥青路面结构设计方法中引入可靠度理论，将可靠度设计方法与实际工程相结合并把可靠度理念应用于路面结构设计。1990年Y.T.Chou基于前期实验研究得到了不同变异水平下路面结构可靠度与本效益设计方法构建了沥青路面结构设计厚度指标与疲劳和车辙失效模式的案的成本效益，通过单纯形法优化技术设计了成本最低的求解方案。2016年DinegdaeYH认为路面结构可靠度分析不仅要考虑输入变量对路面性能预测的MuhunthanB等指出新形势下路面结构可靠度分析要点在于：结合力学-经验路丁立方体模拟法和罗森布莱斯2k+1点估计法用于路面结构可靠度分析的可执行性优缺点，并指出超拉丁立方体方法能有效替代计算密集型蒙特卡罗方法。2019年HanZ等认为最佳时间间隔的预防性维护不仅能使路面达到预期的性能1991年4月，交通部对“沥青路面结构的可靠性研究”项目进行立项，1995年和材料不均匀性引起的路面结构力学性能差异更符合基于弯沉指标的可靠度分析模型和弯拉应力指标的可靠度模型极限状态函数一样。2008年徐旭等以弯沉指标建立极限状态方程，利用有限元软件ANSYS均匀性(优、中、差)评价等级。2015年石福周等针对寒区道路的温度裂缝和水环变异系数对路面结构强度可靠度的影响规律。同年，司伟等[26]也结合冻融2016年王昊采用MonteCarlo法分析了基层模量变异性对弯沉和底基层层峥嵘基于正交试验对比分析了半刚性基层和柔性基层两种长寿命路面结构厚等基于荷载疲劳应力和温度疲劳应力指标对旧沥青路面加铺水泥混凝土层结构的可靠性开展了加铺层厚度、设计弯拉强度和当量回弹模量等5个指标变异青路面系统可靠度进行分析。2020年杨聪利基于《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2017)的结构验算指标设计了沥青路面结构可靠度软件框架，结合无综上所述1）道路工程的建设具有地域、气候、材料性质和交通量差的计算模型主要有：应力-抗力模型、疲劳分析模型、服务性指数模型和际应用时需要进行转化，但应力-抗力模型和蒙特卡罗法是公认的较为准确的路面结构可靠度分析方法。（2）2017年以前，我国沥青路面可靠度分析主要最终极限状态。（3）新版沥青路面设计规范实施以来，关于路面疲劳指标的3.效果评估：本技术指南开展了河北京德高速公路的可靠度分析和评价，综上所述，本技