道路结构设计

路表弯沉计算
理论与实测弯沉值之间偏差 的原因：
1. 路基、路面材料并非线性弹 性体
2. 采用的评定材料刚度的测定 方法并不能反映材料在结构 层内真实的工作状态
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路表弯沉计算
回弹弯沉值：反映了路基、路面结构的整 体刚度
回弹弯沉值与整体刚度的关系：
回弹弯沉大，整体刚度小； 回弹弯沉小，整体刚度大；
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我国路面厚度的三项设计标准
路面结构表面在双轮荷载作用下轮隙中心 处的弯沉值要求
沥青面层底面的最大拉应力
半刚性基层或底基层底面的最大拉应力
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弯沉与应力计算分析的前提条件
路面结构计算模型：多层弹性体系 计算荷载：双轮组（100KN）双圆均布荷载 各层之间认为完全连续 轮隙中心为弯沉计算点 层底拉应力计算点位置选取
容许弯沉值与使用寿命的关系
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拉应力和容许拉应力
最大拉应力 沥青面层或半刚性基（垫）层的疲劳开裂
损坏 疲劳寿命与反复应力级位、材料性质和所
处的环境条件有关
容许拉应力
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拉应力和容许拉应力
室内试验与实际的差异问题： 实际荷载与疲劳寿命关系
✓ 路上车辆荷载特点 ✓ 实际间隙增大延长材料的疲劳寿命
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半刚性材料的回弹模量
试验对象： 无机结合料稳定粒料或土
试验方法： 圆柱体或小梁试件进行压缩或弯曲试
验
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沥青混和料的回弹模量
试验方法： ➢ 采用圆柱体或小梁试件； ➢ 在一定温度和加荷频率下进行重复加载的
三轴压缩、间接拉伸（劈裂）或弯曲试验
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设计过程
根据交通调查和预测数据，计算设计年限内设计车道的 标准轴载累计作用次数Ne；
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路基土回弹模量值
➢ 试验方法：
重复加载的三轴试验
在路床顶面采用承载 板试验
➢ 影响因素：
加荷方式 应力状态
土的湿度和密实度状 态
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粒料回弹模量
试验方法：
无机结合料的粒料回弹模量，采用
百度文库
重复加载的三轴
注意事项：
试验时，须按基层或垫层所受到的
实际应力状况施加侧限应力，以确定相应
的回弹模量值
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设计过程
由设计轴次Ne和劈裂强度fsp值，利用公式计算确定容 许弯沉值和容许拉应力值；
应用层状体系结构分析软件及各结构层材料的设计参数， 对各路面结构组合和厚度方案进行标准轴载作用下各计 算点的表面弯沉和层底面拉应力计算；
对比计算值和相应的容许值，分析结构层组合和厚度方 案和合理性，并进行相应的调整（厚度、层次组合或材 料组成）和方案选择。
路基
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路基
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路基
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防护工程
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沥青混凝土路面结构设计
路面结构设计的目的是提供一种在预定使 用期内同所处环境相适应并能承受预期交 通荷载作用的路面结构
传统的路面设计方法分为经验设计法和理 论设计法（力学法）两大类
CBR、AASHTO Shell、AI
道路工程
第八章 道路结构设计
主要内容
概述 一般路基设计 沥青混凝土结构设计 水泥混凝土结构设计
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概述
对路基路面的使用要求 路基：整体稳定、变形小 路面：平整、抗滑、承载能力
路基路面结构及其层次的划分 路基断面形式：路堤、路堑、半填半挖 路面结构层次：面层、基层、垫层
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路基
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路基
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经验-力学法和力学-经验法
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沥青混凝土路面结构设计
路面结构设计的内容，包括结构 层次组合、各结构层材料组成和 厚度确定、方案的经济分析和比 较等。各结构层的材料组成属于 路面材料组成设计的范畴。
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我国现行沥青混凝土路面结构设计方法
路面厚度设计
以结构组合设计为基础 分析确定各结构层所需厚度 了解路面结构的应力、位移状况 判断结构层组合的合理性 结构组合进行相应调整
破坏标准不同：
✓ 室内试验：以试件底面出现裂缝； ✓ 路上：从出现裂缝至扩散到表面需经受多
次重复作用；
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拉应力和容许拉应力
不同材料的测定结果选取问题 ➢ 沥青混凝土——劈裂强度选用15摄氏度时
进行测定 ➢ 水泥稳定类材料——选用龄期为90d时的
测定结果 ➢ 石灰或石灰－粉煤灰材料——选用龄期为
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谢谢
各层面间接触条件按完全连续处理
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路面结构设计几对指标
➢ 路表弯沉计算及设计（容许）弯沉值 ➢ 拉应力和容许拉应力 ➢ 轴载换算 ➢ 路基和路面材料参数
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路表弯沉计算
理论弯沉值与实测弯沉值之间的偏差： ➢ 路基刚度较低时：
理论算得的面层厚度偏大
➢ 路基刚度较高时： 理论算得的面层厚度偏小
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层底拉应力计算点位置选取
2r
r 2r
沥青面层 沥青基层 粒料垫层
C EDB
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国外路面厚度的三项设计标准
沥青面层底面最大拉应变 土基顶面竖向压应变 采用半刚性基层时，水泥稳定类基层底面
的最大拉应力
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应力计算分析的前提条件
路面看作三层弹性体系或四层弹性体系
计算荷载：双轮组双圆均布荷载
180d的测定结果
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轴载换算
原则：
以达到相同的损坏状态为标准，以等效性 建立不同轴载作用次数间的换算关系；
对于同一个交通组成，无论以其中哪一种 轴载作为标准进行等效换算后得到的路面 厚度，计算结果应当是相同的。
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路基和路面材料参数
路基土回弹模量值 粒料回弹模量 半刚性材料的回弹模量 沥青混合料的回弹模量
根据道路等级和交通繁重程度，确定路面等级和面层等 级；
按路基土质和干湿类型，将路基划分为若干路段，分别 确定各路段的路基回弹模量；
遵守路面结构组合设计原则，并参考设计和使用经验， 拟定几种路面结构层组合和厚度方案；
对所选的各结构层材料类型进行混合料配合比设计和试 验，并测定其强度（抗压强度和劈裂强度）和回弹模量， 以确定相应的设计值；