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文档简介
1、郑健龙 教授 长 沙 理 工 大 学 二00九年十一月 南京,沥青路面结构设计方法要点,2,2,内容提要,我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾 97设计规范的设计指标与标准 现行沥青路面设计指标体系的不足,3,3,1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾,4,4,1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾,1.1 58版路面设计规范(草案) 设计理论:单圆均布荷载作用下弹性半空间理论 设计指标:相对弯沉 设计标准:设计模量 综合模量Ee,5,5,1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾,1.2 66版公路路面设计规范 设计理论、设计指标和设计标准均未变化; 纠正了一个公式的错误; 调整了 值和安
2、全系数的计算公式,6,6,1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾,1.3 78版公路柔性路面设计规范(1/2) 设计理论:双圆垂直均布荷载作用下双层弹性体系理论 设计指标:双轮轮隙中心路表容许弯沉 设计标准:实际弯沉,A1为路面类型系数,7,7,1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾,1.3 78版公路柔性路面设计规范(2/2) 轴载换算方法疲劳等效原则 多层体系换算为双层体系的方法弯沉等效 提出了公路自然区划 初步建立了我国柔性路面设计体系,8,1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾,1.4 86版公路柔性路面设计规范 设计理论:双圆垂直均布荷载作用下三层弹性体系理论 设计指标:双轮轮
3、隙中心路表容许弯沉值 设计标准:实际弯沉 验算指标:容许拉应力 考虑了不同的层间接触状态 建立了多层体系换算为三层体系的方法,9,1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾,1.5 97版公路沥青路面设计规范 设计理论:双圆垂直均布荷载下多层弹性连续体系理论 设计指标:双轮轮隙中心路表设计弯沉值 设计标准:实际弯沉 修正了综合弯沉修正系数 验算指标:容许拉应力 重新建立了沥青面层和半刚性基层的轴载换算方法 建立以弹性层状体系理论为基础的补强设计方法,10,1 我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾,1.6 2006版公路沥青路面设计规范 设计理论、设计指标和设计标准均未变化 (基层类型系数采用插值
4、技术取值) 调整了材料参数的取值方法和推荐值 我国已经颁布6部规范一直沿用了路表弯沉的设计指标,原因是该指标反映了结构综合刚度,具有可检测性。,11,11,2 97设计规范的设计指标与标准,2.1 86规范存在的不足 三层体系与实际路面结构不符,层间滑动假设与实际状态不符、作为设计控制指标的容许弯沉不起控制作用; 原设计标准相对大量采用的半刚性基层沥青路面结构而言明显偏低; 设计参数与设计状态相矛盾,无法进行竣工验收; 三参数补强设计经验方法与改扩建工程的实际不符; 提出弯沉综合修正系数的前提条件发生了变化。,12,12,2 97设计规范的设计指标与标准,2.2 沥青路面设计计算力学模型的完善
5、 力学理论的发展已使得多层体系的求解成为可能传递矩阵法 计算机技术的发展使得多层体系理论的数值求解成为可能 施工技术的进步保证了路面结构层之间不会产生相对位移 建立了多层完全连续弹性体系的计算模型,13,13,2 97设计规范的设计指标与标准,2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (1)容许弯沉的调查 分别调查了吉林、山东、山西、四川、湖南、湖北、西藏、江西、黑龙江、天津、上海九省两市计60多个路段两万多个测点弯沉调查。 调查路段大多为使用了三年以上未经罩面,并开始出现局部结构性破坏的高速公路、一级公路、二级公路的半刚性基层沥青路面。,14,14,2 97设计规范的设计指标与标准,2.3
6、以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (2)调查路段的分类,15,2 97设计规范的设计指标与标准,2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (3)测点的分类,16,16,2 97设计规范的设计指标与标准,2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (4)极限标准的选择(极限状态设计法与极限强度设计法) 开始破损状与完全破损状态之间的中间状态为极限状态,并以此作为决定容许弯沉的依据。,17,2 97设计规范的设计指标与标准,2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (5)数据处理 若路段只有I 类点,表明路段尚未破坏,不纳入统计; 若路段只有III类点,表明路段完全破坏,不纳入统计; I类路段剔除I
7、II类点: III类路段剔除I类点: II类路段:,18,2 97设计规范的设计指标与标准,2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (6)数据修正 季节修正和温度修正 结构类型和公路等级修正,19,2 97设计规范的设计指标与标准,2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (7)容许弯沉的回归 统一换算为标准状态:不利季节,轴载100KN、路面标准温度为20、一级公路沥青混凝土路面。 半刚性基层沥青路面:,20,2 97设计规范的设计指标与标准,2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (8)路面结构类型系数的验证(沥青混凝土路面、沥青碎石路面、沥青表处路面,以沥青碎石路面为例),21,2
8、97设计规范的设计指标与标准,2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (9)公路等级系数的验证(一级公路、二级公路,以二级公路为例),22,2 97设计规范的设计指标与标准,2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (10)柔性基层沥青路面弯沉的验证,23,2 97设计规范的设计指标与标准,2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (11)超载因素影响考虑 考虑当时我国公路上各类车辆普遍超载的现象,通过交通资料计算所得的累计标准轴次少于实际累计标准轴次,将容许弯沉曲线向右平移一段距离,及公式右端乘以1.1,且将回归方程指数调整为0.2,得到: :公路等级系数, :面层结构系数 :基层类型系数
9、,24,2 97设计规范的设计指标与标准,2.3 以容许弯沉为指标的设计标准的提出 (12)容许弯沉的各类修正系数,25,2 97设计规范的设计指标与标准,2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (1)以容许弯沉为设计状态所存在的主要问题 路面的计算弯沉值与容许弯沉值处于不同的工作状态 容许弯沉值对应路面损伤至极限状态时的弯沉值, 而计算弯沉值为路面无损伤状态时的弯沉值。 对路面竣工后是否满足设计要求无法进行检验 极限强度设计法和极限状态设计法概念混淆。 设计状态的概念,26,2 97设计规范的设计指标与标准,2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (2)半刚性基层沥青路面弯沉变化资料的收
10、集与处理 共收集32个路段(1条高速公路、 19条一级公路和12条二级公路)历年路表弯沉值,进行弯沉变化规律的研究。 为排除复杂因素的影响,提出了相对弯沉的概念,相对弯沉值等于某一时段实测弯沉值与竣工验收弯沉值之比。 所有弯沉值同时换算为不利季节、温度20条件下的弯沉值。,27,2 97设计规范的设计指标与标准,2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (3)半刚性基层沥青路面弯沉变化规律,28,2 97设计规范的设计指标与标准,2.4 以设计弯沉为指标的设计标准的提出 (4)以设计弯沉为控制指标的设计弯沉计算公式,设计弯沉值: 其中, 为基层类型系数,对半刚性基层取1,对柔性基层取1.6,相
11、对弯沉变化系数的逐年变化表,29,2 97设计规范的设计指标与标准,2.5 弯沉综合修正系数 收集了七段试验路49种路面结构,根据七条试验路的相关资料,进行了理论弯沉和实测弯沉的回归,得到弯沉综合修正系数的回归方程: 土基回弹模量对设计厚度影响不大 按 重新进行回归,得到: 14个省市、48条公路、71种路面结构的验算表明:所提出的弯沉综合修正系数是合理的。,30,2 97设计规范的设计指标与标准,2.6 轴载换算方法 97规范中设计弯沉计算与沥青层层底拉应力验算时,轴载换算公式为: 式中指数按疲劳等效原则,由沥青混合料疲劳方程得到 半刚性基层层底拉应力验算时,轴载换算公式为: 式中指数按疲劳
12、等效原则,由半刚性基层材料疲劳方程得到,31,2 97设计规范的设计指标与标准,2.7 强度结构系数 沥青面层抗拉强度结构系数为: 式中指数由沥青混合料疲劳方程得到 稳定粒料类和稳定土类基层的抗拉强度结构系数分别为: 式中指数由21组疲劳试验和重庆环道疲劳试验结果回归得到,32,2 97设计规范的设计指标与标准,2.8 改建路面设计 建立弹性理论体系为基础的理论设计方法,形成与新建路面统一的设计方法,统一了标准轴载,采用BZZ-100; 用弯沉测定结果反算原路面当量回弹模量的方法,替代原承载板试验确定当量回弹模量的方法; 参照水泥路面确定土基与基层综合模量方法提出 (曾提出过适用于改建的弯沉综合修正系数),33,33,3 现行设计指标体系的不足(1/2),(1)沥青路面结构破坏源缺乏统一的认识。 (2)沥青混合料破坏强度理论缺乏深入认识。 (3)在现
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