《重交通沥青路面的设计新理念和新方法讲义》由会员分享，可在线阅读，更多相关《重交通沥青路面的设计新理念和新方法讲义（113页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、孙立军 教授， 同济大学 交通运输工程学院,重交通沥青路面设计的新理念和新方法,国内外背景 损坏特征 重载下的受力特点 一体化设计框架 设计小结 结束语,国内外背景,半刚性基层沥青路面 沥青层厚度 1980年代：12cm 1990年代中后期之前：15cm 1990年代中后期-2005年前后：18cm 之后：1826cm30cm,2019/10/29,2,ljsun,沥青 国产沥青进口沥青优质沥青 改性沥青 70年代末-90年代初：研发阶段 90年代初-90年代末：推广应阶段 90年代末-今：大规模应用阶段 2002年后：从单层改性到双层改性,国内外背景,2019/10/29,3,ljsun,沥
2、青混合料 1990年代初：LH 1990年代中期：AK混合料 1990年代后期：Superpave, SMA试用阶段 2000年后：SMA，Superpave大量使用，Bailey法 目前：SMA，AC-C（ Superpave ），AC-F，SAC，Bailey法，大粒径,折断型级配,国内外背景,2019/10/29,4,ljsun,进口沥青,改性沥青,双层改性,LH,AK,Super, SMA,Super, SMA, Bailey,提高压实功,国内外背景,2019/10/29,5,ljsun,国内外背景,目前的方法 AASHTO方法 SHELL方法 AI方法 SUPERPAVE方法 法国方
3、法 比利时方法 澳大利亚方法 AASHTO2002 我国方法,损坏认识与设计考虑 形成于60、70、80、90年代 疲劳开裂、车辙和低温开裂是主要损坏形式 疲劳开裂首先产生于沥青层底面，并向上发展 路基变形是车辙产生的主要原因 设计指标：PSI、 、l,2019/10/29,6,ljsun,国内外背景,力学法 NNf 厚度设计方法，材料设计另外考虑,来自力学分析,2019/10/29,7,ljsun,国内外背景,Superpave方法 NNf 结构分析作为输入，材料设计作为归宿,Nf=SF*Nf(T,),来自室内试验,2019/10/29,8,ljsun,国内外背景,ME（AASHTO2002
4、）方法 自下而上、自上而下的开裂指标 Miner定律 路面永久变形估计 基于弹性应变的传统估计方法,2019/10/29,9,ljsun,国内外背景,长寿命路面设计 40-50年的寿命 自上而下的损坏,2019/10/29,10,ljsun,国内外背景,我国方法 弯沉起控制作用，层底应力一般不起控制作用 厚度设计方法，材料设计另外考虑,来自力学计算,2019/10/29,11,ljsun,国内外背景,沿用1986年的标准 对半刚性基层，弯沉减小1.6倍 将末期弯沉转化为初期弯沉，减小1.2倍 半刚性材料的模量严重低估，弯沉修正不能反应实际情况 路面的实际弯沉在0.100.15mm，小于水泥混凝
5、土路面弯沉 后果是：沥青路面，其设计重点不是沥青层，而是基层,2019/10/29,12,ljsun,斑状泛油,重交路面损坏特征,2019/10/29,13,ljsun,内部松散,重交路面损坏特征,2019/10/29,14,ljsun,新型翻浆,重交路面损坏特征,2019/10/29,15,ljsun,新型沉陷,重交路面损坏特征,2019/10/29,16,ljsun,坑洞,重交路面损坏特征,2019/10/29,17,ljsun,车辙,重交路面损坏特征,2019/10/29,18,ljsun,纵向平行裂缝,重交路面损坏特征,2019/10/29,19,ljsun,鸡爪形不规则裂缝,重交路面
6、损坏特征,2019/10/29,20,ljsun,Top-Down损坏,重交路面损坏特征,2019/10/29,21,ljsun,重交路面损坏特征,2019/10/29,22,ljsun,重交路面损坏特征,2019/10/29,23,ljsun,目前的损坏 产生于路面使用初期 与结构的整体抗力无正相关性 重载的影响明显 损坏起于面层，开裂向下传播 雨水具有明显的影响 发展速度很快,传统的损坏 产生于长期使用后 与整体抗力关系明显 雨水的影响明显 开裂产生于结构层底部，向上发展 损坏随累计ESAL增加缓慢增加 伴随非荷载型损坏,重交路面损坏特征,2019/10/29,24,ljsun,实测的水压
7、,2019/10/29,25,ljsun,动水压力,路表水的影响,2019/10/29,26,ljsun,路表水的影响,沥青的迁移,2019/10/29,27,ljsun,路表水的影响,翻浆的过程,2019/10/29,28,ljsun,路表水的影响,翻浆与沉陷,2019/10/29,29,ljsun,路表水的影响,空隙率与损坏,2019/10/29,30,ljsun,路表水的影响,沥青混合料质量,变异性与集料最大粒径的关系,2019/10/29,31,ljsun,沥青混合料质量,路表水的影响,2019/10/29,32,ljsun,沥青混合料质量,路表水的影响,均匀的材料才有性能可言,201
8、9/10/29,33,ljsun,路表水的影响,2019/10/29,34,1996年以来, 交通量和轴载大小迅速增大 货车比例平均为36，相当比例的胎压超过 0.7MPa ESALs (100kN) = 2000万1亿轴次，最大达 4亿轴次,重载下的受力特点,810kpa/1328kg,810kpa/2500kg,810kpa/5000kg,典型测试结果：11.00-20走向花纹轮胎接地压力分布实测,各花纹条走 向压力分布,接地面中心点处 横断面压力分布,2019/10/29,35,ljsun,重载下的受力特点,典型测试结果： 11.00-20横向花纹轮胎接地压力分布实测,810kpa/19
9、00kg,810kpa/2500kg,810kpa/5000kg,810kpa/1900kg,810kpa/2500kg,810kpa/5000kg,各花纹块走 向压力分布,接地面中心点处 横断面压力分布,2019/10/29,36,ljsun,重载下的受力特点,重载下的受力特点,基于弯沉、弯拉的判断：abc,重载下的受力特点,基于剪切应力的判断：bca,重载下的受力特点,重载下的受力特点,2019/10/29,41,ljsun,重载下的受力特点,2019/10/29,42,ljsun,重载下的受力特点,2019/10/29,43,ljsun,重载下的受力特点,自上而下的开裂过程,2019/1
10、0/29,44,ljsun,重载下的受力特点,应该为纵向开裂,2019/10/29,45,ljsun,重载下的受力特点,应该为网状开裂,2019/10/29,46,ljsun,重载下的受力特点,2019/10/29,47,ljsun,重载下的受力特点,2019/10/29,48,ljsun,重载下的受力特点,传统的龟裂Down-Top,新龟裂（剪切） Top-Down,2019/10/29,49,ljsun,重载下的受力特点,弯拉疲劳,剪切疲劳,2019/10/29,50,ljsun,重载下的受力特点,车辙产生于10cm深度,温度的耦合作用,2019/10/29,51,ljsun,重载下的受力
11、特点,温度累积作用,2019/10/29,52,ljsun,重载下的受力特点,温度累积作用,2019/10/29,53,ljsun,重载下的受力特点,2019/10/29,54,重交通作用下出现了许多新的损坏现象,ljsun,重载下的受力特点,力学分析小结 当荷载荷载的非均布效应时，路面结构内的力学分布十分复杂 当轻型车辆超载时，即便总轴重小于标准荷载，但对路面的损伤更为严重 对目前的半刚性基层沥青路面，不能简单地认为弯沉小意味者强度高 剪切指标的分析为我们带来了路面考虑的新视角，是我们在传统的路面分析中忽略了的因素。该指标的引入，为从力学的角度进行路面结构组合设计提供了理论指导 剪切破坏可能
12、是重交通沥青路面的主要损坏原因，是联系材料与结构的纽带，是一个好的设计指标,重载下的受力特点,荷载的变化，导致传统的路面认识偏差很大，许多结论不再适用 荷载影响的范围增大 路面损坏的机理发生了变化 人们严重低估了重交通路面的复杂性，采用将轻交通路面的设计方法简单外延至重交通路面的设计，结构设计与材料设计是分离的，与使用性能无关,2019/10/29,56,ljsun,重载下的受力特点,2019/10/29,57,传统的理论无法给予明确的指导，结构组合设计存在盲目性，对重交通路面设计需要新的思路 重新认识力学在路面分析和设计中的作用 关注结构与材料的相互作用，根据使用性能将结构设计与材料设计一体
13、化 将路面设计变为科学,ljsun,重载下的受力特点,2019/10/29,58,设计框架,ljsun,弯曲疲劳，自下而上的破坏 剪切疲劳，自上而下的破坏,设计框架,2019/10/29,59,ljsun,上述两种模式尚不能反映全部问题，还需综合考虑,设计框架,2019/10/29,60,ljsun,设计框架,按性能设计 + 按力学验算,2019/10/29,61,ljsun,设计框架,PI：输入阶段 输入影响路面设计的所以因素，包括交通、环境、材料、路基土质和施工能力等 PII：概念设计阶段 通过剪切分析进行路面结构材料（模量）组合设计，确定各结构层材料选择原则 分析路表水和地下水的影响，决
14、定水的处理措施 确定材料设计参数,2019/10/29,62,ljsun,P II: 基层模量的范围,设计框架,2019/10/29,63,ljsun,2019/10/29,64,P II: 基层模量的范围,沥青层底面的拉应变与顶部的剪应力形成了双向制约，以此确定基层的模量 基层模量不应偏离沥青层模量太远,ljsun,设计框架,2019/10/29,65,ljsun,P III 基于性能的厚度设计,设计框架, ,的工程意义，与性能变化一一对应,路面结构行为方程,2019/10/29,66,ljsun,设计框架,2019/10/29,67,ljsun,设计框架,= Kr Km1-exp(-(/l
15、0) = a1hb1ESALc1 = a2hb2ESALc2 = a3hb3ESALc3 = KrKma4hb4ESALc4 l0d,2019/10/29,68,ljsun,设计框架,设计框架,2019/10/29,69,ljsun,设计框架,2019/10/29,70,ljsun,PCI,使用年数,环境因素的影响,设计框架,2019/10/29,71,ljsun,改性沥青的影响,PCI,设计框架,2019/10/29,72,ljsun,P III: 全寿命费用分析,全寿命费用分析方法,2019/10/29,73,ljsun,设计框架,厚度设计诺谟图 (Level L),沥青层总厚度 (cm)
16、,半刚性基层厚度 (cm),2019/10/29,74,ljsun,设计框架,厚度设计诺谟图 (Level M),沥青层总厚度 (cm),半刚性基层厚度 (cm),2019/10/29,75,ljsun,设计框架,厚度设计诺谟图(Level H),沥青层总厚度 (cm),半刚性基层厚度 (cm),2019/10/29,76,ljsun,设计框架,设计厚度的比较,图10-40 TRRL设计曲线,2019/10/29,77,ljsun,设计框架,2019/10/29,78,P IV: 基于力学的材料设计和检验,ljsun,N,疲劳检验 抗剪切检验（车辙检验）,设计框架,为什么不采用应力而采用应变 沥青层底面的应力不是表征沥青
