永久性路面与结构材料性能

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大 测,当自下而上的疲劳开裂、温度开裂、

车辙等病害达到预定深度时(即达到磨耗

起 层深度),就必须采取罩面等措施。对于

永久性沥青路面而言,这点非常关键,

授 它保证了将病害限制在表层 ,且尽可能
博 减小未来罩面的附加厚度 (重铺厚度必

须尽可能采用原厚度 )
长 沙
要应避免以下现象发生




张 HMA





张 起 森
教 授
博 导
长 沙
1




张 起 森
教 授

加载前

2
3
加载中
加载后 与加载前尺寸同
弹性材料的力学行为

D

理 工
s
DD/2

Dl


l




el = Dl/l
E = s/e

et = DD/D
m = el/et

确定E 和μ
长 沙
FWD 测试方法




张 起 森
教 授
• 设计软件安装
博 导
连击 PerRoad

设计软件应用

理 工
• 建立新文件

点击File中Save

SAVE AS 窗口出现,键入文件名


建立新文件

键入文件名
教 授
博 导
设计软件应用

沙 理

输入设计参数
结构和季节参数
工 路面结构材料和季节参数
大 学
交通参数
张 起 森
交通参数
教 授
博 导
张 增长率


教 授

轴载分布

增长率
轴载谱输入窗口
长 沙 理 工 大 学
张 三、永久性路面对结构层设计的要求
起 森
教 授
博 导

设计内容





路基
张 起
基层

中间层


面层
博 导
长 沙
材料设计参数


大 学
• 采用理论

弹性材料理论



• 设计参数

弹性模量E和泊松比μ
博 导

材料参数确定方法



学 上面层:抗车辙能力和抗磨耗能力
张 中间层:抗车辙能力

森 基层:抗疲劳能力
教 授
路基:高强、稳定和坚固
博 导

设计理念


工 大 学

} 40~75mm 高质量SMA、 OGFC 或 Superpave
100 ~
高压力区
150
mm
100~180mm高模量 抗车辙材料

(根据需要定)

教 最大拉应变 授
设计软件PerRoad 3.0


理 • 设计软件
工 大
软件名称:PerRoad 3.0
学 软件开发: David Timm,
NCAT ,Auburn大学
张 起
森 • 设计软件下载
URL地址:http://www.Asphaltalliance.com

授 点击Perpetual Pavement
起 森
教 基层

路基
博 导
重复弯曲
重复 变形
导致疲劳开裂
导致 车辙

永久性路面优点


工 沥青路面寿命可达50年
大 学
路面平整,噪音低,摩擦系数高
张 成本效益高
起 森
路面的养护维修仅限于面层
沥青面层可再循环

授 减少疲劳开裂和车辙损坏
博 最大限度地减少自然资源的使用 导 采用力学方法进行路面设计,综合考虑疲劳开

路基
垂直压应变极值 < 200me (Monismith, Nunn等人研究发现)
力学指标

沙 理
• 疲劳开裂

控制点位置:面层底面


控制标准:拉应变<65µ e
面层

厚度要求:>200mm

森 • 永久性变形

控制点位置: 路基顶面

控制标准:压应变 <200µ e


基层 路基
永久性路面设计控制点





学 1992年
Monismith
张 起
提出力学
森 设计法的

流程图

博 导

力学性能标准




ESAL作用下



森 教
弯曲拉应变极值 < 65me
(Monismith, Von Quintus, Nunn, Thompson等人研究发现)
厚 HMA (> 200mm)


基层(as required)
拉应变标准

验算控制标准
压应变标准

(由下至上设计)
博 导
路面分析模型 路面应力和应变
路面变换方程 路面使用寿命

力学设计法



材料性能

(模量值)
路面模型


起 森
尽量不让沥青层底拉 应变>65με或路基顶
教 压应变> 200με

路面反应 (应变, 应力等)
转移函数
博 导
设计 完成
路面寿命 是否满足?

主要内容



大 一、永久性路面设计理念

张 二、永久性路面设计方法
起 森
三、永久性路面的材料要求
教 四、目前各地永久性路面状况

五、总结


长 沙 理 工 大 学
张 一、永久性路面设计理念
起 森
教 授
博 导
长 沙
定义


大 学
perpetual pavement :指只需定期更换路面
表层(把破坏限制在路面上层),而不需进行
裂、车辙和温度开裂
长 沙 理 工 大 学
张总费用
起 森
教 授
博 导
经济性能
传统路面
经济差
永久性路面
使用时间
长 沙 理 工 大 学
张 二、永久性路面设计方法
起 森
教 授
博 导

永久性路面设计过程

理 工
• 设计原理

力学方法
输入材料性能参数

张 • 设计过程
起 森
类似于其它结构设计方法
选择控制点
选择设计参数输入窗口
设计软件应用

沙 理

路面结构材料和季节参数
工 材料性能和变异性
大 模量温度调整
学 性能标准和转换公式:
张 起 森
Nf
k1
1
e
k2
教 授
博 导
变异性输入窗口
使用性能选择窗口
模量温度调整窗口
设计软件应用

沙 理•
交通参数(轴载谱)
工 车轴类型
车轴类型
轴载数
大 轴载分布 学 轴载数
博 导
长 沙
模量反算


大 学
荷载
Load
传感器
Deflection Sensors
张 起 森
Deflection

变 形

博 导
Pav路em面ent Str结uc构ture
长 材料参数与路面响应关系


工 大
• 沥青层厚度与车辙率关系
学 • 沥青层厚度与层底拉应变关系

起 森
• 沥青层模量与层底拉应变关系

起 结构性修复或重建,且使用寿命大于50年的沥

青路面。

• full-depth asphalt pavement (全厚式路面)

• deep strength asphalt pavement (高强度路面)

• long-life asphalt pavement(长寿命路面)

长 沙
设计理念
柔性抗疲劳材料 75~100mm
博Байду номын сангаас导
路面基础

设计理念


工 大
➢ 自下而上进行设计和施工
学 ➢ 基础(高强、稳定和坚固 )
张 起
➢稳定

➢将使用期间的季节性变化和体积变化降低到

最小

➢ 下面层加强抗疲劳性能

导 ➢ 上面层加强抗车辙性能
长 沙
永久性沥青路面在使用过程中,为保持
理 工
其良好的性能和使用寿命,必须定期检
教 • 沥青层厚度与路基顶压应变关系
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