路基路面工程ppt 95第十四章 沥青路面设计

主要内容
主要内容：
第一节 概述 第二节 弹性层状体系理论 第三节 沥青路面结构组合设计 第四节 我国沥青路面设计方法 第五节 国外沥青路面设计方法简介
第十四章 沥青路面设计
土木建筑工程学院
邓苗毅
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第一节 概述
第一节 概述
一、沥青路面设计的内容
路面设计的目标是要求路面结构在设计年限内满足预测 交通量累计标准轴载通行时，具有快速、安全、稳定的服 务功能，路面结构具有相应的承载能力，结构层的应力应 变满足材料的容许标准。 结构组合设计 材料组成设计 厚度设计验算 结构方案比选 路肩构造设计 排水系统设计
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二 、路面结构设计的原则
路基路面整体综合设计原则 密切结合自然条件及实践基础原则 满足交通与使用要求原则 因地制宜、合理选材原则 保护自然生态与沿线环境原则 工厂及机械化施工、方便施工原则 技术与经济性并重原则 分期修建、方便养护原则
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第一节 概述
第一节 概述
三、沥青路面结构设计理论与方法
经验法：AASHTO法；CBR法。
依据调查或大型试验总结得到的设计方法，其特点是符合试验 地的实际，但是不能结合不同地方的实际。
三、沥青路面结构设计理论与方法
力学经验法（M-E）：AI法；SHELL法；我国设计方法。
依据力学模型计算结构响应，结合实际进行参数的确定，其特 点是理论联系实际，是目前设计方法发展的总趋势。
典型结构法：法国方法；中国八·五研究成果。
通过调查，总结得到的与交通量等参数有关的结构图，特点是 减少了设计的随意性，具有结构使用性能明确，结构图统一。
我国现行的《公路沥青路面设计规范》（JTG D502006）采用弹性层状体系作力学分析基础理论，以双圆 垂直均布荷载作用下的路面整体沉降（弯沉）和结构层 的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理 轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。
优化设计法
通过目标函数优化，使其具有性能与费用的最优性，但尚不成 熟。
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第一节 概述
第一节 概述
四、沥青路面设计的基本过程
①确定交通量：如车型、轴重、轮胎压力、各 车型通过数及横向分布； ②路面结构组合：确定材料品种及其它参数； ③参数修正： ④路面设计的指标与标准确定： ⑤运用基本关系式进行设计计算或验算
五、沥青路面交通等级
沥青路面结构的设计年限 路面达到使用的临界状态的最小年限。
城市道路设计年限：道路交通量达到饱和状态时的 设计年限。一般规定：快速路、主干路为20年；次干路 为15年；支路为10 年～15 年。
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第一节 概述
第一节 概述
五、沥青路面交通等级
标准轴载及轴载当量换算 标准轴载BZZ－100，其各项参数详见教材。 由于不同力学参数的疲劳等效应不同，我国规范 规定，当量轴载换算按以下三种情况进行： 以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标时
五、沥青路面交通等级
设计年限累计当量标准轴载数 设计年限内考虑车道系数后一个车道上的当量轴次总和。
以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时
对于贫混凝土基层以拉应力为设计指标时
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第一节 概述
第二节 弹性层状体系理论 沥青路面设计基本理论－弹性层状体系理论
五、沥青路面交通等级
我国沥青路面交通轻重的等级划分 我国沥青路面按其承担的交通荷载轻重划分为四个交 通等级，即：轻、中等、重、特重，具体以两种划分方法 进行计算后取较高等级进行定级。
一、弹性层状体系理论的图式（计算简图）
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第二节 弹性层状体系理论
第二节 弹性层状体系理论
二、弹性层状体系理论的假定
1） 各层连续、弯曲弹性、均匀、各向同性，位移、 形变微小； 2） 最下一层（路基）在水平方向和垂直方向无限 大，其上各层厚度有限，水平方向无限； 3） 各层在水平方向无限远处，及最下层向下无限 深处，应力、形变、位移为零； 4） 层间接触情况，或完全连续（连续体系）或仅 竖向应力和位移连续而无摩阻力（滑动体系）； 5） 不计自重。
三、弹性层状体系理论的求解过程
经过假定后，将沥青路面工程问题，转化为（弹性）力 学问题，在力（数）学的范畴内进行求解 轴对称课题，将车轮荷载简化为圆形均布荷载 参见“弹性力学”及“路面力学计算”、“路面力学数值计 算”、“路面结构计算和设计电算方法”等资料
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第二节 弹性层状体系理论
第三节 沥青路面结构组合设计
四、多个轴对称荷载下的主应力计算
一、沥青路面结构组合设计的基本原则
1.保证路面表面使用品质长期稳定 2.路面各结构层的强度、抗变形能力与各层次力学 性能相匹配。 3.在各种自然因素作用下稳定性好 4.充分利用当地材料，节约外运材料，优化选择， 降低建设与养护费用。
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第三节 沥青路面结构组合设计
第三节 沥青路面结构组合设计
二、沥青路面结构组合
面层：单层、双层或三层沥青面层 基层：柔性、半刚性、刚性 垫层：路基状况不良时采用，排水、防冻、防 水、防污等粒料或稳定土 土基：密实、坚固、不透水 层间结合：牢固
三、沥青路面面层要求
面层可分为单层，双层，三层（上、中、下）。
沥青层有压实最小厚度的要求。
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第三节 沥青路面结构组合设计
第四节 我国沥青路面设计方法
四、路面典型结构组合示例
路面结构组合应该根 据公路等级和交通量， 结合当地水文地质和气 候情况、土基状况、筑 路材料以及已有的路面 结构状况和使用经验， 参照路面组合原则，拟 定几个满足各方面要求 的路面组合方案，以供 进一步的结构厚度计算 之用，从而通过最终技 术经济比较获得最优化 的路面结构。
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一、沥青路面的设计指标与标准 路面破坏与设计指标
控制疲劳的指标：应变，应力，弯沉 控制开裂的指标：应变，应力 控制车辙的指标：RD（变形速率、动稳 定度DS的倒数），土基顶面压应变 控制推挤的指标：剪切应力或剪切应变
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第四节 我国沥青路面设计方法
第四节 我国沥青路面设计方法
一、沥青路面的设计指标与标准 主要的设计指标要求
路基表面的垂直压应变或垂直压应力
反映路基在重复荷载作用下的永久变形，主要原因是路 面结构土基承载能力低引起土基的较大垂直塑性变形。 要求：
一、沥青路面的设计指标与标准 主要的设计指标要求
结构疲劳开裂（整体性材料结构层的疲劳开裂）：
要求：εr≤［εr］或σr≤［σr］
σz0 ≤ [σz0] 或εz0 ≤ [εz0]
面层抗剪切推移：
要求：τmax≤［τr］ （应使用高温时的弹模）
结构残余变形的累积（车辙）： 要求： RDre ≤ [RDre]
结构低温缩裂：
要求：σrt≤［σrt］（应使用低温时的弹模）
路面弯沉：
要求：lr≤lr
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第四节 我国沥青路面设计方法
第四节 我国沥青路面设计方法
二、我国沥青路面的设计指标与要求
我国公路沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的 多层弹性层状体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度 的设计指标。对沥青混凝土面层和整体性材料的基层、 底基层应进行层底拉应力的验算，城市道路尚须进行沥 青面层的剪应力验算。 设计指标及验算指标必须小于其极限标准。 根据路面损坏产生的原因，可以引入其它的设计控制指 标，比如将车辙永久变形的深度作为设计控制指标。
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二、我国沥青路面的设计指标与要求 以弯沉作为设计指标的原因
路面总变形表征路面各结构层的变形与路基顶面变形 之和，反映了路面整体刚度的强弱。当路面在车辆荷 载反复作用下不断地弯曲使变形积累、增大到某种程 度时，路面结构即产生疲劳开裂，从而可在一定程度 上建立起路面损坏与弯沉、弯沉与轴载作用次数间的 关系。 路表弯沉值可以简单的量测，操作简便；压应变、拉 应变指标测试较困难。弯沉指标既可作为设计指标， 又可以作为质量检验、路面养护的评价手段。
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