H8性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、1第 八 章2一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、路面結(jié)構(gòu)層次的選擇和組合；、路面結(jié)構(gòu)層次的選擇和組合；2、各結(jié)構(gòu)層厚度的確定；、各結(jié)構(gòu)層厚度的確定；3、各結(jié)構(gòu)層的材料組成。、各結(jié)構(gòu)層的材料組成。二、設(shè)計(jì)方法：二、設(shè)計(jì)方法：有經(jīng)驗(yàn)法（試驗(yàn)）和理論法（力學(xué)分析）有經(jīng)驗(yàn)法（試驗(yàn)）和理論法（力學(xué)分析）1、力學(xué)模型：、力學(xué)模型：1）彈性半空間體；）彈性半空間體； 2）彈性層狀體系；（）彈性層狀體系；（ac路面）路面） 3）粘彈性層狀體系）粘彈性層狀體系 ； 4）彈性地基上的板。（）彈性地基上的板。（cc路面）路面）2、理論解：、理論解：1）層狀體系：）層狀體系：雙層彈性體系（有單圓式、雙圓式）雙層彈性體系

2、（有單圓式、雙圓式）三層彈性體系（有單圓式、雙圓式）三層彈性體系（有單圓式、雙圓式）多層體系多層體系2）彈性地基上的板：）彈性地基上的板：彈性半無限地基上的板彈性半無限地基上的板e地基地基三、我國現(xiàn)行柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范：三、我國現(xiàn)行柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范：采用雙圓均布荷載作用下彈性層狀體系理論采用雙圓均布荷載作用下彈性層狀體系理論winkler地基上的板地基上的板k地基地基38.1 柔性路面的損壞模式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)柔性路面的損壞模式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)路面設(shè)計(jì)目標(biāo)：路面設(shè)計(jì)目標(biāo)：在使用年限內(nèi)，路面結(jié)構(gòu)性能不惡化到某一程度（大修）在使用年限內(nèi)，路面結(jié)構(gòu)性能不惡化到某一程度（大修）路面損壞三大類型：路面損壞三大類型：1

3、.裂縫類（縱向、橫向、網(wǎng)狀、塊狀）裂縫類（縱向、橫向、網(wǎng)狀、塊狀）2.變形類（凹、凸、車轍、搓板、推擠、擁包）變形類（凹、凸、車轍、搓板、推擠、擁包）3.表面缺損類（露骨、松散、剝落、坑槽、泛油）表面缺損類（露骨、松散、剝落、坑槽、泛油）一、瀝青路面的主要損壞模式：一、瀝青路面的主要損壞模式：1.沉陷：沉陷：大變形。原因?yàn)槁坊臈l件差，過于濕軟，產(chǎn)生大的豎直變形。大變形。原因?yàn)槁坊臈l件差，過于濕軟，產(chǎn)生大的豎直變形。2.車轍：車轍：縱向變形。原因?yàn)楹奢d重復(fù)作用，永久變形積累，尤其是高溫下。縱向變形。原因?yàn)楹奢d重復(fù)作用，永久變形積累，尤其是高溫下。3.推移：推移：沿行車方向發(fā)生剪切和拉裂現(xiàn)

4、象。原因?yàn)樗胶奢d引起。沿行車方向發(fā)生剪切和拉裂現(xiàn)象。原因?yàn)樗胶奢d引起。4.開裂：開裂：疲勞變形。原因?yàn)檐囕v荷載反復(fù)作用，使瀝青結(jié)構(gòu)層底面產(chǎn)生的疲勞變形。原因?yàn)檐囕v荷載反復(fù)作用，使瀝青結(jié)構(gòu)層底面產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于疲勞強(qiáng)度，加上水的影響。拉應(yīng)力大于疲勞強(qiáng)度，加上水的影響。5.低溫縮裂和反射裂縫：低溫縮裂和反射裂縫：沿路面縱向隔一定距離出現(xiàn)。沿路面縱向隔一定距離出現(xiàn)。6.松散和坑槽：松散和坑槽：大路表面集料的松動、離散現(xiàn)象。原因?yàn)槊鎸硬牧险辰Y(jié)力大路表面集料的松動、離散現(xiàn)象。原因?yàn)槊鎸硬牧险辰Y(jié)力不足或結(jié)合料含量少，汽車后輪的真空吸力及風(fēng)雨帶離形成坑槽。不足或結(jié)合料含量少，汽車后輪的真空吸力及風(fēng)雨帶離

5、形成坑槽。最主要的破壞模式為疲勞開裂、低溫縮裂和車轍。最主要的破壞模式為疲勞開裂、低溫縮裂和車轍。4二、設(shè)計(jì)指標(biāo)：二、設(shè)計(jì)指標(biāo)：1、疲勞開裂：、疲勞開裂：以疲勞開裂作為臨界狀態(tài)設(shè)計(jì)，選以疲勞開裂作為臨界狀態(tài)設(shè)計(jì)，選擇層底拉應(yīng)力（拉應(yīng)變）作為指標(biāo)。以最大拉應(yīng)擇層底拉應(yīng)力（拉應(yīng)變）作為指標(biāo)。以最大拉應(yīng)力（或拉應(yīng)變）小于容許拉應(yīng)力（或拉應(yīng)變）。力（或拉應(yīng)變）小于容許拉應(yīng)力（或拉應(yīng)變）。疲勞壽命定義：疲勞壽命定義：出現(xiàn)疲勞開裂前路面材料所能經(jīng)受的荷載重復(fù)作用次數(shù)。出現(xiàn)疲勞開裂前路面材料所能經(jīng)受的荷載重復(fù)作用次數(shù)。,1111rrrr,2222rrrr33zz對水泥（或石灰等）穩(wěn)定類基層，其底面的最大拉對

6、水泥（或石灰等）穩(wěn)定類基層，其底面的最大拉應(yīng)力（或拉應(yīng)變）小于容許拉應(yīng)力（或拉應(yīng)變）。應(yīng)力（或拉應(yīng)變）小于容許拉應(yīng)力（或拉應(yīng)變）。2、車轍（永久變形）：、車轍（永久變形）：以車轍為臨界狀態(tài)設(shè)計(jì)方法以車轍為臨界狀態(tài)設(shè)計(jì)方法1）采用荷載作用下路基路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)永久變形的總和小于等于永久變）采用荷載作用下路基路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)永久變形的總和小于等于永久變形量。形量。pp2）或以路基頂面的豎向壓縮應(yīng)變作為指標(biāo)。）或以路基頂面的豎向壓縮應(yīng)變作為指標(biāo)。3、路表回彈彎沉：、路表回彈彎沉：路表面在荷載作用下的回彈彎沉量反映了路基路面結(jié)構(gòu)路表面在荷載作用下的回彈彎沉量反映了路基路面結(jié)構(gòu)的整體剛度。試驗(yàn)表明，它同路面使用

7、狀態(tài)間存在一定關(guān)系，回彈彎沉大，的整體剛度。試驗(yàn)表明，它同路面使用狀態(tài)間存在一定關(guān)系，回彈彎沉大，相應(yīng)的塑性變形量也大，出現(xiàn)疲勞開裂的機(jī)率高。根據(jù)路面使用狀態(tài)和使用相應(yīng)的塑性變形量也大，出現(xiàn)疲勞開裂的機(jī)率高。根據(jù)路面使用狀態(tài)和使用年限要求，可以確定一次標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的路面的容許回彈彎沉量。路面以年限要求，可以確定一次標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下的路面的容許回彈彎沉量。路面以回彈彎沉作為設(shè)計(jì)指標(biāo)：回彈彎沉作為設(shè)計(jì)指標(biāo)：rs 上述三項(xiàng)為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，對任一柔性路面都要滿足。除此之外，還有上述三項(xiàng)為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)，對任一柔性路面都要滿足。除此之外，還有三項(xiàng)次要指標(biāo)，在特定的荷載、溫度場合使用，指導(dǎo)面層材料的設(shè)計(jì)。三

8、項(xiàng)次要指標(biāo)，在特定的荷載、溫度場合使用，指導(dǎo)面層材料的設(shè)計(jì)。54、面層剪切：、面層剪切：在豎直、水平荷載共同作用下，面層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的在豎直、水平荷載共同作用下，面層結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的rr5、面層斷裂：、面層斷裂：受緊急制動產(chǎn)生的水平力作用時，產(chǎn)生很大的徑向拉應(yīng)力和受緊急制動產(chǎn)生的水平力作用時，產(chǎn)生很大的徑向拉應(yīng)力和水平向位移（推移）。水平向位移（推移）。6、低溫縮裂：、低溫縮裂：對寒冷地區(qū)低溫時，面層材料收縮受阻產(chǎn)生的溫度應(yīng)力小對寒冷地區(qū)低溫時，面層材料收縮受阻產(chǎn)生的溫度應(yīng)力小于等于該溫度時材料的抗拉強(qiáng)度。于等于該溫度時材料的抗拉強(qiáng)度。rtrt8.2 彈性層狀體系的應(yīng)力和位移計(jì)算彈性層狀體系的應(yīng)力和

9、位移計(jì)算一、一般概念：一、一般概念：1、力學(xué)圖式：、力學(xué)圖式：rzh1 e1 1hi ei ihn en nh2 e2 2p將路基路面看作將路基路面看作彈性層狀體系。彈性層狀體系。因?yàn)閷訝铙w系和因?yàn)閷訝铙w系和豎直荷載都對稱豎直荷載都對稱于荷載軸于荷載軸z，可，可以采用圓柱坐標(biāo)以采用圓柱坐標(biāo)來簡化計(jì)算。來簡化計(jì)算。zzdzrzrz rrzrzrzd r6 在圓柱坐標(biāo)中，體系的微分單元上作用有三個法向應(yīng)力在圓柱坐標(biāo)中，體系的微分單元上作用有三個法向應(yīng)力r r( (徑向）徑向）、（切向）、（切向）、z z（豎向）（豎向）及三對剪應(yīng)力及三對剪應(yīng)力rzrz=zrzr，rr=r r，z z=z z。此外，

10、單元體還有三個位移分量：。此外，單元體還有三個位移分量：u u (徑向）、徑向）、 v （切向）、（切向）、 w （豎向）。當(dāng)作用在層狀體系表面上的荷載為軸對稱荷載時，各應(yīng)力、（豎向）。當(dāng)作用在層狀體系表面上的荷載為軸對稱荷載時，各應(yīng)力、應(yīng)變和位移分量也對稱于對稱軸，即它們僅是應(yīng)變和位移分量也對稱于對稱軸，即它們僅是r和和z的函數(shù)，因而，的函數(shù)，因而， r=r=0，z=z=0，三對剪應(yīng)力簡化為一對；同理，切向位移，三對剪應(yīng)力簡化為一對；同理，切向位移v=0。2、基本假定：、基本假定：1）多層的，每層均質(zhì)，各向同性，無重量的線彈性材料組成。）多層的，每層均質(zhì)，各向同性，無重量的線彈性材料組成。e

11、i,i表示；表示；2）最下層水平、豎向都是無限延伸的，其上各層在水平向無限，但厚度有）最下層水平、豎向都是無限延伸的，其上各層在水平向無限，但厚度有限，為限，為hi；3）各層分界上的應(yīng)力和位移完全連續(xù)，層間的摩阻力為零（稱滑動體系）；）各層分界上的應(yīng)力和位移完全連續(xù)，層間的摩阻力為零（稱滑動體系）；4）最下層無限深處的應(yīng)力和位移均為零。當(dāng)）最下層無限深處的應(yīng)力和位移均為零。當(dāng)r,z,z時，時，、。3、應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系式：、應(yīng)力、應(yīng)變關(guān)系式：)(1zrre)(1rze)(1rzzezre1 (2g1zrzr）物理方程：物理方程：7體系內(nèi)任一點(diǎn)的主應(yīng)力可解下列一元三次方程求得：體系內(nèi)任一點(diǎn)的主應(yīng)力可

12、解下列一元三次方程求得：0iii322132zr2z2rrzzr2izrrzr2i2zr2z2rzzr3其中：其中：i1 為第一應(yīng)力狀態(tài)不變量；為第一應(yīng)力狀態(tài)不變量；i1=r r+ +z zi2 為第二應(yīng)力狀態(tài)不變量；為第二應(yīng)力狀態(tài)不變量；i3 為第三應(yīng)力狀態(tài)不變量；為第三應(yīng)力狀態(tài)不變量；解出三個實(shí)根解出三個實(shí)根1 1、2 2、3 3；且；且1 1 2 23 3，1 1為最大主應(yīng)力為最大主應(yīng)力，3 3為最小為最小主應(yīng)力；并按右式確定最大剪應(yīng)力：主應(yīng)力；并按右式確定最大剪應(yīng)力：2/ )(31max 至于水平荷載作用下，屬非對稱問題，求解更復(fù)雜，但現(xiàn)國內(nèi)外都已至于水平荷載作用下，屬非對稱問題，求解

13、更復(fù)雜，但現(xiàn)國內(nèi)外都已求得其解，且求得了在豎向、水平荷載共同作用下的解。求得其解，且求得了在豎向、水平荷載共同作用下的解。二、彈性雙層體系解二、彈性雙層體系解彈性層狀體系中最簡單的情況彈性層狀體系中最簡單的情況 將路基看成彈性將路基看成彈性半無限體，將路基看成彈性將路基看成彈性半無限體，路面結(jié)構(gòu)看成路面結(jié)構(gòu)看成e、不同于路基的均質(zhì)彈性層。不同于路基的均質(zhì)彈性層。1、單圓圖式：、單圓圖式：rrwepw02彎沉有關(guān)。和計(jì)算點(diǎn)位置（、它與數(shù)函數(shù)的積分，是含有貝塞爾函數(shù)和指彎沉系數(shù)),eew10zrhrzpe1、1e0、0 r8 當(dāng)求算路表面荷載中心處的彎沉當(dāng)求算路表面荷載中心處的彎沉w0時，時，r/

14、=z/=z/=0=0，彎沉系數(shù)可利用，彎沉系數(shù)可利用電子計(jì)算機(jī)求得電子計(jì)算機(jī)求得 0 0=0.35=0.35， 1 1=0.25=0.25時的值，并繪制成諾謨圖，以便使用。時的值，并繪制成諾謨圖，以便使用。2、雙圓圖式：、雙圓圖式：zpe1、1e0、0ehrerrrewepwepwwepw05 . 10210222)(2ew1022llepepa或點(diǎn)彎沉路表面輪隙中心 實(shí)用上已繪出實(shí)用上已繪出 0 0=0.35=0.35， 1 1=0.25=0.25時的時的二、彈性三層體系解二、彈性三層體系解彈將路基分為面層、基層和路基三個層次彈將路基分為面層、基層和路基三個層次1、單圓圖式：、單圓圖式：zp

15、e1、1e0、0 re2、2hhabc為理論彎沉系數(shù)、ll9諾謨圖和系數(shù)見主壓應(yīng)力最大剪應(yīng)力511501,11ppppmm諾謨圖和見拉應(yīng)力系數(shù)下層底面拉應(yīng)力149148,222ppprrr2、雙圓圖式：、雙圓圖式：zpe1、1e0、0re2、2hhabcd在豎向荷載作用下：在豎向荷載作用下：在豎向、水平荷載綜合作用下：在豎向、水平荷載綜合作用下：諾謨圖和見拉應(yīng)力系數(shù)上層底面拉應(yīng)力147146,111ppprrr四、應(yīng)力和位移狀況分析：四、應(yīng)力和位移狀況分析：2、路表彎沉：、路表彎沉：豎向應(yīng)變的總和，豎向應(yīng)變的總和，7090%系由路基提供。當(dāng)各層系由路基提供。當(dāng)各層e定時，定時，h、h2時，厚度

16、增加對彎沉無顯著影響。一般，基層厚度對彎沉的影時，厚度增加對彎沉無顯著影響。一般，基層厚度對彎沉的影響比面層大，響比面層大，e e0 0影響比影響比e e2 2大得多，大得多，e0增大增大20%相當(dāng)于相當(dāng)于e2增大增大100%的效果。的效果。1、路基應(yīng)力：、路基應(yīng)力：路基頂面的豎向應(yīng)力路基頂面的豎向應(yīng)力z z受路面面層和基層厚度、模量的影受路面面層和基層厚度、模量的影響。增加基層的厚度或模量（特別是模量），收效比增加面層的為大。響。增加基層的厚度或模量（特別是模量），收效比增加面層的為大。可參見可參見p152圖圖8-18。所以要彎沉減少，提高所以要彎沉減少，提高e0為宜，其次才是為宜，其次才是

17、e2和和h。103、面層底面拉應(yīng)力、面層底面拉應(yīng)力1 1： e e2 2對其影響極大，對其影響極大，e e2 2，1 1，h/h/， 1 ，當(dāng)，當(dāng)h/230mpa（高速公路），其他公路（高速公路），其他公路25mpa,城市道路城市道路20mpa穩(wěn)定路基最經(jīng)濟(jì)、最易辦到，也是最主要的方法是穩(wěn)定路基最經(jīng)濟(jì)、最易辦到，也是最主要的方法是：加強(qiáng)排水和達(dá)到要求的壓實(shí)度。：加強(qiáng)排水和達(dá)到要求的壓實(shí)度。 輪載作用于路面表面，其豎向應(yīng)力和應(yīng)變隨深度而遞減，所以各層輪載作用于路面表面，其豎向應(yīng)力和應(yīng)變隨深度而遞減，所以各層材料的強(qiáng)度和剛度要求也相應(yīng)降低。路面各結(jié)構(gòu)層按自上而下，強(qiáng)度、材料的強(qiáng)度和剛度要求也相應(yīng)降

18、低。路面各結(jié)構(gòu)層按自上而下，強(qiáng)度、剛度遞減的方式組合。以充分利用材料，降低造價(jià)。剛度遞減的方式組合。以充分利用材料，降低造價(jià)。 強(qiáng)度、剛度按深度遞減時注意各結(jié)構(gòu)層之間的強(qiáng)度、剛度按深度遞減時注意各結(jié)構(gòu)層之間的e不能相差太大，否不能相差太大，否則上層底面將出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，引起開裂。基層同面層的回彈模量比不則上層底面將出現(xiàn)較大拉應(yīng)力，引起開裂。基層同面層的回彈模量比不應(yīng)小于應(yīng)小于0.3，土基與基層的模量比應(yīng)為，土基與基層的模量比應(yīng)為0.080.4。4、要顧及各結(jié)構(gòu)層本身的結(jié)構(gòu)特性及與相鄰層次的互相影響：、要顧及各結(jié)構(gòu)層本身的結(jié)構(gòu)特性及與相鄰層次的互相影響：保持層間保持層間結(jié)合緊密，避免產(chǎn)生滑移。以

19、保證結(jié)構(gòu)的整體性和應(yīng)力分布的連續(xù)性。結(jié)合緊密，避免產(chǎn)生滑移。以保證結(jié)構(gòu)的整體性和應(yīng)力分布的連續(xù)性。5、考慮水溫狀況的影響：、考慮水溫狀況的影響：選基層材料要慎重，在潮濕和中濕路段，應(yīng)選選基層材料要慎重，在潮濕和中濕路段，應(yīng)選水溫穩(wěn)定性好的材料，在冰凍地區(qū)還有防凍要求，對路面有最小防凍厚水溫穩(wěn)定性好的材料，在冰凍地區(qū)還有防凍要求，對路面有最小防凍厚度要求，見度要求，見p159表表8-2。6、適當(dāng)?shù)膶訑?shù)和厚度：、適當(dāng)?shù)膶訑?shù)和厚度：層數(shù)多能充分利用材料，但可能引起施工及材層數(shù)多能充分利用材料，但可能引起施工及材料制備困難，所以不能過多；層厚，除考慮受力外，有總厚度要求，料制備困難，所以不能過多；層厚

20、，除考慮受力外，有總厚度要求，層厚過大時，應(yīng)分層施工，自上而下，宜由薄到厚。層厚過大時，應(yīng)分層施工，自上而下，宜由薄到厚。12二、路面結(jié)構(gòu)組合示例：二、路面結(jié)構(gòu)組合示例：公路名稱公路名稱沈大高速公路沈大高速公路滬寧高速公路滬寧高速公路廣佛高速公路廣佛高速公路累計(jì)軸次（萬次）180028001900面層（cm）5中粒+5粗粒+5瀝碎4中粒+6粗粒+6瀝碎4中粒+5粗粒+6瀝碎基層（cm）20水泥砂礫（礦渣）30二灰碎石25水泥碎石底基層（cm）1539砂礫（礦渣)30二灰土28水泥土8.4 以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)的路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算方法以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)的路面結(jié)構(gòu)厚度計(jì)算方法 我國現(xiàn)行柔性路面設(shè)計(jì)方法是以

21、雙圓豎向均布荷載作用下的彈性層狀我國現(xiàn)行柔性路面設(shè)計(jì)方法是以雙圓豎向均布荷載作用下的彈性層狀體系理論，以路表彎沉值作為路面整體剛度的控制指標(biāo)。對高等級路面體系理論，以路表彎沉值作為路面整體剛度的控制指標(biāo)。對高等級路面（瀝青混凝土面層、半剛性材料基層和底基層）要驗(yàn)算層底拉應(yīng)力；對常（瀝青混凝土面層、半剛性材料基層和底基層）要驗(yàn)算層底拉應(yīng)力；對常受水平荷載作用的停車站、交叉口等路段還要驗(yàn)算剪應(yīng)力。受水平荷載作用的停車站、交叉口等路段還要驗(yàn)算剪應(yīng)力。一、設(shè)計(jì)彎沉值的確定：一、設(shè)計(jì)彎沉值的確定： 輪載作用下雙輪輪隙中心輪載作用下雙輪輪隙中心e處的路表回彈彎沉值大小，反映了路基路面處的路表回彈彎沉值大小

22、，反映了路基路面結(jié)構(gòu)的整體承載能力?；貜棌澇林档拇笮⊥撀访娼Y(jié)構(gòu)的累計(jì)荷載重復(fù)作結(jié)構(gòu)的整體承載能力。回彈彎沉值的大小同該路面結(jié)構(gòu)的累計(jì)荷載重復(fù)作用次數(shù)（即使用壽命）成反比。為此，需要了解路面結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)的彎用次數(shù)（即使用壽命）成反比。為此，需要了解路面結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)的彎沉變化規(guī)律及其與路面結(jié)構(gòu)損壞狀態(tài)的關(guān)系。沉變化規(guī)律及其與路面結(jié)構(gòu)損壞狀態(tài)的關(guān)系。13 1、路表彎沉的變化規(guī)律：、路表彎沉的變化規(guī)律： p161圖圖8-29表明路表面竣工后彎沉變化曲線，表明路表面竣工后彎沉變化曲線，l l 0為竣工后第一年最不為竣工后第一年最不利季節(jié)彎沉，從圖看出，路表面的彎沉變化過程分三個階段：利季節(jié)彎沉，從

23、圖看出，路表面的彎沉變化過程分三個階段：第一階段：第一階段：路面竣工后一、二年。由于交通的荷載的壓密作用以及半剛性基路面竣工后一、二年。由于交通的荷載的壓密作用以及半剛性基層材料的強(qiáng)度增長，路表彎沉逐漸減小，大致在竣工后第二年達(dá)最小值。層材料的強(qiáng)度增長，路表彎沉逐漸減小，大致在竣工后第二年達(dá)最小值。第二階段：第二階段：路面竣工后兩至四年。由于在交通荷載的充分作用、水溫狀況變路面竣工后兩至四年。由于在交通荷載的充分作用、水溫狀況變化以及材料不均等因素影響下，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的微觀缺陷因局部范圍的應(yīng)力化以及材料不均等因素影響下，路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的微觀缺陷因局部范圍的應(yīng)力集中而擴(kuò)展，形成小范圍的局部破損，使

24、結(jié)構(gòu)整體剛度下降、彎沉增加。此集中而擴(kuò)展，形成小范圍的局部破損，使結(jié)構(gòu)整體剛度下降、彎沉增加。此階段以彎沉不斷增大為主要特征。階段以彎沉不斷增大為主要特征。第三階段：第三階段：路面竣工后三、四年至路面達(dá)極限破壞狀態(tài)。由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷路面竣工后三、四年至路面達(dá)極限破壞狀態(tài)。由于結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷附近局部區(qū)域積蓄的高密度能量，已通過前階段缺陷的擴(kuò)展而轉(zhuǎn)移，形成新附近局部區(qū)域積蓄的高密度能量，已通過前階段缺陷的擴(kuò)展而轉(zhuǎn)移，形成新的能量平衡，路面結(jié)構(gòu)的整體剛度達(dá)成較低水平的新的相對穩(wěn)定，路表彎沉的能量平衡，路面結(jié)構(gòu)的整體剛度達(dá)成較低水平的新的相對穩(wěn)定，路表彎沉進(jìn)入一個比較穩(wěn)定的緩慢變化階段，即結(jié)構(gòu)疲勞破壞的

25、穩(wěn)定發(fā)展階段，一直進(jìn)入一個比較穩(wěn)定的緩慢變化階段，即結(jié)構(gòu)疲勞破壞的穩(wěn)定發(fā)展階段，一直延續(xù)至結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破壞。延續(xù)至結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破壞。 2、使用期末不利季節(jié)的路表回彈彎沉、使用期末不利季節(jié)的路表回彈彎沉 ：將使用期末不利季節(jié)，在設(shè)計(jì)標(biāo)將使用期末不利季節(jié)，在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值定義為容許彎沉值準(zhǔn)軸載作用下容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉值定義為容許彎沉值 l l r。 3、設(shè)計(jì)彎沉值：、設(shè)計(jì)彎沉值：由于竣工后第一年最不利季節(jié)的彎沉值與最大剛度狀態(tài)由于竣工后第一年最不利季節(jié)的彎沉值與最大剛度狀態(tài)所對應(yīng)的彎沉值較接近，故將所對應(yīng)的彎沉值較接近，故將 l l 0 作為路面設(shè)計(jì)彎沉作為路面設(shè)計(jì)

26、彎沉 l l d 。即。即: l l d = l l 0 = l l r /a t at為相對彎沉變化系數(shù)，為相對彎沉變化系數(shù)，at 1.2014 根據(jù)多年觀測調(diào)查資料的分析綜合，可由容許彎沉值與標(biāo)準(zhǔn)軸載累根據(jù)多年觀測調(diào)查資料的分析綜合，可由容許彎沉值與標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)作用次數(shù)的關(guān)系式，進(jìn)一步推得不同公路等級、不同面層和基層類型計(jì)作用次數(shù)的關(guān)系式，進(jìn)一步推得不同公路等級、不同面層和基層類型時設(shè)計(jì)彎沉的計(jì)算公式：時設(shè)計(jì)彎沉的計(jì)算公式：bscedaaan2 . 0600式中式中：l l d 路面設(shè)計(jì)彎沉值（路面設(shè)計(jì)彎沉值（0.01mm）；）；n ne ：設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道上累計(jì)當(dāng)量軸次；：設(shè)計(jì)年限內(nèi)一

27、個車道上累計(jì)當(dāng)量軸次；a a c ：公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為：公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為，二級公路為1.1，三、，三、四級公路為四級公路為1.2；a a s ：面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為：面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0，熱拌瀝青碎石、上拌下貫，熱拌瀝青碎石、上拌下貫或貫入式路面為或貫入式路面為1.1，瀝青表面處治為，瀝青表面處治為1.2，中、低級路面為，中、低級路面為1.3；a a b ：基層類型系數(shù)，對半剛性基層、底基層總厚度等于或大于：基層類型系數(shù)，對半剛性基層、底基層總厚度等于或大于20cm 時為時為1.0，若為面層與半剛性基層間設(shè)置等于或小

28、于，若為面層與半剛性基層間設(shè)置等于或小于15cm 級配碎石層、瀝青貫級配碎石層、瀝青貫入碎石或?yàn)r青碎石的入碎石或?yàn)r青碎石的半剛性基層時，可取半剛性基層時，可取1.0，柔性基層、底基層時取，柔性基層、底基層時取1.6，當(dāng)柔性基層厚度大于當(dāng)柔性基層厚度大于15cm、底基層為半剛性下臥層時，可取、底基層為半剛性下臥層時，可取1.6。二、軸載換算：二、軸載換算： 車輛的類型不同，它們的軸載也不相同，在計(jì)算累計(jì)當(dāng)量軸次時，車輛的類型不同，它們的軸載也不相同，在計(jì)算累計(jì)當(dāng)量軸次時，需將各級軸載換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載。需將各級軸載換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載。 1、當(dāng)計(jì)算路表彎沉和驗(yàn)算瀝青層層底拉應(yīng)力時：、當(dāng)計(jì)算路表彎沉和驗(yàn)算瀝

29、青層層底拉應(yīng)力時：35. 4, 21, 1)(ppnccniiikiip p i ：被換算車型的各級（單根）軸載（被換算車型的各級（單根）軸載（kn）；從大于）；從大于25kn計(jì)起。計(jì)起。15n n ：標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次/天）；天）；p p ：標(biāo)準(zhǔn)軸載（標(biāo)準(zhǔn)軸載（kn）；）；n n i ：被換算車型的各級軸載作用次數(shù)（次被換算車型的各級軸載作用次數(shù)（次/天）；天）；c c 1 , i ：被換算車型各級軸載的軸數(shù)系數(shù)。當(dāng)軸間距大于被換算車型各級軸載的軸數(shù)系數(shù)。當(dāng)軸間距大于3m時，按單時，按單獨(dú)的一個軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)即為軸數(shù)獨(dú)的一個軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)即為軸數(shù)m；當(dāng)軸間距小于

30、；當(dāng)軸間距小于3m時，按雙軸時，按雙軸或多軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)為或多軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)為c 1 , i = 1+ 1.2 ( m - 1 );c c 2 , i ：被換算軸載的輪組系數(shù)。單輪組為被換算軸載的輪組系數(shù)。單輪組為6.4，雙輪組為，雙輪組為1.0，四輪組，四輪組為為0.38。 2、當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時：、當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時：8, 21, 1)(ppnccniiikiic c 1 , i ：被換算車型各級軸載的軸數(shù)系數(shù)。當(dāng)軸間距大于被換算車型各級軸載的軸數(shù)系數(shù)。當(dāng)軸間距大于3m時，按單時，按單獨(dú)的一個軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)即為軸數(shù)獨(dú)的一個軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)即為軸數(shù)m；當(dāng)軸間

31、距小于；當(dāng)軸間距小于3m時，按雙軸時，按雙軸或多軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)為或多軸計(jì)算，軸數(shù)系數(shù)為c 1 , i = 1+ 2 ( m - 1 );c c 2 , i ：被換算軸載的輪組系數(shù)。單輪組為被換算軸載的輪組系數(shù)。單輪組為18.5，雙輪組為，雙輪組為1.0，四輪組，四輪組為為0.09。上述上述軸載換算軸載換算公式僅適用公式僅適用于單軸軸載小于于單軸軸載小于130kn的軸載換算。的軸載換算。見見p164例題例題8.3。16 由于車道數(shù)和車道寬度不同，車輪輪跡在橫向分布的頻率也不同，由于車道數(shù)和車道寬度不同，車輪輪跡在橫向分布的頻率也不同，即路面橫向各點(diǎn)實(shí)際所受軸載重復(fù)作用次數(shù)也隨車道數(shù)、車道寬度增

32、加即路面橫向各點(diǎn)實(shí)際所受軸載重復(fù)作用次數(shù)也隨車道數(shù)、車道寬度增加而減少，所以引人車道系數(shù)而減少，所以引人車道系數(shù)來考慮這一影響。來考慮這一影響。 值可查值可查p164p164表表8-58-5。所以，在所以，在設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道上累計(jì)當(dāng)量軸設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道上累計(jì)當(dāng)量軸 次次n ne可參照下式計(jì)算：可參照下式計(jì)算：或1365 1)1(nntetttenn11365 1)1(）（lssfn ne ：設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道上累計(jì)當(dāng)量軸次（次）；設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個車道上累計(jì)當(dāng)量軸次（次）；t t：設(shè)計(jì)年限：設(shè)計(jì)年限(a),參見表參見表8-1；n n1 ：路面竣工后第一年的平均日當(dāng)量軸次（次路面竣工后第一年的平

33、均日當(dāng)量軸次（次/d） ；n nt ：設(shè)計(jì)年限最后一年的平均日當(dāng)量軸次（次設(shè)計(jì)年限最后一年的平均日當(dāng)量軸次（次/d） ； ：設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量的平均年增長率（以小數(shù)計(jì)）設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量的平均年增長率（以小數(shù)計(jì)） ； ：車道系數(shù)，參見表車道系數(shù)，參見表8-5。三、綜合修正系數(shù)：三、綜合修正系數(shù)： 通常理論計(jì)算值與實(shí)測彎沉值之間存在一定的偏差。原因?yàn)槁访娌耐ǔ＠碚撚?jì)算值與實(shí)測彎沉值之間存在一定的偏差。原因?yàn)槁访娌牧喜⒎蔷€彈性體，為此引入一修正系數(shù)料并非線彈性體，為此引入一修正系數(shù)f:論彎沉系數(shù)；分別為理論彎沉值和理l, 際彎沉系數(shù)；分別為實(shí)際彎沉值和實(shí)ss,1736. 0038. 0)()2000(

34、63. 1pefsfepfepll1s0s2100021000或 由大量試驗(yàn)得綜合修正系數(shù)由大量試驗(yàn)得綜合修正系數(shù)f同路面實(shí)際彎沉值、土基回彈模量值及同路面實(shí)際彎沉值、土基回彈模量值及輪載參數(shù)（輪載參數(shù)（p、）有關(guān)。）有關(guān)。由此，彈性三層體系表面的回彈彎沉為：由此，彈性三層體系表面的回彈彎沉為： 由于上兩式中包含了由于上兩式中包含了f，而，而f又含有又含有l(wèi) l s，故計(jì)算時需用試算法。先定一個，故計(jì)算時需用試算法。先定一個l l s,算出算出f，再按上式求出，再按上式求出l l ，如，如l l s與與l l s相差較大，則重新假定相差較大，則重新假定l l s反復(fù)計(jì)算，反復(fù)計(jì)算，直到兩者相近

35、為止。當(dāng)然也可將直到兩者相近為止。當(dāng)然也可將f代入上式，直接解出代入上式，直接解出l l s:)(4398)ep(4398158. 0003. 161. 1l03. 10seepls或例題：已知例題：已知p=0.7mpa, =10.65=10.65cm, e1=1500mpa, e2=700mpa, e0=45mpa, h1=10cm, lr=0.072cm, 求求h2。解：解：783.0)()2000(63.136.0038.0pefs71. 7210001pfesl86. 0k064. 0ee08,. 911-8p14594. 0,467. 0120112查得再由得表查由heecmhh17

36、.19, 8 . 1,987. 086. 008. 971. 7k222查表得18四、多層路面換算：四、多層路面換算： 對于多層體系可用電子計(jì)算機(jī)求解，當(dāng)條件不具備時，可換算為三對于多層體系可用電子計(jì)算機(jī)求解，當(dāng)條件不具備時，可換算為三層（或雙層）體系計(jì)算。進(jìn)行等效換算。層（或雙層）體系計(jì)算。進(jìn)行等效換算。 1、等效路表回彈彎沉、等效路表回彈彎沉的結(jié)構(gòu)層換算：的結(jié)構(gòu)層換算：42-ni2n1ii1eehhe0h e2h1 e1h2 e2 2h1 e1 1hn-1 en-1 n-1e0 0 2、等效中層底面彎拉、等效中層底面彎拉應(yīng)力的結(jié)構(gòu)層換算：應(yīng)力的結(jié)構(gòu)層換算：h2 e2 2h1 e1 1hn-

37、2 en-2 n-2e0 0hn-1 en-1 n-1e0hn-1 en-1h1 en-24 . 22i1n2iieehh19 3、等效上層底面彎拉、等效上層底面彎拉應(yīng)力的結(jié)構(gòu)層換算：應(yīng)力的結(jié)構(gòu)層換算：e0h2 ej+1h1 ejhn-1 en-1 n-1h2 e2 2h1 e1 1hj+1 ej+1 j+1e0 0h j e j j4jij1ii1eehh0.91ji1n1ii2eehhj例題：一五層體系，請換算成三層體系例題：一五層體系，請換算成三層體系, 以便計(jì)算路面彎沉值和第一、第以便計(jì)算路面彎沉值和第一、第二、第四層層底拉應(yīng)力，求二、第四層層底拉應(yīng)力，求h。層位五層體系表面彎沉第一層

38、層底拉應(yīng)力第二層層底拉應(yīng)力第四層層底拉應(yīng)力e(mpa) h(cm)eheheheh115006.515006.515006.5800?17.61500?29.8280010800?30.54800?21.42350010500?19.26425020250205353535353520五、路基土五、路基土e0和路面材料和路面材料ei的回彈模量值：的回彈模量值： 常用承載板試驗(yàn)和抗壓試驗(yàn)得到的荷載常用承載板試驗(yàn)和抗壓試驗(yàn)得到的荷載回彈變形關(guān)系確定?；貜椬冃侮P(guān)系確定。 1、路基土回彈模量值、路基土回彈模量值e0：除了受加荷方式和應(yīng)力狀態(tài)等因素影響外，主：除了受加荷方式和應(yīng)力狀態(tài)等因素影響外，主要取

39、決于土的類型和性質(zhì)以及土的濕度和密實(shí)度。路面設(shè)計(jì)時，應(yīng)在最不要取決于土的類型和性質(zhì)以及土的濕度和密實(shí)度。路面設(shè)計(jì)時，應(yīng)在最不利季節(jié)通過實(shí)測確定回彈模量值，但在路基尚未修建的情況下，只能通過利季節(jié)通過實(shí)測確定回彈模量值，但在路基尚未修建的情況下，只能通過經(jīng)驗(yàn)來估定。經(jīng)驗(yàn)來估定。7-8p168.,;,0表見而異的試驗(yàn)參數(shù)為隨所在地和土的類型為土的稠度為土的壓實(shí)度baawkwakecbc 2、路面材料回彈模量值、路面材料回彈模量值e i：受材料來源及組成、施工工藝、氣候和水文：受材料來源及組成、施工工藝、氣候和水文條件等影響，所以應(yīng)視現(xiàn)場的具體條件測試確定。條件等影響，所以應(yīng)視現(xiàn)場的具體條件測試確定

40、。 對高等級道路，在初設(shè)階段，應(yīng)對擬選材料通過試驗(yàn)確定；而在工對高等級道路，在初設(shè)階段，應(yīng)對擬選材料通過試驗(yàn)確定；而在工程可行性研究和其他等級道路的初設(shè)階段，可參見程可行性研究和其他等級道路的初設(shè)階段，可參見p171表表8-8。 進(jìn)行路面厚度設(shè)計(jì)時，對于瀝青混合料應(yīng)采用進(jìn)行路面厚度設(shè)計(jì)時，對于瀝青混合料應(yīng)采用20時的抗壓回彈模量；時的抗壓回彈模量；對于半剛性材料中水泥穩(wěn)定粒料或細(xì)粒料，采用齡期為三個月的抗壓回對于半剛性材料中水泥穩(wěn)定粒料或細(xì)粒料，采用齡期為三個月的抗壓回彈模量；而對于石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或細(xì)粒料、以及石灰穩(wěn)定類材料，彈模量；而對于石灰粉煤灰穩(wěn)定粒料或細(xì)粒料、以及石灰穩(wěn)定類材料，則

41、應(yīng)采用齡期為六個月的抗壓回彈模量。則應(yīng)采用齡期為六個月的抗壓回彈模量。21一、路面結(jié)構(gòu)層的拉應(yīng)力驗(yàn)算：一、路面結(jié)構(gòu)層的拉應(yīng)力驗(yàn)算：結(jié)構(gòu)層最大的拉應(yīng)力小于等于結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)層最大的拉應(yīng)力小于等于結(jié)構(gòu)層材料的容許拉應(yīng)力。材料的容許拉應(yīng)力。r r8.5 路面結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力驗(yàn)算及防凍厚度檢驗(yàn)路面結(jié)構(gòu)層的應(yīng)力驗(yàn)算及防凍厚度檢驗(yàn) 1、結(jié)構(gòu)層的拉應(yīng)力計(jì)算：、結(jié)構(gòu)層的拉應(yīng)力計(jì)算：r2r2r1r1p,pssprk/cesank/35. 0:11. 0料類對于無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定集 2、多層路面換算：、多層路面換算：見課件見課件18-19頁。頁。3、結(jié)構(gòu)層的計(jì)算模量和強(qiáng)度：、結(jié)構(gòu)層的計(jì)算模量和強(qiáng)度： 進(jìn)行結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力驗(yàn)算時，

42、各層模量均采用抗壓回彈模量。對于瀝進(jìn)行結(jié)構(gòu)層拉應(yīng)力驗(yàn)算時，各層模量均采用抗壓回彈模量。對于瀝青混凝土，應(yīng)為青混凝土，應(yīng)為15時的抗壓回彈模量和劈裂強(qiáng)度，水泥穩(wěn)定類材料，為時的抗壓回彈模量和劈裂強(qiáng)度，水泥穩(wěn)定類材料，為齡期齡期90天的劈裂強(qiáng)度，對于二灰穩(wěn)定類和石灰穩(wěn)定類材料，為齡期天的劈裂強(qiáng)度，對于二灰穩(wěn)定類和石灰穩(wěn)定類材料，為齡期180天天的劈裂強(qiáng)度。的劈裂強(qiáng)度。4、結(jié)構(gòu)層材料的容許應(yīng)力、結(jié)構(gòu)層材料的容許應(yīng)力r r ：ks為抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和路況調(diào)查結(jié)果由下列各式定。為抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和路況調(diào)查結(jié)果由下列各式定。cesank/45. 0:11. 0粒土類對于無機(jī)結(jié)合

43、料穩(wěn)定細(xì)cesanak/09. 0:22. 0對于瀝青混凝土面層a為瀝青混凝土級配類型系數(shù)。細(xì)、中粒式為為瀝青混凝土級配類型系數(shù)。細(xì)、中粒式為1.0，粗粒式為，粗粒式為1.1。221、破壞面上剪應(yīng)力和正應(yīng)力計(jì)算：、破壞面上剪應(yīng)力和正應(yīng)力計(jì)算：由莫爾強(qiáng)度理論定。由莫爾強(qiáng)度理論定。二、路面結(jié)構(gòu)層的剪應(yīng)力驗(yàn)算：二、路面結(jié)構(gòu)層的剪應(yīng)力驗(yàn)算：在車輪垂直和水平荷載共同作用下，在車輪垂直和水平荷載共同作用下，破壞面上的剪應(yīng)力小于等于路面材料的容許剪應(yīng)力。破壞面上的剪應(yīng)力小于等于路面材料的容許剪應(yīng)力。 r rcosm)sin()(213131)sin1 (m1cos)(2131)(2131mm m由諾謨圖求得

44、由諾謨圖求得m m(0.3) (0.3) 。 水平荷載水平荷載q=fp,其中其中f為摩擦系數(shù)，對停車場、交叉口等緩慢制動地點(diǎn)為為摩擦系數(shù)，對停車場、交叉口等緩慢制動地點(diǎn)為0.2，對偶然的緊急制動為，對偶然的緊急制動為0.5；此時；此時f不等于不等于0.3；所以須換算：；所以須換算：p)3 . 0f (3 . 1)3 . 0(mmfp) 3 . 0f (46. 0)3 . 0(11f2、面層材料的抗剪強(qiáng)度、面層材料的抗剪強(qiáng)度和容許剪應(yīng)力和容許剪應(yīng)力r r：,tan c一般tan2tan:cc緊急制動時k/r,33n. 0k:,0.15t)2 . 0(交叉口停車場c)5 . 0(a/2 . 1k:緊急制動時ntnt為停車場或交叉口在設(shè)