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1、水泥混凝土路面结构可靠性设计及评定 水泥混凝土路面结构 可靠性设计及评定牛义昌1，胡延海2摘 要伴随中国社会经济的不停发展，混凝土工程规模也逐步扩大。就水泥混凝土路面结构来说，依然存在着较多的问题。比如,使用寿命短、早期破坏严重和运行效益低等，提升水泥混凝土路面结构的可靠性势在必行。论文对水泥混凝土路面结构的可靠性进行了设计和评定，期望含有借鉴意义。关键词水泥混凝土；路面结构；可靠性；设计评定DOI/1 引言现在，中国公路通车里程连续增加，不过公路建设中依然存在较多的问题，比如寿命短、破坏严重等。造成这种问题的原因关键是施工控制不严、长久超载使用和设计方法不完善等，对这些原因进行研究控制能够充
2、足提升中国公路建设的质量。现在水泥混凝土公路路面设计所应用的设计参数全部是统一确实定型设计方案。要想确保路面设计符合需求，就必需考虑筑路材料的不一样环境和荷载对设计原因产生的影响。但在实际上，路面结构体系含有不确定性，其可测定的参数全部含有变异性，对其确定性的设计难以选定。假如计算中应用平均值，可靠度只能为50%，不能满足实际需求1。部分设计者处于安全考虑，应用了保守值，造成最终设计结果太过保守，假如对设计参数值随意选择，会造成不一样的设计结果改变幅度很大。概率理论能够对不确定原因有效处理，将概率方法应用到路面结构设计中，则能有效处理上述问题。2 水泥混凝土路面结构可靠性设计确定型设计方法中国
3、现在针对公路混凝土路面的设计规范中，对路面板疲惫开裂损坏的控制作为设计水泥混凝土路面厚度的标准。混凝土板温度疲惫应力和荷载疲惫应力的和要小于混凝土路面设计抗弯拉强度。此次的设计标准是温度应力和荷载应力形成的综合疲惫损坏，因此将形成最大综合疲惫损坏的路面板位置当成临界荷位。首先是荷载应力计算，标准荷载在临界荷位上形成的荷载疲惫是以下4个数值的乘积，即接缝传荷能力基础上的应力折减系数、路面疲惫损坏受动载和超载原因的综合影响系数、荷载应力累计疲惫作用在设计使用年限内的疲惫应力系数，和标准荷载在临界荷位形成的没考虑接缝转荷能力下的荷载应力2。其次是温度应力计算，因为板边缘中点受到温度梯度作用所形成的温
4、度疲惫应力，是由混凝土板在最大温度梯度时的温度应力和温度应力累计疲惫作用下的疲惫应力系数。概率基础可靠度定义结构可靠性经过结构可靠度来进行概率度量，所谓可靠度标准工程定义，即是要求时间和条件下，结构完成预定功效的概率。联络路面结构特点，可靠度定义能够这么认为：要求设计使用时间内并在要求环境交通条件下，能够满足预定水平要求的路面使用性能的概率3。概率方法荷载、几何参数、材料性能和计算公式准确性等原因全部会对结构可靠度产生一定的影响。这些原因存在着随机性的特点，能够将其作为基础变量，其结构功效能够经过功效函数表示即Z=g，其中X是基础变量，假如Z大于零，则表明结构位处可靠状态；假如Z等于零，则表明
5、结构位处极限状态；假如Z小于零，则表明结构位处失效状态。即极限状态方程表示式位Z=g=0；结构可靠状态、失效状态和极限状态的概率能够用P1、P2、P3表示。因为Xn是连续型变量，因此我们能够姑且这么认为：功效函数z=g的分布函数是连续函数。这种条件下，能够用概率论知识得悉：P3=0，P2+P3=1。可靠性设计方法设计参数和它的变异系数因为，受到结构和材料组成存在的不均质性和质量控制水平和施工技术等原因的影响。路面结构各设计参数会在一定范围内波动。根据变异系数分布实际，能够把各项设计参数变异水平分成高、中、低3个等级，在不一样公路等级、质量控制水平和施工技术等级分别应用。因为路面结构本身的特点，
6、路面设计相关的全部参数全部存在一定程度的变换性。这些变换性参数中最为显著或最起决定作用的关键有以下内容：混凝土弯拉弹性模量、混凝土弯拉强度、板长、板厚、基层顶面当量回弹模量、底面和顶面最大温度梯度、在使用早期设计车道中的标准轴载作用次数。在对它们变异性进行研究过程中,假设它们是相互独立的4。经过大规模的调查工作，取得不一样水泥混凝土路面中的相关设计参数信息，在进行数次室内外试验以后，应用随机理论来建立统计数据库，从而取得这些参数的变异水平。如表1所表示。表1 设计参数变异系数设计参数 低 中 高变异水平 变异水平设计参数 低 中 高in0 . 1 00 . 1 2 0 . 1 50 . 1 8
7、 0 . 2 10 . 2 5 Ec0 . 1 00 . 1 5 0 . 2 00 . 3 0 0 . 3 50 . 4 5 E10 . 1 00 . 2 0 0 . 2 50 . 3 5 0 . 4 50 . 5 0 J 0 . 0 40 . 0 8 0 . 0 80 . 1 2 0 . 1 50 . 2 0 h 0 . 0 10 . 0 3 0 . 0 50 . 0 8 0 . 1 00 . 1 2 N00 . 5 00 . 8 0 0 . 8 01 . 2 0 1 . 5 02 . 0 0 L 0 . 0 10 . 0 3 0 . 0 50 . 0 8 0 . 1 00 . 1 2路面结
8、构理论可靠度及其系数所谓路面结构理论可靠度，它是根据规范所给的图表和计算式，只考虑受到设计参数变异性影响获知的路面结构可靠性。结构理论可靠度能够经过降次积分法和干涉理论来计算。就分布规律而言，全部设计参数变异性对于理论可靠度含有统一的影响。任何一个参数变异系数增大，理论可靠度会随之下降，能够引入理论可靠系数来考虑这种影响。实际可靠度及其系数由调查统计验证路段损坏情况可知，路面实际可靠度和理论之间存在偏差，理论的可靠度大于实际，对理论可靠性进行修正十分必须。引入可靠度系数概念，将二者可靠度的偏差用可靠系数偏差表示，继而考虑对不相符偏差的修正。根据这一思绪，能够得出理论和实际两种可靠度系数F1、F
9、2的良性线性关系。即F2=+。再建立可靠性设计方法。由此，能够用可靠性理论来表述水泥混凝土路面结构设计方法。关系式为：实际可靠度系数F2=混凝土板温度疲惫应力+荷载疲惫应力，小于混凝土路面板设计抗弯拉强度。3 水泥混凝土路面结构可靠性评价和路面结构可靠性设计相比，其可靠性评定关键有以下特点：即要求条件和时间不一样、预定的功效不一样、车辆荷载和路面承载力的改变等5。水泥混凝土路面结构可靠性评定有新建和现有2个方面。就新建来说，在正常使用和养护条件下，关键考虑环境等原因的影响在预定设计基准期内能够达成预定使用性能要求的能力即为新建路面结构的可靠性，公式为：P=PZ0,t0,TX,其中TX为设计使用
10、基准期。针对现有公路来说，其可靠度表示式为PS=P0,tt1, t1+TS)。其中t1和TS分别表示路面结构已经使用的年份和期望继续使用的年份即服役运行基准期。其可靠度和使用时刻路面结构使用性能技术情况的广义抗力随机过程和效应随机过程相关。其使用性能评定需要考虑路面损坏情况、修建和养护时间、路面结构承载能力、抗滑能力、交通情况、平整度和路面路基排水情况。4 结语公路交通的质量关乎着国计民生，要想衡量一个国家的当代化水平，公路交通是主要内容。公路水泥混凝土路面结构设计过去常采取经验法和力学经验法来分析评定，难以取得实际效果。而经过应用可靠度理论法，则能有效地促进中国路面结构设计的完善，提升中国公路质量。
