《C路面概论》PPT课件

9.2.7 设计年限内累计轴载作用次数
路面设计年限：
柔性(沥青)路面： 高速、一级15年，二级12年，三级10年，四级6年 水泥混凝土路面：高速、一级30年，其他公路20年
Ne
[(1
r)t r
1]
N1 365
2020/11/11
9.2.8 轮迹横向分布系数
2020/11/11
9.3 环境因素
2020/11/11
刚性路面(Rigid pavement) 主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构，其强度高、弹 性模量高、处于板体工作状态，传递给基础的单位压力小。
2020/11/11
半刚性路面(Semi-rigid Pavement) 由半刚性基层和铺筑其上 的沥青面层组成半刚性路 面，也有改善沥青混凝土 性能使其呈现半刚性的 半刚性路面。
素？ 8. 分析比较沥青混合料与水泥混凝土疲劳特性的异同。 9. 什么是Miner定律？对路面结构分析有何用处？ 10. 什么是劲度？沥青混合料的劲度主要与哪些因素有关？ 11. 在重复荷载作用下，路基路面材料的变形有何规律性？
2020/11/11
计算题：
1、计算下列汽车的轮载、接触面积和当量圆半径。
统计法
沥青路面最高温度：
Tmax 8.68 0.874Ta max 0.124 Q
混凝土路面最大温度梯度：Tg max 0.086 0.00348 Ta 0.00112 Q
基本方程为：
理论法
其中，r——密度； s——热容量； k——热传导率。
2T rs T Z 2 k t
对于半无限体：可用解析法求解。 对于层状体系：可用数值法（有限元、有限差分法）求解。
沥青混凝土、水泥混凝土、沥青碎石等 半刚性材料、碎砾石等 砂砾、炉渣、稳定土等
路面各层的功能特点
面层：面层是直接同行车及大气接触的表面层次，它承受较大行车荷载的垂直 力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降雨的浸蚀和气温变化的影响，因此， 同其它层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力和较好的水稳定性与 温度稳定性，且应耐磨、不透水，表面还应有良好的抗滑性与平整度。
2020/11/11
思考题： 1. 路面结构可分成哪几个主要层次？各层的作用和要求是什么？ 2. 在路基路面设计中，要考虑哪些行车荷载因素？ 3. 简述荷载单圆图式和双圆图式的含义。 4. 比较交通量与轴载谱在概念、观测方法、用途方面的不同之处。 5. 影响路面温度状况的因素有哪些？它们的影响有何规律性？ 6. 评述估算路面结构内温度状态的两类方法。 7. 路面材料的抗拉强度与抗弯拉强度有哪些测试方法？其强度大小取决于哪些因
9.3.1 路面温度变化规律 1）周期性变化（按年、日），与气温变化规律相似 2）路面内最高温度高于最高气温
2020/11/11
9.3.2 路面温度状况影响因素
外部因素 太阳辐射、气温、风速、降水、蒸发 内部因素 材料热传导率、热容量、热吸收能力
2020/11/11
9.3.3 路面温度状况预测方法
2020/11/11
9. 4 路面材料的力学强度特性
1. 抗剪强度
摩尔-库伦强度理论：
c tg
C, φ值如何确定： 直剪试验； 三轴压缩试验：开式、闭式
2020/11/11
2. 抗压强度 3. 抗拉强度
2020/11/11
4. 抗弯拉强度
2020/11/11
1）无侧限抗压强度
圆柱体或棱柱体试件： 直接拉伸：
c
P A
t
P A
4P
D2
间接拉伸（劈裂）：
2）抗拉强度
t
2P
hD
t
2P
ha
(sin 2
a) D
（线接触时） （弧形压条）
3）抗折强度
f
PL bh2Leabharlann f3PL 2bh 2
（三分点加载） （中点加载）
2020/11/11
5. 沥青混合料流变特性
e
瞬时弹性应变
ve
粘弹性应变
vp
弹性参数 粘性参数
劲度
基层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层及土基， 因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力；基层 受大气影响较面层小，但仍可能受地下水及面层渗入雨水的浸湿，故也应具有 足够的水稳定性；同时，为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。
垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面层与 基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态；同时，也可 扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形，并可阻止路基土挤入基层。
粘塑性应变
E
S St,T ( )t,T
2020/11/11
6. 疲劳特性
1）概念
疲劳
低于材料极限强度（ f ）的应力（ ）多次（ N f ）重复作用导致材料破坏的
现象。 疲劳强度
Nf
f
疲劳方程
疲劳机理
疲劳寿命
应力水平
~ N f 关系，或 ~ N f 关系
f
损伤累积，即局部缺陷（微裂纹）→应力集中→缺陷扩大→应力再集中→缺陷 再扩大→破坏。
2020/11/11
2）路面等级
路面等级
面层类型
适用的公路等级
高级
水泥混凝土、沥青混凝土、厂拌沥青碎石、 高速、一级、二
整齐块石或条石
级
次高级
路拌沥青碎（砾）石、沥青贯入碎（砾）石、 沥青表面处治、半整齐块石
二级、三级
中级
水结碎石、泥结碎石、级配碎（砾）石、不 整齐块石、其他粒料
三级、四级
低级
2020/11/11
)n2
Ks
f r
0.09 Aa
N
0.22 f
/
AC
3）Miner 定律（损伤线性累积）
某一应力级位 i 作用疲劳寿命为 N i ，实际
作用次数为ni
，则损伤为 ni Ni
。若有 K 个应力作
用，则累积损伤为 D k ni 。当 D=1 时，达到 N i1 i
破坏状态。
2020/11/11
本章基本要求： 1. 路面结构及层位功能、路面的等级与分类； 2. 掌握行车荷载的分析方法； 3. 了解环境因素的影响； 4. 路面材料的力学强度特性； 5. 了解路面材料的累积变形与疲劳特性。
f
R
min
max
Kf
N 0.0516 e
Kf
N
0.057 e
(普通混凝土)
Kf
N
0.065 e
(碾压混凝土 )
半刚性材料 沥青混合料
2020/11/11
r f
1 0.075lg N f
Ks
f r
0.35N
0.11 f
/
AC
Ks
f r
0.45N
0.11 f
/
AC
Nf
1
K1
(
r
)n1
Nf
K2
(1 r
2~3%
粒料路面（碎石、砾石）
2.5~3.5%
低级路面（炉渣土、砾石土、砂砾土）
3~4%
注：选择时考虑路面宽度、降雨量、纵坡大小等因素； 路肩横坡比路面横坡大1％以上。
9.1. 2 路面结构层次
2020/11/11
面层材料 基层材料 垫层材料
面层
上面层 中面层 下面层
基层
基层 底基层
垫层 路基
垫层 路基
2020/11/11
2）路面材料的疲劳特性
不考虑高低应力比时：
r
lg N f
f
r 0.944 0.077 lg N f
f
r 0.885 0.063lg N f
f
水泥混凝土 考虑高低应力比时：
2020/11/11
max
0.0724(1 R) lg N f
f
lg max lg A 0.0422(1 R) lg N f
1.0 (1 车道/方向) 车道分配系数 0.8~1.0 (2 车道/方向)
0.6~0.8 (3 车道/方向) 0.5~0.75 (4 车道/方向)
2020/11/11
9.2.5 轴载组成（轴载谱）
道路上各级轴载次数占总次数的比例（出现的频率）。
2020/11/11
9.2.6 轴载等效换算
标准轴载 换算原则
2020/11/11
2020/11/11
9.1 .3 路面类型与等级
1）路面类型 按面层材料分为：沥青路面、混凝土路面、粒料路面等 按力学特性分为：柔性路面、刚性路面、半刚性路面（半刚性基 层沥青路面）
2020/11/11
柔性路面 (Flexible pavement)
总体结构刚度相对较小， 荷载作用下的弯沉变形 较大，抗弯拉强度较低， 传递给土基的单位压力 也较大，它主要包括各 种未经处理的粒料基层 和各类沥青面层、碎（砾） 石面层或块石面层组成的 路面结构
各种粒料或当地材料改善土，如炉渣土、砾 石土、砂砾土等
四级
9. 2 行车荷载
2020/11/11
9.2.1 汽车荷载作用图式
轴数
轴重 轮数 接触压力 接触面积 当量单圆 当量双圆
前轴单、双轴；后轴单、双、三轴； 前、后轴分别占 1/3、2/3 左右； 汽车设计轴载 130kN 以下。 换算为标准轴载(Ps=100kN) 单轮组、双轮组、四轮组 近似均匀分布，一般略小于轮胎压力 近似圆形，轴载大时，接近椭圆形 轴载一侧双轮组用一个或两个圆形均布 荷载表示。
2020/11/11
9.2.2 汽车荷载对路面的作用
静压力 水平力
轴载 P 滚动阻力（小）； 驱动力、制动力（大）。
S=f P 正常情况时 f =0.25~0.3 加速减速时 f =0.50~0.6 紧急制动时 f =0.75~0.8 水平力系数与路面表面粗糙度、潮湿程度有关
2020/11/11
9.2.3 动荷载——荷载的动态影响
100kN（中、日、德、俄等国） 82 kN（美、英、南非等国） 130kN（法、比、西等国） 不同轴载作用下，相同路面结构达到相同的损坏程度的作 用次数比值。
i
Ns Ni
( Pi )n
Ps
换算公式
2020/11/11
α——反映轴数、轮组数的系数； n ——反映路面结构材料的疲劳特性。
沥青混合料 n=4.35 半刚性材料 n=8 水泥混凝土 n=16
动 荷 系 数 和 决定于路面特性、平整度、行车速度、车辆减振特性等，一 冲击系数 般K=1.0~1.3。
瞬时性效应
作用时间短，路面变形不充分。车速越高，变形量越小，路 基路面结构动态刚度大于静态刚度。
2020/11/11
9.2.4 断面交通量,车道交通量,方向系数,车道系数
(设计车道)交通量=断面交通量×方向系数×车道分配系数 方向系数 0.5~0.6（一般）
后轴数
1 1 1 2
轮组 数
1 2 2 2
后轴 重(kN)
23 60 100 220
轮压 (MPa)
0.5 0.5 0.7 0.7
轮载 (kN)
接触面 当量单圆 当量双圆 积(mm2) 半径(mm) 半径(mm)
2、谈谈你对道路工程的认识
2020/11/11
9.1 路面结构
第9章 路面概论
9.1.1 路面横断面与路拱 横断面形式：槽式、全铺式
2020/11/11
• 路拱 1）路拱作用：排水 2）路拱形式：直线、折线、抛物线形 3）路拱横坡
2020/11/11
沥青混凝土、水泥混凝土
1~2%
沥青碎石、沥青表处、沥青贯入、整齐块石
1.5~2.5%
半整齐块石、不整齐块石