同济大学孙立军沥青铺面结构设计

基于弯沉指标的等效换算
� 假设甲乙两种荷载作用在路面结构上次，则其疲 劳消耗为：
5
5
D1
=
1 N1
=
⎜⎜⎛ ⎝
600Ac As ld1
Ab
⎟⎟⎞ ⎠
和
D2
=
1 N2
=
⎛ ⎜⎜ ⎝
600
Ac As ld 2
Ab
⎞ ⎟⎟ ⎠
� 令D1=D2，则
5
N2 N1
=
⎛ ⎜⎜⎝
ld1 ld 2
⎞ ⎟⎟⎠
� 根据大量的弯沉实测结果，可知
Ac Aa
N −0.22 f sp
无机结合料稳定粒料：
σ R = 2.857Ac N −0.11 f sp
无机结合料稳定土：
σ R = 2.222Ac N −0.11 f sp
式中各系数见交通部《公路沥青路面 设计规范（JTJ014-97）》，人民交通出版社。
轴载换算
轴载的等效换算
� 两种轴载作用于同一路面结构上，所造成的疲劳 损耗相同，则称两种荷载的作用次数等效
思考题
获得模量、强度的方法有那些方法，它们与我们 前面讲述的方法有什么不同？在选择材料的参数 时，应考虑那些方面的因素？
五、国外解析类方法
设计指标
沥青层底面的弯拉疲劳应变 路基顶面的压应变（考虑荷载重复作用）
验算指标
车辙深度 其它整体性材料底面的弯拉疲劳应变
� 设计弯沉
容许弯沉为使用年限末的弯沉，路面设计 需要使用年限初的弯沉，所以应该将容许弯沉换 算为设计弯沉。容许弯沉比设计弯沉大1.2倍
基层考虑
� 上式建立的年代比较久远，只适用于碎砾石柔性 基层，对半刚性基层，上式应该除以1.6的系数。
ld = 600N −0.2 Ac As Ab
� Ab为基层类型系数。 半刚性基层时，Ab=1； 柔性基层时，Ab=1.6。 Ac对高速公路和一级公路都为1。
0.87
ld1 ld 2
=
C1'C2 '
⎛ ⎜⎜ ⎝
P1 P2
⎞ ⎟⎟ ⎠
� 代入上式，可得：
N2 N1
4.35或 4.0
=
C1C 2
⎛ ⎜⎜ ⎝
P1 P2
⎞ ⎟⎟ ⎠
或
Ns N1
4.35或4.0
=
C1C2
⎜⎜⎛ ⎝
P1 Ps
⎟⎟⎞ ⎠
� 式中，C1为轴型系数，C1=1+1.2(m-1), m为轴数 C2为轮组系数，单轮组时C2＝6.4，双轮组时C2＝1.0。
重交通时结构组合设计原则
� 正确认识各结构层的作用，考虑各结构层对路面 长期使用性能的影响
� 沥青层应保证足够的厚度，交通量越大，沥青层 的厚度应越大
� 沥青层材料设计 � 基层模量应具有适当的模量 � 当采用半刚性材料作为基层或垫层时，应作适当
的处理 � 十分重视路面排水系统的设计
四、我国现行沥青路面 设计方法
� 理论弯沉需要修正，修正系数 F为：
0.38
F
=
ls le
= Ws We
=αF
⋅
⎛ ⎜⎜⎝
Байду номын сангаас
E0ls 2 pδ
⎞ ⎟⎟⎠
� 计算弯沉为
1.61
ls
=
2 pδ E1
We
⋅F
=
2 pδ E 0.39
0
⎜⎛ α F W e
⎜ ⎝
E1
⎟⎟⎞ ⎠
设计弯沉
� 容许弯沉
lR
=
AN −b
= 11Ac As N 0.2
基于弯拉应力指标的等效换算
� 推导过程与上面的过程类似，要用到的关系式
是：
σ 1 = ld1
σ 2 ld2
� 可得：
8
Ns N1
=
C3C4
⎜⎜⎝⎛
P1 Ps
⎟⎟⎠⎞
C3为轴型系数，C3=1＋2（m-1）
C4为轮型系数，单轮组时C4=18.5，双轮组时C4=1.0。
材料参数
� P186-187，请自己学习。原则上应该做试验测 定。
关于新规范的说明
应力计算
路面应力计算
� 按照P141、142的图10-8、10-9计算。
容许应力计算
� 材料的弯拉疲劳方程可以写成
b
Nf
=
A⎜⎜⎛ ⎝
1 σr
⎟⎟⎞ ⎠
⇒ σ R = aN −b fr
fr为弯拉强度。我国采用劈裂强度代替弯拉
强度
� 不同材料的容许弯拉应力
沥青材料：
σR
= 11.11⋅
� 设计指标和计算图式 � 弯沉计算 � 应力计算 � 轴载换算 � 材料参数（模量和强度）
设计指标
� 路面表面回弹弯沉
lS ≤ ld
� 沥青混凝土面层底面弯拉应力
σ ≤σR
� 整体性基层底面弯拉应力
σ ≤σR
弯沉计算
计算弯沉 设计弯沉 基层考虑 关于新规范的说明
计算弯沉
� 路面理论弯沉
2 pδ le = E1 ⋅We
第七章
沥青路面结构
设计
引言 路面损坏分析与设计考虑
路面结构组合设计 我国现行沥青路面设计方法
国外解析类方法
一、引言
� 理解设计方法 � 目前设计方法的分类 � 另一种更科学的设计方法分类
二、路面损坏分析与设计考虑
1、路面损坏分析
裂缝类
疲劳裂缝 反射裂缝 低温裂缝
车辙
变形类
沉陷
松散
表面损坏类
坑槽
泛油
• 疲劳裂缝
• 反射裂缝 低温开裂
沉陷 车辙
波浪、拥包
坑槽
泛油 松散
7.3 路面结构组合设计
� 轻交通－中交通时的结构组合设计原则 � 重交通时的结构组合设计原则 � 结构组合示例
轻交通 ——中交通结构组合设
计原则
� 按照道路等级和交通要求选择面层等级和 类型
� 按各结构层的功能选择结构层次 � 按各结构层的应力分布特性 � 顾及各结构层次本身的特性 � 考虑环境状况的不利影响 � 适当的层数和厚度