BISAR应用：新建沥青路面结构设计示例
沥青路面路基工作区深度分析
沥青路面路基工作区深度分析李聪;官盛飞【摘要】采用基于弹性层状体系理论的BISAR软件,计算了多种实际沥青路面结构不同深度处路基荷载应力,并对计算结果进行了统计分析,提出了一定标准下不同等级公路沥青路面路基工作区深度推荐值:对于高速、一级公路及路面结构较优、重载车辆比例较小的二级公路,路基工作区深度推荐值取1.4m；对于以货运为主或重载车辆比例较大的二级及二级以下公路,路基工作区深度推荐值取1.8m,可为选择路基或地基处理深度以及措施提供参考.%Based on the theory of multi-layer elastic system, load stress of different sub grade depth positions in various kinds of actual asphalt pavements are conducted through software of BISAR. Statistic analysis is done according to the results of calcula tions. Furthermore, the recommendation of depth of subgrade working area is sugges ted as the value of 1. 4 m for expressway, first-class highway and secondary road which possesses excellent pavement structure or smaller proportion of heavy trucks, or as the value of 1. 8 m for secondary road or lower grade roads mainly made by freight vehicles which possess larger proportion of heavy trucks. The above recommended values of depth of subgrade working area can be applied for selecting as the depth and measures of subgrade or base.【期刊名称】《交通科学与工程》【年(卷),期】2011(027)002【总页数】5页(P11-15)【关键词】沥青路面;路基工作区深度;BISAR软件;荷载应力;累计频率【作者】李聪;官盛飞【作者单位】同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海200092;同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海200092【正文语种】中文【中图分类】U416.1路基工作区深度的划定对判定车辆荷载对路基的影响深度，确定路基合理高度等具有重要意义.现行公路行业路基规范未对路基工作区作出明确定义，也没有规定路基工作区深度确定原则与方法，这使得实际工程中选择路基或地基处理深度以及措施缺乏统一的标准和认识.路基中的应力包括两个部分，即由土中上覆路基路面结构自身重量而产生的自重应力和车辆荷载作用下产生的附加荷载应力.自重应力随路基深度的增加线性增加，而由车载引起的荷载应力则随路基深度的增加逐渐减小.随着深度的增加，路基受车辆荷载的影响不断降低，当深度达到一定值后，由车载引起的路基（竖向）附加应力，即荷载应力σz与路基自重应力σc的比值很小（0.1～0.2），此时可忽略车辆荷载的影响，这一深度即为由车辆荷载引起的路基附加应力分布范围，称为路基工作区深度.路基工作区土体的强度和稳定性，对于保证路面结构的强度和稳定性、满足行车要求极为重要.正因为如此，国内、外学者均对路基工作区深度的确定方法与标准进行了研究［1－5］.在《公路设计手册－路基》［6］中，采用基于弹性半空间体理论的布氏课题公式，对车载在路基土中引起的荷载应力进行计算，按一定准则将路面各个结构层换算为当量路基土层厚度，计算公式为：式中：he为路面结构层换算为路基土层的当量厚度；h1为路面结构层厚度；E1为路面结构层模量；E0为路基模量；m为指数，多层柔性路面取2.5.但是，该换算方法存在几个问题：①由于车辆荷载直接作用于路面表面，因此，即使对路面结构进行模量等效换算，弹性半空间体理论依然无法模拟路面各结构层与路基材料特性的差异，以及由此造成的应力扩散效应的差异；②未考虑不同轴型的荷载叠加效应，当车辆为双轴或三轴及其以上时，经理论分析和现场实测表明，路基中最大荷载应力并不在（单轴）轮隙中心处正下方，这是由于多轴荷载叠加所造成的.基于此，本研究采用弹性层状体系理论，计算不同路面结构、轴型（考虑荷载叠加效应）和轴重（考虑超载）等情况下路基竖向附加应力沿深度方向的分布，使用不同的判断标准求取路基临界深度，并对不同道路（或路面结构）的路基临界深度进行统计分析，拟定以95%累计频率（一定标准下路基临界深度小于或等于某一确定值的道路条数占所有道路条数的比值）所对应的临界深度值作为路基工作区深度推荐值.1 路基应力计算1.1 路基应力计算程序利用SHELL公司的BISAR3.0程序，计算各种轴型在各级轴载作用下路基深度方向的附加应力.轮载的平面分布如图1所示，其中，x为车轴方向，y为行车方向.参照规范要求，轮载采用圆形均布荷载，单轮传压面当量圆半径按式（2）进行计算.图1 轮载的平面分布示意Fig.1 Sketch of dual wheel loads为简化计算，不考虑相同车道上轮载的叠加效应，由于相邻车道的车辆在同一横断面出现的概率很小，相邻车道上轮载的叠加效应也不予考虑［7］.通过试算，同一深度处路基竖向附加应力最大的位置在原点处（见图1），因此，计算点的平面坐标均为（0，0）.路基（荷载）应力计算模型如图2所示，其中，z为路基深度方向.图2 路基应力计算模型Fig.2 Calculating model for stress of subgrade计算点位从路基顶面开始，一直到路基顶面以下2.7m处结束（除前3个点分别为路基顶面以下0，0.8，1m以外，其余各点均是在前一点基础上增加0.1m），共计20个点.式中：δ为单轮传压面当量圆半径；P为单轮轮重；p为轮胎接地压力.1.2 路基应力计算工况路基应力计算采用的轴型有单轴（双轮）、三轴（双轮）两种型式.在《公路沥青路面设计规范》（JTG D50－2006）［8］中，轴载换算公式的上限（单轴）为130kN，因此，计算中（单根）轴重取100kN（标准轴载）和130kN两种级位.查阅相关文献［9－10］，重载车辆的轮胎内压上限多在1.0MPa左右.据此，计算中轮胎接地压力按轴重取0.7或1.0MPa.此外，计算所选取的路面结构为通过现场或资料调研得到的实际沥青路面结构［11］，其中：高速公路21条，一级公路5条，二级公路8条，总计34条.按《公路沥青路面设计规范》（JTG D50－2006）［8］附录E，各结构层材料参数取对应层位对应材料的推荐范围中值.路基应力计算工况见表1.表1 路基应力计算工况Table 1 Computation conditions for stress of subgrade实际路面结构／个计算工况／种接地压力／MPa单轴／kN轴型轴重轮重当量圆半径δ／cm δ 3δ／2 34 136 0.7 100 25.0 10.65 15.98 1.0 130 32.511.37 17.06单、三轴双轮1.3 路基应力计算结果以上海市沪芦（A2）高速公路为例，单轴双轮、标准轴载100kN这一工况的路基应力所选路面结构和其计算结果分别见2，3.表2 路基应力计算所选路面结构Table 2 Parameters of pavement structurefor evaluating stress of subgrade注：沪芦（A2）高速公路路面厚度为0.8m.结构层材料结构层厚度／m结构层模量／MPa 泊松比最大干密度／（g·cm－3）最佳含水率／%湿密度／（g·cm－3）面层SMA 0.04 1 400 0.30／／2.40中粒式沥青砼 0.05 1 200 0.30 ／／ 2.40粗粒式沥青砼 0.06 1 000 0.30 ／／ 2.40二灰碎石（三渣）基层和路基40 0.35 1.8 14.25 1.97 0.45 1 400 0.15 2.0 10.50 2.12二灰土 0.20 750 0.20 1.7 20.50 1.97土基（粘质土）表3 路基应力计算结果Table 3 Calculating results for stress of subgrade路基点号路基深度／m路基荷载应力σz／kPa路基自重应力σc／kPa σz／σc 1 0.0 6.59 17.08 0.39 2 0.8 3.00 32.87 0.10 3 1.0 2.63 36.82 0.07 5 1.2 2.32 40.770.06 7 1.4 2.08 44.72 0.05 8 1.5 1.97 46.69 0.04 9 1.6 1.87 48.67 0.04 10 1.71.78 50.64 0.042 路基工作区深度确定2.1 路基工作区深度确定标准根据相关研究结论［12］以及实际工程经验，参照土力学中计算地基变形的“分层总和法”的深度选取标准和公路等级，取σz／σc≤0.1（高速、一级公路）或σz／σc≤0.2（二级及其以下等级公路），确定路基工作区深度.在一种工况条件下，取符合该标准的最小路基深度为该种工况条件下的路基工作区深度值.2.2 路基工作区深度计算结果统计按照该标准，路基工作区深度计算结果见表4.在“AC－0－1”中：AC表示沥青路面；0表示高速公路（相应的1表示一级公路，2表示二级公路）；1表示公路编号为“1”，以此类推.表4 路基工作区深度Table 4 Depth of subgrade working area注：单轴双轮、100kN工况下，σz／σc≤0.1的路基临界深度.路面结构临界深度／m 路面结构临界深度／m AC－0－1 0.8 AC－0－2 1.0 AC－0－3 1.0 AC－0－4 0.8 AC－0－5 0.8 AC－0－6 1.0 AC－0－7 0.8 AC－0－8 0.8 AC－0－9 1.0 AC－0－10 1.0 AC－0－11 1.0 AC－0－12 1.0 AC－0－13 1.0 AC－0－14 1.0 AC－0－15 1.0 AC－0－16 1.2 AC－0－17 1.2 AC－0－18 0.8 AC－0－19 0.8 AC－0－20 1.2 AC－0－21 1.1 AC－1－1 0.8 AC－1－2 1.0 AC－1－3 1.2 AC－1－4 1.4 AC－1－5 1.4 AC－2－1 1.0 AC－2－2 0.8 AC－2－3 1.0 AC－2－4 1.1 AC－2－5 1.3 AC－2－6 1.2 AC－2－7 1.4 AC－2－8 1.52.3 路基工作区深度推荐值参考表4，选取单轴双轮、100kN（标准轴载）条件下的路基工作区深度值作深度－累计频率曲线，以95%累计频率所对应的值作为路基工作区深度推荐值（如图3所示）.从图3中可以看出，在σz／σc≤0.1标准下，路基工作区深度推荐值为1.37m，即约为1.4m，这与文献［1］推荐的1.5m较为接近.另外，考虑到中国二级及二级以下公路所占比例较大的实际情况，该类公路路面结构厚度、弹性模量标准偏低，在同样荷载情况下，路基内部荷载应力较高速公路和一级公路的大.因此，在这部分公路中，如以货运为主或货运重载车辆比例较大，可以选取三轴双轮、130kN（较不利轴载）、σz／σc≤0.2标准下的临界深度作为路基工作区深度推荐值（如图4所示）.图3 路基工作区深度推荐值（单轴双轮，100kN，σz／σc ≤0.1）Fig.3 Recommended value of depth of subgrade working area（uniaxial anddual wheel loads 100kN，σz／σc ≤0.1）图4 二级及二级以下公路路基工作区深度推荐值（三轴双轮，130kN，σz／σc ≤0.2）Fig.4 Recommended value of depth of subgrade working area for grade 2and below highway（triaxial and dual wheel loads 130kN，σz／σc ≤0.2）从图4中可得，σz／σc≤0.2标准下的二级及二级以下公路路基工作区深度推荐值（95%累计频率对应的临界深度）为1.76m，即1.8m，这与文献［1］推荐的2m较为接近.3 结论1）采用弹性层状体系理论计算路基荷载应力，克服了弹性半空间体理论无法考虑路基路面各结构层的应力扩散效应差异和多轴叠加效应的局限.2）高速公路、一级公路及路面结构较优、重载车辆比例较小的二级公路（沥青路面）路基工作区深度推荐值可取1.4m.3）以货运为主或重载车辆比例较大的二级及二级以下公路（沥青路面）路基工作区深度推荐值可取1.8 m.4）路基工作区深度范围内的路基或地基，在填料选择和压实控制等方面，应提出较高的要求，以保证道路的正常使用性能.参考文献（References）：【相关文献】［1］朱海波，贾朝霞，张宏博，等.重载交通下的路基工作区界定问题探讨［J］.公路交通科技，2009，26（1）：39－44.（ZHU Hai－bo，JIA Zhao－xia，ZHANG Hong－bo，etal.Discussion of the definition of subgrade wor kspace under heavy traffic［J］.Jour nal of Highway and Transportation Research and Development，2009，26（1）：39－44.（in Chinese））［2］郭兰英，于晓，纪翠娜.公路土基压实深度的确定［J］.路基工程，2006（4）：137－138.（GUO Lan－ying，YU Xiao，JI Cui－na.Deter mination of the depth of co mpacting for high way subgrade［J］.Subgrade Engineering，2006（4）：137－138.（in Chinese））［3］ Fer nando，Emmanuel.Analysis procedure f or loadzoning pavements［J］.Transportation Research Record，2003，1860：117－125.［4］肖鹏.道路路基工作区与路基路面结构分析［J］.华东公路，1996（5）：39－40.（XIAO Peng.Analysis of subgrade working area pavements and subgrade and pavement str uct ure ［J］.East China High wa，1996（5）：39－40.（in Chinese））［5］赵官胜.重载交通下等级路路基工作区深度的研究［D］.济南：山东大学，2009.（ZHAO Guan－sheng.St udy on the dept h of subgrade wor k area of grade road under excess traffic load［D］.Jinan：Shandong University，2009.（in Chinese））［6］交通部第二公路勘察设计院.公路设计手册—路基［M］.北京：人民交通出版社，1996.（CCCC Second Highway Consultants Co.，Ltd.Design handbook of subgrade of highway ［M］.Beijing：China Communications Press，1996.（in Chinese））［7］同济大学.行车荷载作用下湿软路基残余变形及其控制技术研究［R］.上海：同济大学，2003.（Tongji University.On Residual defor mation of saturated clay subgrade under vehicle load［R］.Shanghai：Tongji University，2003.（in Chinese））［8］中交公路规划设计院.JTG D50－2006，公路沥青路面设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2006.（CCCC High way Consultants Co.，Ltd.JTG D50－2006，Technical specifications for design of high way asphalt pavement［S］.Beijing：China Communications Press，2006.（in Chinese））［9］胡小弟.轮胎接地压力分布实测及沥青路面力学响应分析［D］.上海：同济大学，2003.（HU Xiao－di.Measurements of the distribution of the vehicle tire pressure and the response stress in the asphalt pavement［D］.Shanghai：Tongji University，2003.（in Chinese））［10］钱国平.重载条件下沥青路面结构复杂受力特征及力学响应研究［D］.上海：同济大学，2004.（QIAN Guo－ping.Research on co mplex wor king state and mechanic responses of asphalt pavement under heavy－duty conditions［D］.Shanghai：Tongji University，2004.（in Chinese））［11］徐家钰，程家驹.道路工程［M］.上海：同济大学出版社，2004.（XU Jia－yu，CHENG Jia－ju.Road engineering［M］.Shanghai：Tongji University Press，2004.（in Chinese））［12］官盛飞.水泥混凝土路面路基工作状态与设计指标［D］.上海：同济大学，2009.（GUAN Sheng－fei.The wor king status and design index of subgrade under PCC pavement ［D］.Shanghai：Tongji University，2009.（in Chinese））。
贫混凝土基层沥青路面结构力学分析
贫混凝土基层沥青路面结构力学分析乔琳;曹花丽;江磊【摘要】On the situation of pavement structure parameters were all invariable,this paper analyzed the pavement structure stress based on BISAR3.0,calculated the stress of different interaction sites under double rounds uniform vertical load,gained the distribution rule of shear stress and normal stress in different sites along pavement depth direction,and researched the weak parts of surface layer and base layer.%在路面结构参数均不变的情况下,基于BISAR3.0程序对路面结构应力进行分析,对双圆均布竖向荷载不同作用点位的应力进行了计算,得出不同点位沿路面深度方向的剪应力和正应力的分布规律,并研究出了面层与基层的薄弱部位。
【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2012(038)032【总页数】2页(P172-173)【关键词】贫混凝土基层沥青路面;剪应力;正应力;结构【作者】乔琳;曹花丽;江磊【作者单位】烟台大学土木工程学院,山东烟台264005;烟台大学土木工程学院,山东烟台264005;烟台大学土木工程学院,山东烟台264005【正文语种】中文【中图分类】U416.217目前对贫混凝土基层沥青路面的研究主要是针对于高速公路等高等级路面，而对普通路面的研究较少。
本文主要研究针对于二级公路的贫混凝土基层沥青路面。
沥青路面力学性质属于非线性的粘—弹—塑性体。
【精品工程资源】高速公路沥青路面设计实例
高速公路沥青路面设计实例、设计资料:本公路等级为高速公路，经调查得，近期交通量如下表所示。
交通量年平均增长率为9.5%，设计年限为15年，该路段处于W 2区。
二、交通分析：轴载分析路面设计以BZZ-100为标准轴载1、以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次(1)累计当量轴次注：轴载小于25KN的轴载作用不计(2)累计当量轴次旗开得胜4根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取 15年，六车道的车道系数n 取0.3〜0.4，取0.3。
交通量平均增长率为9.5%=23599286次2、验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次(1)轴载换算车型R (KN)C 1 C 2N i (次/日)P 8C 1 C 2 ni -P小客车前轴16.5 1 18.5 6750 0.0686后轴 23.0 1 1 6750 0.05286中客车 前轴 25.55 1 18.5 2000 0.67194SH130 后轴 45.10 1 1 2000 3.42328大客车 前轴 28.70 1 18.5 1250 1.06448CA50 后轴 68.20 1 11250 58.5039小货车前轴 13.40118.5 4250 0.00817BJ130 后轴 27.40114250 0.135023 [(1 + 7- 1] ＞： 3657[(1 + 0.095尸-l]x 3650095X70S6.875 X 0.3旗开得胜注：轴载小于50KN的轴载作用不计(2)累计当量轴次根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取15年，六车道的车道系数n取0.3〜0.4，取0.3。
交通量平均增长率为9.5%。
旗开得胜'； 6=18808545次二、设计指标的确定1、计算设计弯沉值Ld该公路为高速公路，公路等级系数取 1.0，面层为沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于 20 cm,基层类型系数取1.0。
BISAR软件在城镇道路沥青路面设计中的应用
随 着 全 国范 围 内 城 市 基 础 设 施 建 设 的 快 速 发
Ｉ Ｙ
展 ，市 政道路工程 作为基 础设 施 的重要 组成部 分 ，
其 建 设 规 模 不 断 扩 大 。本 文 以 新 版 Ｃ Ｊ Ｊ １ ６ ９ —２ ０ １ ２
《 城镇道 路路 面设 计规范 》（ 简称 新版 《 规范 》 ）为
的多层 弹性层状体 系理论 的力学计 算和各个设计 参
Ｉ Ｉ １ Ｉ Ｉ ． １ ・ …＿ 匕
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壹 层ｈ ， 各 基
Ｄ’ 付 一
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数 的变异性 为基础 ，利用概率统计 的有关理论和沥 青路 面的实 际情况建 立的一种概率型设计方法 。本
理 论依 据 ，结 合 Ｂ Ｉ Ｓ Ａ Ｒ计算 软件 ，对某 拟定 路 面
结构按新版 《 规范》 要求进行路面结构计算并验算 。
通过 以新版 《 规范 》为基础 的案例计算 ，加强道路
工 程 设 计 人 员 的 认 知 。 另 外 ，采 用 Ｂ Ｉ Ｓ ＡＲ软 件 进
图 １双 圆 均 布 荷 载 平 面 位 置 图 （ ｃ ｍ ）
结 构计算过 程 ，荷 载参数 、路面结 构参数 、计算 点位 等条件 的输入及 计算 报告 的输 出 。路 面结构 的力学 计算是 路 面设计 的关键一 步 ，是选择合理路 面结构 的前 提 ，Ｂ Ｉ Ｓ ＡＲ软件可很 好完成这一环 节 。
关 键 词 ：Ｂ Ｉ Ｓ ＡＲ；沥 青 ；路 面 结 构 ；设 计 中 图 分 类 号 ：Ｕ ４ １ ６ ． ２ １ ７ 文 献 标 志 码 ：Ｂ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ４ — ４ ６ ５ ５（ ２ ０ １ ５） ０ ４ － ０ ０ ５ ４ － ０ ３
精品](全过程精细讲解)沥青路面结构设计
沥青路面结构设计](https://img.taocdn.com/s3/m/10f7cd93d1f34693daef3e57.png)
公称最大粒径 最小压实厚度
（mm）
（mm）
4.75
15
9.5
20
13.2
35
16
40
19
50
26.5
70
26.5
70
31.5
90
37.5
120
适宜厚度 （mm） 15～30 25～40 40～60 50～80 60～100 80～120 80～120 90～150 120～150
1
400
205.9
6.4
400
1.2
1
400
74.6
1793
沥青路面结构设计方法
当以半刚性基层层底拉应力为设计指标时，各级轴 载的作用次数均应按下式换算成标准轴载的当量作 用次数N＇
N '
k i 1
C1'C2 'ni
Pi P
8
式 中 ， C1 ＇ —— 轴 数 系 数 ； 当 轴 间 距 大 于 3m 时 ， 按单独一个轴载计算，小于3m时，按双轴或多轴 计算， C1＇ ＝1＋2（m－1），式中m为轴数；
对无机结合料稳定细粒土类：
Ks 0.45Ne0.11 / Ac
沥青路面结构设计
新建沥青路面结构设计步骤
1）根据设计要求，按弯沉和弯拉指标分别计算Ne ，确定设计交通量与交通等级，拟定面层、基层 类型，并计算ld 和容许拉应力。
2）根据路基土类与干湿类型及路基横断面形式，将 路基划分为若干路段，确定各路段土基回弹模量 设计值。
设计程序流程图
例题
甲乙两地之间计划修建一条四车道的一级公路， 设计年限内交通量年平均增长率为10％。该路段 处于Ⅳ7区，为粉质土，稠度为1.00,沿途有大量碎 石集料，并有石灰供给。预测该路竣工后第一年 的交通组成如下表，试进行路面结构设计。
结合实际浅析公路沥青路面设计方法论文
结合实际浅析公路沥青路面的设计方法摘要:随着社会的不断发展，交通作为重要基础和发展的关键，已成为重要的基础保障。
越来越多的公路工程将不断得到建设，文章根据自身工作经验，结合实际情况，就公路设计中陡坡路段沥青路面设计技术进行探讨，发表相关的看法。
关键词：公路；设计；沥青路面；分析探讨；1．计算与方法1．1 路面结构某公路面层结构层为三层体系，上、中面层均位于12cm内，该公路为高速公路。
本研究采用该公路通用半刚性沥青路面结构。
计算时，假设层间处于完全连续状态，各结构层计算参数将采用《公路沥青路面设计规范》推荐值，见表l。
表11．2坡度α及水平荷载系数f的选择在纵坡路段，路面垂直荷载仅与坡度α有关，水平荷载与坡度α和水平荷载系数(摩擦系数)f有关。
本研究依托的该公路最大纵坡为5％，因此，在计算中将采用最大纵坡5％作为坡度分析参数。
当坡度确定后，影响结构层受力的就只有水平荷载系数了。
在纵坡较小的路段，有准备的制动、启动，水平力系数f不大，一般小于o．17，在设计时可用0.2计算；但在纵坡较大或上坡路段、转弯以及紧急制动处，水平力系数高达0.5左右。
我国《城市道路设计规范》中以0.3作为水平荷载系数推荐值。
本研究中，考虑不同路况时的水平苟载条件，分析研究不同水平荷载系数对路面结构剪应力的影响。
水平荷载系数f选取0，0.2，0.4，0.6。
1．3力学计算图示对路面结构采用bisar3.0程序进行计算和分析。
计算图示采用双圆均布荷载，荷载参数选取标准轴载接地压力p=0.7mpa，δ=10.65cm。
双圆均布荷载的中心点坐标为(-1.5δ，0，0)和(1.5δ，0，0)(δ为荷载半径)，两轴轴心距为d=3δ=31.95cm。
计算时，设行车方向为x方向，道路横断方向为y方向，垂直向下为z方向，沿y方向每0.25δ作为计算点，沿z方向每2cm作为计算点。
剪应力数值(mpa)(a)路面横断面方向（m）(b)沥青面层剪应力分布（a:y-z面剪应力；b：轮载内外边缘剪应力对比）2．计算结果分析2．1最大剪应力沿y方向分布规律研究发现，对于不同水平荷载系数，最大剪应力在y方向的分布规律基本相同，沥青路面内部剪应力沿y方向最大出现在轮载边缘。
基于BISAR的半刚性基层沥青路面面层合理厚度探讨
基于BISAR的半刚性基层沥青路面面层合理厚度探讨摘要：本文介绍了半刚性基层的特点及国内外半刚性基层沥青路面面层合理厚度，利用壳牌路面力学计算系统BISAR3.0设计六种不同沥青面层厚度，以弯拉应力和剪应力作为控制指标并进行设计对比，提出我国半刚性基层沥青路面沥青面层的合理厚度。
关键词：半刚性基层；沥青路面；合理厚度设计Abstract: this paper introduces the characteristics of semi-rigid base at home and abroad and semi-rigid base asphalt pavement layer thickness of reasonable, using the shell road BISAR3.0 design mechanics calculation system of six different thickness of asphalt layer to the flexural stress and shear stress as control index and contrast design, puts forward the asphalt pavement of semi-rigid base of asphalt layer thickness reasonable.Keywords: semi-rigid base; The asphalt pavement; Reasonable design thickness目前，我国许多高等级公路所采用的路面结构绝大多数都是半刚性基层沥青路面结构。
由于假定条件、控制指标等选择不同的原因，各地在半刚性基层上铺筑的沥青面层总厚度大不一样，厚度差异很大。
最薄的仅有6cm，最厚的超过40cm，其结果是一些路面结构偏于保守，造成不必要的浪费，而一些路面结构又偏于不安全。
壳牌沥青路面设计软件计算路基工作区深度运行演示屏幕截图全过程
其中有显示出输入的项目名称、各层厚度、弹
性模量、泊松比、有轮载、及计算出的地面接触应 力、半径、坐标等。
还有计算输出的各深度位置的荷载压应力、拉 应力、位移值。
计算路基工作区深度就是取用各深度位置的荷 载压应力。
下面是实战演示整个过程的 屏幕截图：
(2)计算的层位深度位置 （3）在那一层的层数，
这次只取一个层， 不取两个层位的数。因同一位置可是上一层
的层数，也可是下一层的层数。
所需填的三张表输入后，可直接按F5或从顶层菜单 RESULTS(结果），有下拉菜单CALCULATE F5，选中后即 运算会开始进行。 弹出菜单：
这时可以保存输入数据，同时按下yes，在菜单中给出项 目名称：城市支路沥青结构1 100KN
轮荷载，在不同深度处的荷载应 力，然后根据应力与自重应力之 比为0.2、0.1时，计算出路基工 作区深度。所举例为常州市支路 沥青结构1的沥青路面。
计算常州市支路沥青结构1所需 输入数据： （一）沥青路面结构层数据：
（二）不同轴载的当量圆半径、 双圆中心距离表：
举例荷载为单轴双轮100KN 软件要求填入三张表： 表一：荷载表
（1）使用标准双轮荷载时，在框内打勾。
（2）这个标准荷载是国外的单轴双轮，轴 载为80KN。
（3）不适用我国，故不能打勾。
为捡索命令，可打开已有库中的文件， 不再一个一个地输入数据；
保存命令键பைடு நூலகம்可保存现有数据，待以后调用。
（二）层表
计算层之间摩擦力时，打勾。
我们要计算层之间的摩檫力，故要打勾。
按下OK后，运算结束，显示如下窗口：
该菜单供你选择输出形式，可以有以下方式： 块报告（简单的报告） 详细报告 块表格（简单的表格） 详细表格
利用壳牌沥青路面设计软件BISAR3.0计算路基工作区在实际工作中的应用0
利用壳牌沥青路面设计软件BISAR3.0计算路基工作区在实际工作中的应用吴祖德（常州市交通规划设计院）内容提要自从公路路基设计规范定义了路基工作区以后，再加上利用按层状体系理论编制的壳牌沥青路面设计软件BISAR3.0计算，代替原来布辛尼斯克公式计算路基工作区（该公式计算的路基工作区太小，有误），在实践中有了较多的应用，取得了很好的收获，本文作一介绍，供大家参考。
关键词路基工作区软件BISAR3.0 实践工作中的应用0前言在道路工程中，路基工作区的计算可以帮助我们解决很多的问题，实在是太重要了。
利用该软件，可以计算在不同轴载、不同的沥青混凝土结构下、不同路基深度的轮载的应力分布情况。
工作了几十年后，现在能计算出来了，实在是太兴奋了，把它比喻成：好像让我们戴上了“x光眼镜”、好像让我们拥有了孙悟空的“火眼金睛”，把地底下的荷载应力，看得一清二楚。
下面就把在实际工作中的应用情况作一介绍。
1 按层状体系理论编制的软件BISAR3.0计算的路基工作区，基本与实际情况相符，对照原来布辛尼斯克公式计算结果太小、有误。
某高速公路沥青路面，在轴重100KN、120KN作用下，两种计算方法的路基工作区位置比较图：图1 某高速公路轴重100KN、120KN两种方法计算路基工作区位置比较图2揭示现行《城市道路路基设计规范》的挖方路塹路基路床的压实深度0.3m的规定，存在深度不足的问题。
《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）2.1.5 路基工作区汽车荷载通过路面传到路基的应力与路基土自重应力之比大于0.1的应力分布深度范围。
该规范首次提出了新的标准，应该是和挖方路基路床压实深度是有同等含义的。
过去都用布辛尼斯克公式计算的路基工作区偏小、有误，现在都用层状体系理论来计算汽车荷载通过路面传到路基的应力，计算的路基工作区要比原来的大，与实际相符。
图2 沥青支路在轴載100KN 时的应力分布 图3 沥青次干路在轴載100KN 时的应力分布 路基工作区次干路为91cm ，支路为105cm 。
公路改扩建工程沥青混凝土路面结构剪应力计算分析 杨航
公路改扩建工程沥青混凝土路面结构剪应力计算分析杨航摘要：本文针对莫桑比克国家各种公路典型结构、老路加铺结构进行沥青路面结构层内剪应力计算，验证荷载作用下沥青层内最大剪应力是否满足沥青混合料的容许剪应力以及加铺层层间抗剪要求，以供设计人员参考。
关键词：沥青路面；老路加铺；剪应力；力学计算1引言公路沥青路面结构设计主要采用力学经验法进行结构组合设计，且沥青层往往作为功能层主要依据经验确定。
为分析标准荷载对莫桑比克沥青混凝土路面层内剪切力的影响，应用路面结构力学计算软件BISAR3.0 进行了剪应力计算分析，以探讨其影响规律。
2力学计算2.1新建路面结构采用BISAR3.0计算路面结构沥青层剪应力，荷载为双圆均布荷载，按标准轴载80KN计算，计算点位于双圆荷载中心向下，计算步骤如下所示：（1）荷载设置荷载方式采用双圆均布荷载，标准轴载80 kN，当量圆半径为9.95cm，两轮中心距为29.85cm。
（2）结构层和计算参数设置参照我国沥青路面设计规范，设定相应计算参数。
（3）应力计算点位置设定路面双圆荷载示意图如图1所示。
图3 沥青层剪应力随老路模量变化情况从图3（a）可以看出：（1）标准荷载作用下，路表面、沥青层底位置的剪应力随着老路模量的增大而逐渐减小，而距路表面2cm则随老路模量的增大变化不大。
（2）最大剪应力集中的位置为加铺层底部，即4cm沥青层层底剪应力最大，较易产生剪切破坏。
（3）当老路模量超过350MPa时，沥青加铺层层底最大剪应力满足容许剪应力0.397MPa的要求。
（4）因老路沥青层表面的老化、轮迹带沥青上浮，沥青层表面构造深度、粗糙度降低，加铺层和老路沥青层的层间容许剪应力将会进一步降低，要求的老路模量将会增加。
建议施工加铺层前采取拉毛或铣刨等方式进行处理。
从图3（b）可以看出：（1）标准荷载作用下，路表面的剪应力随着老路模量的增大而逐渐减小，而距路表面2cm和层底位置的剪应力均随老路模量的增大而增大，其原因是级配碎石层模量低引起的问题。
三种典型沥青路面结构的力学特性分析
三种典型沥青路面结构的力学特性分析吴奇帆【期刊名称】《《广东土木与建筑》》【年(卷),期】2019(026)010【总页数】4页(P43-46)【关键词】沥青路面结构; BISAR3.0; 路表弯沉; 弯拉应力; 弯拉应变【作者】吴奇帆【作者单位】中建南方投资有限公司深圳518022【正文语种】中文【中图分类】U416.010 引言沥青路面的破坏形式主要包括裂缝、坑槽等，其中裂缝是沥青路面最为主要的病害形式。
依据裂缝产生根原划分类型，可将其分为非荷载、荷载类型两类。
对于荷载型裂缝，其产生原因大多是反复车辆荷载下，沥青路面的比面层更易产，开裂破坏将在基层底部迅速展开，致使路面出现反射裂纹。
国内外专家学者就沥青路面裂缝的形式和变化机理开展了较多的研究。
Jiwon Kim 等人［1］利用有限元计算，发现对路面微裂缝产生贡献最大的是汽车轮胎边缘荷载所产生的拉应力，而温缩应力使微裂缝扩展成由上而下的纵向裂缝。
李清富等人［2］基于路面结构的三维有限元模型，通过计算发现路面的表层是结构分布最集中处，导致半刚性路面产生裂缝的主要原因正是最大剪切应力大于沥青混合材料抗剪强度。
沥青路面的破坏除了与荷载、温度有关，还受到路面结构间层的粘结状态的影响。
朱耀庭等人［3］结合Godman模型分析了路面结构间层粘结状态，基于BISAR3.0路面结构软件对互异粘结状态下的路面结构受力情况进行了计算和对比分析，发现沥青面层的疲劳寿命大幅下降与层间粘结的脱离有紧密联系，持续竖向荷载作用下，将增加90%。
Lubinda 等人［4］的研究表明，层间粘结情况与路面受荷破坏程度有重要关系，路面结构内的相关力学指标（应力、应变等）受到粘结状态影响，沥青磨耗层纵向、横向拉应变增加。
彭妙娟等人［5］利用有限元软件计算不同粘结状态下沥青路面结构的力学特性，结果表明持续荷载增加的情况下，路面结构车辙变形程度与层间粘结状态优劣呈正相关影响。
目前，国内高速公路大多采用半刚性基层沥青路面，其材料特性决定了在使用过程中不可避免产生温度收缩和干缩开裂，进而致使路面破坏。
沥青路面结构设计示例word资料10页
沥青路面结构设计示例7.2 路面结构设计7.2.1 路面结构设计步骤新建沥青路面按以下步骤进行路面结构设计：(1) 根据设计任务书和路面等级及面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。
(2) 按路基土类型和干湿状态，将路基划分为几个路段，确定路段回弹模量值。
(3) 根据已有经验和规范推荐的路面结构，拟定几中可能的路面结构组合及厚度方案，根据选用的材料进行配合比实验及测定结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。
(4) 根据设计弯沉值计算路面厚度。
对二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。
如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构层组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算。
7.2.2 路面结构层计算该路位于中原黄河冲积平原区，地质条件一般为a）第一层：冲积土；b）第二层：粘质土；c）第三层：岩石。
平原区二级汽车专用沥青混凝土公路，路面使用年限为12年，年预测平均增长率为6%。
（1）轴载分析本设计的累计当量轴次的计算以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示。
标准轴载的计算参数按表7-1确定。
表7-1 标准轴载计算参数①轴载换算各级轴载换算采用如下计算公式：N1??c1c2ni(i?1kpi4.35)p（7-1）式中：N1—标准轴载的当量轴次，次/日；ni—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；P—标准轴载，kN；Pi—被换算车辆的各级轴载，kN；k—被换算车辆类型；C1—轴数系数，C1=1+1.2（m-1），m是轴数。
当轴间距大于3m时，按单独的一个轴载计算，当轴间距小于3m时，应考虑轴系数；C2—轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。
计算结果如下表7-3所示。
表7-3 轴载换算结果表（弯沉）②累计当量轴次为：Ne?[(1??)t?1]?365?N1?(1?0.06)12?1 ??365?682.77?0.600.06?2522505次（7-2）式中：Ne—累计当量轴次；η—车道系数，规范规定二级公路η值为0.60~0.70，取0.60；t—路面使用年限，二级公路取12年；?—年预测平均增长率，二级路取6%；N1—标准轴载的当量轴次，次/日。
BISAR3.0中文使用手册(0下载券)
BISAR用户手册BISAR 3.0用户手册沥青企业集团1998年5月目录1、引言 (4)2、BISAR程序的主要原理 (4)3、系统要求 (6)4、安装BISAR3.0 (7)4.1 由光驱安装 (7)4.2 由软盘安装 (8)5、BISAR3.0 的使用 (10)6、开始BISAR3.0 (11)7、文件和数据库管理 (12)7.1 编辑新建项目数据 (13)7.2 删除数据 (14)7.3 访问和删除现有计算 (15)7.4 数据库维护 (15)7.5 保存项目数据和计算 (15)8、表格的使用 (16)9、BISAR3.0 的打印 (17)9.1 打印预览 (18)9.2 打印 (18)10、BISAR计算演示 (19)10.1 数据输入输出概述 (19)BISAR用户手册10.2 标准双轮组荷载的数据输入 (25)10.3 剪切弹性柔量计算 (27)11、BISAR报告 (28)11.1 块报告 (28)11.2 详细报告 (29)12 错误报告 (30)附录 1 BISAR层间滑移计算 (33)A1.1 理论背景 (33)附录 2 固定坐标和局部坐标下的径向问题 (35)附录 3 (37)参考文献 (38)BISAR用户手册1. 引言Windows系统环境下的BISAR3.0计算机程序取代了DOS环境下的BISAR2.0，软件在windows3.1，windows95和windowsNT下均可运行。
早在20世纪七十年代，壳牌公司就研发出了BISAR计算机主程序，它被用来为壳牌沥青路面设计方法绘制设计图表，这种路面设计方法发布于1978年。
一个适用于个人计算机的BISAR版本在1987年发行即BISAR1.0, 对于当时来说，程序计算复杂，个人电脑版本不可能实现软件的全部主要功能，但是由于这个版本的发布，促进了设计图表的应用同时也避免了大量繁琐的工作。
为了解决这些问题，DOS版本的BISAR2.0在1995年问世了，这个版本可以实现主程序的所有功能。
BISAR应用：新建沥青路面结构设计示例
输出要点： 路表弯沉：输出的路表弯沉需进行修正得到。弯沉综 0.36 0.38 合修正系数由下式确定 F 1.63 ls E 0
2000 p
层底拉应力：各层4个点的层底拉应力均可由软件直 接得到，取最大值即可。若为负值，即为压应力，肯 定满足要求。 垫层一般不需要验算层底拉应力。 如果验算不满足要求，修改路面层厚度或者更换结构 层材料，重复试算，直到满足要求即可。
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道路工程
新建沥青路面结构设计示例
BISAR软件的应用
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主要步骤
1
2 3
获取题目主要信息
掌握沥青路面设计理论知识
初拟路面结构组合
4
应用BISAR软件进行验算(关键)
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基本资料
东北某公路部分路段设计等级为高速公路，设计年 限为20年，拟采用沥青混凝土路面结构，需进行路 面结构设计。 该公路地处Ⅱ2区，年降水量为620mm/年，最高 气温35℃，最低气温-31℃，多年平均冻结指数为 882℃· d，极大冻结指数为1225℃· d。 沿线图纸为中液限粘性土，填方路基高度1.8m， 地下水位距路床底2.4m，一般路基处于中湿状态。 公路沿线有丰富的砂砾，附近有小型采石场和石灰 厂，筑路材料丰富。路面所用水泥和沥青均需外购。 据工程可行性报告得知近期交通组成、交通量及交 通量年增长率。
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沥青路面设计理论知识回顾
路表弯沉值和层底拉应力计算图示
通过BISAR软件，可以计算出A点弯沉值，以及各层层 底B、C、D、E点的拉应力； 设计弯沉值由式 ld 600 Ne 0.2 AcAsAb 确定； sp 容许拉应力由式 R Ks 确定；
路面结构设计计算示例
课程名称：学生姓名：学生学号：专业班级：指导教师：年月日路面结构设计计算1 试验数据处理1.1 路基干湿状态和回弹模量1.1.1 路基干湿状态路基土为粘性土，地下水位距路床顶面高度0.98m~1.85m。
查路基临界高度参考值表可知IV5区H1=1.7~1.9m，H2=1.3~1.4m，H3=0.9~1.0m，本路段路基处于过湿~中湿状态。
1.1.2 土基回弹模量1) 承载板试验表1.1 承载板试验数据承载板压力（MPa）回弹变形（0.01mm)拟合后的回弹变形(0.01mm)0.02 20 100.04 35 250.06 50 410.08 65 570.10 80 720.15 119 剔除0.20 169 剔除0.25 220 剔除计算路基回弹模量时，只采用回弹变形小于1mm的数据，明显偏离拟合直线的点可剔除。
拟合过程如图所示：路基回弹模量：2101011000(1)4nii nii pDE lπμ===-=∑∑2）贝克曼梁弯沉试验表1.2 弯沉试验数据测点 回弹弯沉（0.01mm ）1 1552 1823 1704 1745 1576 2007 1478 1739 172 10 207 11 209 12 210 13 172 14170根据试验数据：l =15.85(0.01mm)S =l20.56(0.01mm)式中：l ——回弹弯沉的平均值（0.01mm ）；S ——回弹弯沉测定值的标准差（0.01mm ）； l i ——各测点的回弹弯沉值（0.01mm ）； n ——测点总数。
根据规范要求，剔除超出(2~3)l S ±的测试数据，重新计算弯沉有效数据的平均值和标准差。
计算代表弯沉值：1174.79 1.64515.85200.86(0.01mm)a l l Z S -=+=+⨯= lZ a 为保证率系数，高速公路、一级公路取2.0，二、三级公路取1.645，四级公路取1.5。
pAAA沥青路面结构设计共76页文档
第六章 沥青路面结构设计
第一节 弹性层状理论体系 第二节 沥青路面的破坏状态与设计标准 第三节 沥青路面的结构设计 第四节 新建沥青路面结构厚度计算 第五节 改建沥青路面
第一节 弹性层状体系理论概述
一 基本假设与解题方法 弹性层状体系是由若干个弹性层组成，上面各层具有一定厚度，最下一层为弹性半空间 体，如图14-1所示。
结构层达到临界疲劳状态时所承受的荷载重复次数称为疲劳寿命。某一种路面 结构层疲劳寿命的大小，主要取决于所受到的重复应变(或应力)大小，同时也 与路面的环境因素有关。
以疲劳开裂作为设计标准时，用结构层底面的拉应变或拉应力不超过相 应的容许值控制 设计，即：
r R
(14-18)
r R
(14-19)
四、推 移 当沥青路面受到较大的车轮水平荷载作用时(例如经常启动或制动路段及
路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，它是根据设计年限内一个 车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型而确定的路面弯沉 设计值，是路面厚度计算的主要依据。路面设计弯沉值可以作为路面竣工后第一 年不利季节、路面温度为20℃时在标准轴载100kN作用下，竣工验收的最大回 弹弯沉值，它与交通量、公路等级、面层和基层类型有关。
沥青混合料劲度模量
沥青混合料的劲度模量一、劲度模量的定义研究路面粘弹性具有很重要的实用价值，在荷载作用下，应力和应变关系呈现非线性关系，为了描述沥青处于粘弹状态下的力学特性，采用劲度模量的概念。
劲度模量与弹性模量不同，它是取决于温度和荷载作用时间而变化的参数，是表 现沥青粘性和弹性联合效应的指标。
各国学者或研究机构确定的劲度模量如下：由于不同研究者对沥青结合料的低温劲度模量的认识和定义也不同。
范·德·波尔采用荷载时间t 和温度T 为函数的应力应变之比来表示粘弹性沥青抵抗变形的性能，劲度模量由下式表示。
()()t T t T S ..⎪⎭⎫ ⎝⎛=εδ式中：S －沥青的劲度模量，Pa ；σ －应力，Pa ；ε －应变；t －载荷时间，s ；T －温度，℃。
沥青结合料的劲度模量还是荷载作用时间的参数。
不过关于时间的概念要比温度复杂些，它可以有一下几种情况：1通常意义上的时间2加载速率3换算时间沥青结合料的劲度模量Sbit 除了由实验获得外，可以从著名的Van der Poer诺模图（见下图）求出，它取决于沥青的针入度指数PI ，软化点及荷载作用时间，当为W 级沥青（蜡含量高）时，PI 要从不同温度的针入度回归求出，软化点也要用当量软化点T800代替。
当沥青粘度已经测定后,沥青劲度模量可以简单的由下式求得：()t3t t ηλεσεσ==•==T t bit S 、σ， ε ——拉伸状态下的应力和应变ε ——应变速率λ——拉伸粘度，它与通常的剪切粘度η存在三倍法则λ=3 η。
二、沥青劲度模量的作用① 用于预估沥青混合料的劲度模量；Heukelom 和Klomp 建立了沥青劲度模量与沥青混合料的关系式，并考虑了矿料体积百分率和空隙率的影响： ()()h v v T t bit T t mix C C n S S ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⋅+=15.21、、其中：()()100311001-+-=v v G v V V V C 为混合料中的集料体 积率:()%100'B v G V V V +-=为矿料体积百分率 ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=bitS n 5104lg 831.0 Vv ——混合料的空隙率。
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初拟路面结构组合
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基本资料
东北某公路部分路段设计等级为高速公路，设计年 限为20年，拟采用沥青混凝土路面结构，需进行路 面结构设计。 该公路地处Ⅱ2区，年降水量为620mm/年，最高 气温35℃，最低气温-31℃，多年平均冻结指数为 882℃· d，极大冻结指数为1225℃· d。 沿线图纸为中液限粘性土，填方路基高度1.8m， 地下水位距路床底2.4m，一般路基处于中湿状态。 公路沿线有丰富的砂砾，附近有小型采石场和石灰 厂，筑路材料丰富。路面所用水泥和沥青均需外购。 据工程可行性报告得知近期交通组成、交通量及交 通量年增长率。
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BISAR软件应用
输入要点： 荷载：我国现行路面设计规范中规定的标准轴载 BZZ-100的轮载P=100/4KN，p=700kPa，相 应的当量圆半径为0.1065m。 结构层厚度和弹性模量：按照上表输入，计算路表 弯沉时采用20℃抗压模量，计算层底拉应力时采用 15℃抗压模量。 计算点位置：按照计算图示中所标位置输入即可。
初拟路面结构
采用半刚性基层沥青路面，根据交通状况，结构层 的最小施工厚度以及基层结构适宜厚度等因素综合 考虑，查规范可得20℃、15℃抗压模量，以及由 15℃劈裂强度可算得各层容许拉应力，初拟路面结 构层厚度如下表：
材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥稳定碎石 石灰土碎石 地基 厚度/cm 20℃抗压模量/Mpa 15℃抗压模量/Mpa 容许拉应力/Mpa 4 6 8 28 20 \ 1500 1300 1200 1600 1000 36 2000 1800 1300 3600 2000 36 0.45 0.38 0.3 0.27 0.14
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输出要点： 路表弯沉：输出的路表弯沉需进行修正得到。弯沉综 0.36 0.38 合修正系数由下式确定 F 1.63 ls E 0
2000 p
层底拉应力：各层4个点的层底拉应力均可由软件直 接得到，取最大值即可。若为负值，即为压应力，肯 定满足要求。 垫层一般不需要验算层底拉应力。 如果验算不满足要求，修改路面层厚度或者更换结构 层材料，重复试算，直到满足要求即可。
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路表弯沉值和层底拉应力计算图示
通过BISAR软件，可以计算出A点弯沉值，以及各层层 底B、C、D、E点的拉应力； 设计弯沉值由式 ld 600 Ne 0.2 AcAsAb 确定； sp 容许拉应力由式 R Ks 确定；
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