沥青路面结构设计计算案例.ppt

1、,第13章 沥青路面设计算例,例1 甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路，在使用期内交通量的年平均增长率为10%。该路段处于IV7区，为粉质土，稠度为1.00，沿途有大量碎石集料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年的交通组成如下表所示，试进行路面结构设计。,轴载换算结果表（弯沉）,解：1)轴载分析 路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载。 (1)以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次,轴载换算 轴载换算采用如下的计算公式：,计算结果如表所示。 累计当量轴次 根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限取15年，四车道的车道系数是0.40.5，取0.45。,（2）验算半刚性

2、基层层底拉应力中的累计当量轴次 轴载换算 验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为： 计算结果如下表所示。,轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）,累计当量轴次 参数取值同上，设计年限是15年，车道系数取0.45。 累计当量轴次：,2)结构组合与材料选取 由Ne=1092万次左右。根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途有大量碎石且有石灰供应，路面结构面层采用: 沥青混凝土(15cm=4+5+6)+水泥碎石(取25cm)+石灰土(厚度待定)+土基。 采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚度4cm)，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚度5cm)，下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚

3、度6cm)。,3)各层材料的抗压模量与劈裂强度 抗压模量取20的模量，各值均取规范给定范围的中值，得到20的抗压模量： 细粒式密级配沥青混凝土为1400MPa， 中粒式的为1200MPa， 粗粒式的为1000MPa， 水泥碎石为1500MPa， 石灰土550MPa。,各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4MPa，中粒式的为1.0MPa，粗粒式的为0.8MPa，水泥碎石为0.5MPa，石灰土0.225MPa。 4)土基回弹模量的确定 该路段处于IV7区,为粉质土,稠度为1.00,查352表14-9“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值(MPa)”查得土基回弹模量为40MPa。 5)设

4、计指标的确定 对于一级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。,(1)设计弯沉值 路面设计弯沉值根据公式计算。该公路为一级公路，公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层基层类型系数取1.0。 设计弯沉值为： (2)各层材料的容许层底拉应力,细粒式密级配沥青混凝土 ： 中粒式密级配沥青混凝土 ： 粗粒式密级配沥青混凝土 ：,水泥碎石： 石灰土： 6）设计资料总结 设计弯沉值为23.47（0.01mm），相关设计资料汇总如下表。 7）确定石灰土层厚度,设计资料汇总表,按设计弯沉值Ld计算石灰土层厚度： （1）计算综合修正系数F： （

5、2）计算理论弯沉系数c,（3）求计算层厚度,细粒式沥青砼 h1=4cm E1=1400,中粒式沥青砼 h2=5cm E2=1200,粗粒式沥青砼 h3=6cm E3=1000,石灰土 h5=4cm E5=550,水泥碎石 h4=4cm E4=1500,土基 E0=40MPa,h1=4cm，E1=1400,H=？ E2=1200,En=E0=40,中层厚度计算公式： 查三层体系表面弯沉系数诺谟图P360图（14-14）： 因为,8）验算层底拉应力 （1）对细粒式沥青砼层底拉应力验算 换算成当量三层体系,h1=4cm，E1=2000,h2=5cm，E2=1800,h3=6cm，E3=1400,h4

6、=25cm，E4=1500,h5=28.5cm，E5=550,h1=4cm，E1=2000,H=？，E2=1800,E0=40,E0,求层底最大拉应力,（2）求中粒式沥青砼层底拉应力验算 换算成当量三层体系,h1 E1,h2 E2,h3 E3,h4 E4,h5 E5,E0,h=？ E2,H=？ E3,E0,求层底最大拉应力,(3)对粗粒式沥青砼层底拉应力验算 换算成当量三层体系,h1 E1,h2 E2,h3 E3,h4 E4,h5 E5,E0,h=？ E3,H=？ E4,E0,求层底最大拉应力 (4)对水泥碎石进行层底拉应力验算 换算成当量三层体系,h1 E1,h2 E2,h3 E3,h4 E

7、4,h5 E5,E0,h=？ E4,H=h5 E5,E0,计算层底最大拉应力 (5)对石灰土层底进行拉应力验算,换算成当量三层体系,h1 E1,h2 E2,h3 E3,h4 E4,h5 E5,E0,h=？ E4,H=h5 E5,E0,计算层底最大拉应力 需要增加多层路面第5层(设计层)的厚度,即增加H的厚度.,由于h、E0、E1、E2不变,设H增大到34cm. 故待设计层厚度为h5=34cm,石灰土厚度增大.,当计算体系为弹性三层体系时，理论弯沉的表达式为： 上式中理论弯沉系数L由弹性三层体系理论计算求得。将三层连续体系的电算结果绘成诺谟图如P360图14-14所示。计算时取泊桑比1=2=0.

8、25，0=0.35。 车轮荷载在路面面层和基层底面产生的弯拉应力，用弹性层状体系理论方法计算。,计算中需要的理论公式和诺模图,1.弯沉等效换算法 当采用三层体系计算多层路面的弯沉和结构层底拉应力时，需将多层路面换算为含有上层、中层和下层半空间体的弹性三层体系。弯沉等效时中层厚度的换算公式为： 2.弯拉应力等效换算法 根据对电算结果的分析归纳得出计算上层和中层弯拉应力的多层路面换算方法：,1)计算上层底面弯拉应力的换算方法 这里说的上层是换算为三层体系之后的上层，如下图所示。当计算第i层底面的弯拉压力时，需将i层以上各层换算为模量Ei、厚度h的一层即所谓上层，换算公式为： 将i+1层至n-1层换