AASHTO水泥砼路面轴载换算方法的指数分析与比较

第27卷第2期 湖　南　交　通　科　技 V o l.27,N o.2 2001年6月 HUNAN COMM UN I CA T I ON SC IEN CE AND T ECHNOLO GY Jun.2001

文章编号:10082844X(2001)022*******

AA SH TO水泥砼路面轴载换算方法的指数分析与比较Ξ

刘　方

(湖南省株洲市公路管理局,湖南株洲　412008)

摘　要:用AA SH TO水泥混凝土路面轴载换算方法,在常规基层条件下,对不同的路面板厚

求出轴载等效系数即轴载比值指数Α,并作数据分析,还与我国设计方法进行比较,提出了见解。

关键词:AA SH TO;轴载换算;指数分析;水泥混凝土路面

中图分类号:U41612 文献标识码:B

1　AA SH TO水泥混凝土路面轴载换算方法的指数分析

自1956年至1960年期间,美国各州公路工作者协会试验路研究(AA SHO Road T est)在伊利诺州渥太华城附近进行,这是美国有史以来最大的一次道路试验。以此试验路研究成果为基础,提出了AA SH TO 路面设计指南手册,其中一个主要成果就是从混凝土路面使用性能变化的基本方程式导出了车辆当量轴载换算方法(包括单载和双载的等效关系)。

由AA SHO道路试验提出的路面使用性能变化的基本方程式:

G t=lg[(415-P t) (415-115)]

=Β(lg N-lg P)(1)可推导得出:

lg N=5185+7135lg(D+1)-4162lg(P+

L0)+3128lg L0+G t Β(2)式中,N为单轴轴载作用次数,D为混凝土板厚,P为当量单轴荷载,L0为轴数,Β=1+3163(P+ L0)512 [(D+1)8146L03.52]。

以不同车型的轴载P和轴数L0代入式(2),即可求得达到不同的最终耐用性指数P t时轴载间的换算公式。

本文中仅考虑以单后轴轴载100kN(22148k i p)作为标准轴载时,单后轴间的换算公式。将标准轴载P 代入公式:

lg N=5185+7135lg(D+1)-4162lg(22148+ 1)+G t Β0,(3)其他单后轴轴载为P i kN时,进行单位换算,且以L0 =1代入公式:

lg N i=5185+7135lg(D+1)-4162×

lg(P i 41448+1)+G t Βi(4)式(3)—式(4)得:

lg(N N i)=4162lg[(P i 41448+1) (22.48+ 1)]+G t(1 Β0-1 Βi)=Α lg(P i P)

分别计算耐用性指数P t为210、215,路面板厚为20、22、24、26c m时,不同轴载与标准轴载间的换算关系。将板厚单位换算为in,计算结果如表1所示。

由表1可以看出:

1)对于不同的P t,指数Α的变化都与路面板厚D 有较好的相关性。基本规律为:当路面板厚D<22c m 时,指数Α随轴载P i增大而增大;当路面板厚D>22 c m时,指数Α随轴载P i增大而减小;当D在22c m附近时,指数变化居于过渡阶段。在路面结构及P t相同情况下,当轴重由120kN变为200kN时,Α变化最大值为0.1601。

2)当耐用性指数P t从210增至215时,对应于相同路面板厚及相同轴载P i的指数Α值变小。

3)Α值最大值为413633,最小值为319529,差值为014104,不同轴重的指数相差不大。所以,实际分析时可采用平均指数法,应用中可取410～413。AA SH TO给出了以P=18k i p(80kN)为标准轴载,以P t为等效指标(采用215或210)的轴载换算公式: F=(P i P)4(5)

2　与我国设计方法之比较

式(5)在世界各国应用甚广,但它所依据的疲劳损坏概念和指标主要适用于A A S H TO设计方法赖以建立的A A S H O试验路条件。我国混凝土路面设计是以弹性半空间地基上的弹性薄板理论为基础的理论

Ξ收稿日期:2001204205

表1　不同轴载与标准轴载间的换算关系表

已知条件P i kN

不同板厚(c m)的R1

20222426

R2

不同板厚(c m)的Α

20222426

1200.33420.33760.34200.34550.07924.22074.26404.31924.3633 P t=2.01300.48160.48500.49090.49630.11394.22654.25694.30864.3554

G t=-0.07921400.61910.62160.62820.63510.14614.23644.25404.29924.3465

1600.87000.86950.87530.88370.20414.26244.25964.28794.3295

1801.09491.09121.09451.10230.25534.28924.27484.28774.3182

2001.29841.29241.29311.29890.30104.31314.29324.29544.3148

1200.31300.32060.33030.33810.07923.95294.04924.17204.2700 P t=2.51300.45090.45870.47180.48360.11393.95774.02544.14034.2444 1400.58050.58620.60090.61630.14613.97264.01184.11244.2175

G t=-0.17611600.82020.81900.83180.85070.20414.01834.01224.07524.1675

1801.03851.03031.03761.05500.25534.06814.03614.06474.1326

2001.23811.22481.22631.23930.30104.11304.06884.07384.1167 注:①R1=4162lg[(P i 41448+1) (22148+1)]+G t(1 Β0-1 Βi);

②R2=lg(P i P)。

法,其中的疲劳方程是根据室内小梁试验并以开裂作为疲劳损坏标准而得到的。在此方程基础上进行轴载分析,建立回归公式,进而推出轴载换算公式,其中单后轴的轴载换算公式为:N N i=(P i P)16,此指数与AA SH TO的换算指数相差甚大。

我国现行设计方法的轴载换算公式以简支条件下,混凝土小梁试件的疲劳试验数据为依据而建立。事实上,小梁和路面板的受力状态并不相同,一般情况下,梁仅处于单向受弯拉状态,而路面板却处于双向受弯拉状态。此外,受弹性地基支承的路面板与边界条件仅为简支的梁,其疲劳特性也有较大的差异。AA SH TO设计方法引入了用路者对路面破坏的定义,而不是惯用的结构破坏概念,为了定量地表示路面的功能特性,引入了耐用性指数PS I,所以它所依据的疲劳损坏概念与我国设计方法差别较大。另外AA SH TO设计方法中的计算公式、参数和约定有相当明显的地区特性,是一种经验程度较大的方法,而在50年代的美国,无论路面结构、车辆组成及环境影响均与当前我国的实际情况有较大的差别。因此,两种轴载换算公式的指数相差较大有其客观的原因。

参考文献:

[1]JTJ012294,公路水泥混凝土路面设计规范[S].

[2]邓学钧,陈荣生1刚性路面设计[M]1北京:人民交通出版社,

1990.

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