04沥青路面结构设计

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沥青路面结构设计

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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

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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，如图所示。

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应用弹性力学方法求解弹性层状体系的应力、变 形和位移等分量时，引入如下一些假设： (1)各层是连续的、完全弹性的、均匀的、各向 同性的，以及位移和形变是微小的； (2)最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限 大，其上各层厚度为有限、水平方向为无限大； (3)各层在水平方向无限远处及最下一层向下无 限深处，其应力、形变和位移为零； (4)层间接触情况，或者位移完全连续(称连续 体系),或者层间仅竖向应力和位移连续而无摩 阻力(称滑动体系): (5)不计自重

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第二节 沥青路面的破坏状态与设计标准 沥青路面由于环境因素的不断影响和行车荷载的反复作用，经过一段时 间的使用，便会产生破坏而失去原有的使用能力。下面着重叙述沥青路 面的结构破坏状态与设计标准。 一、沉陷 是路面在车轮作用下表面产生的较大凹陷变形，有时凹陷两侧伴有隆起现象 出现，如图14-6所示 造成路面沉陷的主要原因是路基土的 压缩。当路基土的承载能力较低，不 能承受从路面传至路基表面的车轮压 力，便产生较大的垂直变形即沉陷。 为控制路基土的压缩引起路面的沉 陷，可选用路基土的垂直压应力或 垂直压应变作为设计标准

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二、车辙 车辙是路面的结构层及土基在行车重复荷载作用下的补充压实，以及结构 层材料的侧向位移产生的累积永久变形。这种变形出现在行车轮带处，即 形成路面的纵向带状凹陷 车辙是高级沥青路面的主要破坏型式。因为这类路面的使用寿命较长，即使 每一次行车荷载作用产生的残余变形量很小，而多次重复作用累积起来的残 余变形总和也将会较大，足以影响车辆的正常行使。 路面的车辙同荷载应力大小，重复作用次数以及结构层和土基的性质有关。 有代表性的控制车辙深度的指标有两种：一种是路面各结构层包括土基的残 余变形总和；另一种是路基表面的垂直变形。 L re

Lre

(14-16)

路基表面的垂直应变标准，可表示为：

E E

(14-17)

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三、疲劳开裂开裂是路面在正常使用情况下，由行车荷载的多次反复作用引起的。 疲劳开裂的特点是，路面无显著的永久变形，开裂开始大都是形成细而短 的横向开裂，继而逐渐扩展成网状，开裂的宽度和范

围不断扩大。

产生疲劳开裂的原因，是沥青结构层受车轮荷载的反复弯曲作用，使结构 层底面产生的拉应变(或拉应力)值超过材料的疲劳强度(它较一次荷载作用 的极限值小很多),底面便开裂，并逐渐向表面发展。经水硬性结合料稳 定而形成的整体性基层也会产生出疲劳开裂，甚至导致面层破坏。

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 r R

(14-18) (14-19)

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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 启动或制动路段及弯道、坡度变化处等),路面表面可能 出现推移和拥起。造成这种破坏的原因是，车轮荷载引起 的垂直力和水平力的综合作用，使结构层内产生的剪应力 超过材料的抗剪强度。同时也与行驶车轮的冲击振动有关。 为防止沥青面层表面产生推移和拥起，可用面层抗剪强 度标准控制设计。

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五、低温缩裂 路面结构中某些整体性结构层在低温(通常为负温度)时由于材料 收缩受限制而产生较大的拉应力，当它超过材料相应条件下的抗拉 强度时便产生开裂。由于路面的纵向尺度远大于横向，低温收缩时 侧向约束不大，故这种开裂一般为横向间隔性的裂缝，严重时才发 展为纵向裂缝。在冰冻地区，沥青面层和用无机结合料稳定的整体 性基层，冬季可能出现这种开裂。低温缩裂是一项同荷载因素无关 的设计指标，即低温时结构层材料因收缩受约束而产生的温度应力 即： 应不大于该温度时材料的容许拉应力。

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第三节 沥青路面设计内容、方法和过程1.设计内容

结构组合设计材料组成设计

厚度设计路肩设计

排水设计

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一.沥青路面设计理论与方法

经验法———AASHTO法；CBR法；半经验半理论法——AI法；SHELL法；中国法； 典型结构法———法国方法；中国八· 五研究成果；

优化设计法———正在进行研究；

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半刚性材料的基层、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。

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二.路面厚度设计的基本过程：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；

路面结构组合，确定材料品种及其它参数；

参数修正方法

;

路面设计的指标与标准；

运用基本关系式进行设计；

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三、沥青路面交通等级和轴载换算

路面设计年限( designed Service Life )

标准轴载及当量换算(Standard axial load & equivalent conversion )轴载换算的原因：公路实际行驶的车轮类型千差万别，轴载也各不相同，它们对路面结构的损耗作用也不同，无法分析它们总的使弯沉增大的 效应，有必要定义一种标准轴载，将其它轴载的作用次数等效换算为标准 轴载作用次数；

标准轴载：标准轴载一般要求对路面的响应较大、同时又能反映本国公路运输运营车辆的总体轴载水平，涉及运输经济和路面结构经济性两个 方面。

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换算原则：第一，换算以达到相同的临界状态为标准，即对同一种路面 结构，甲轴载作用轴载作用N1次后路面达到预定的临界状态，乙

轴载作用使路面达到相同临 …… 此处隐藏：2310字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……