路面结构荷载及材料2课件

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1、第八章 交通荷载 环境因素和力学参数大连交通大学大连交通大学土木与安全工程学院土木与安全工程学院授课：赵丽华授课：赵丽华路面结构荷载及材料 (2)课件主要内容主要内容第二节第二节 环境因素对道路的影响环境因素对道路的影响 Environmental Impact第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数 Traffic Parameters第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数 Structure Design Parameters第五节第五节 路面材料的累积变形与疲劳破坏路面材料的累积变形与疲劳破坏 Accumulative Deformation and Fatigue Broken第

2、一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类 Structure and Category路面结构荷载及材料 (2)课件第一节 路面结构及其分类1、沥青路面(Asphalt Pavement)柔性基层沥青路面柔性基层沥青路面(Asphalt pavement with flexible base)半刚性基层沥青路面半刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with semi-rigid base)刚性基层沥青路面刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with rigid base)全厚式沥青路面全厚式沥青路面 (Full Depth asphalt pavemen

3、t)路面结构荷载及材料 (2)课件半刚性基层沥青路面结构半刚性基层沥青路面结构 土基土基 (A级或级或 B级）沥青级）沥青AC-25 Sup-25 6cm-8cm (A级或级或 B级或改性）沥青级或改性）沥青AC-20 Sup-19 6cm-8cm (A级或改性）沥青级或改性）沥青 AC-13 Sup-13 SMA-13 4cm水泥稳定碎石或二灰碎石水泥稳定碎石或二灰碎石 30cm-40cm 二灰土或石灰土二灰土或石灰土 20cm-40cm u2、我国常用的高速公路沥青路面的结构、我国常用的高速公路沥青路面的结构路面结构荷载及材料 (2)课件第一节 路面结构及其分类3、水泥混凝土路面（水泥路面

4、）普通混凝土（JPCP）钢筋混凝土（JRCP）连续配筋混凝土（CRCP）钢纤维混凝土预应力混凝土、装配式混凝土、碾压混凝土路面结构荷载及材料 (2)课件 由由于于行行车车荷荷载载、自自然然因因素素等等对对路路面面的的影影响响随随深深度度的的增增加加而而逐逐渐渐减减弱弱，路路面面的的强强度度、抗抗变变形形能能力力和和稳稳定定性性也也应应随随深深度度而而逐逐渐渐降降低低要要求求，因因此此，路路面面的的结结构构应应分分层层铺铺筑筑、分分为为若若干干层层次次结结构构，并并按按各各结结构构层层次次的的特特定定状状况况进进行行相相应应的的材材料要求。料要求。44、路面的结构层次与材料要求路面的结构层次与材

5、料要求路面结构荷载及材料 (2)课件第一节 路面结构及其分类 路路面面结结构构按按照照使使用用要要求求、受受力力状状况况、土土基基支支承承条条件件和和自自然然因因素素影影响响程程度度的的不不同同分分成成若若干干层层次次，通通常常按按照照各各个个层层位位功功能能的的不不同同划划分分为为面面层层、基基层层和和垫垫层层三三个个层次，基层中包括底基层在内。层次，基层中包括底基层在内。 面面 层层： 直直接接同同行行车车荷荷载载、大大气气接接触触，承承受受较较大大的的行行车车荷荷载载作作用用（包包括括冲冲击击），同同时时受受到到降降水水、气气温温等等的的影影响响。与与其其它它层层次次相相比比，它它应应具

6、具有有较较高高的的结结构构强强度度、抗抗变变形形能能力力，较较好好的的水水稳稳定定性性和和温温度度稳稳定定性性，而而且且应应耐耐磨磨、不不透透水水、抗抗滑滑、平平整整（另另外外还还应应能能适适应应基基层层开开裂裂对对其其影影响响或或旧旧路路面面病病害害的的反反映映）。材材料料的的使使用用应应能适应此功能要求。能适应此功能要求。44、路面的结构层次与材料要求路面的结构层次与材料要求路面结构荷载及材料 (2)课件第一节 路面结构及其分类 基基 层层：主主要要承承受受由由面面层层传传来来的的车车辆辆荷荷载载垂垂直直力力并并将将其其扩扩散散到到下下面面的的垫垫层层及及土土基基，是是路路面面结结构构的的

7、主主要要承承重重层层（对对于于沥沥青青路路面面）或或重重要要功功能能层层（对对于于水水泥泥砼砼路路面面），因因此此，它它也也应应具具有有足足够够的的强强度度与与刚刚度度，并并应应具具有有良良好好的的扩扩散散应应力力的的能能力力；基基层层受受大大气气影影响响较较面面层层小小，但但仍仍可可能能被被面面层层渗渗入入雨雨水水浸浸湿湿或或地地下下水水影影响响，也也可可受受温温度度影影响响变变形形，因因此此仍仍应应具具有有足足够够的的水水温温稳稳定定性性；同时，同时，为保证面层平整为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。，它还应具有较好的平整度。 垫垫层层：垫垫层层介介于于基基层层和和土土基基之之间间，它

8、它可可改改善善土土基基的的湿湿度度和和温温度度状状况况、使使面面层层与与基基层层免免受受土土基基水水温温状状况况变变化化的的不不良良影影响响或或保保护护土土基基处处于于稳稳定定状状态态；同同时时，也也可可扩扩散散基基层层传传递递的的荷荷载载应应力力、减减小小土土基基的的应应力力与与变变形形，并并可可阻阻止止路路基基土土挤挤入入基基层层。一一般般垫垫层层修修于于特特定定状状况况道道路路工工程程结结构构中中，如如防防砂砂土土基基础础挤挤入基层、软土地基扩散应力、冻土保温隔温等。入基层、软土地基扩散应力、冻土保温隔温等。44、路面的结构层次与材料要求路面的结构层次与材料要求路面结构荷载及材料 (2)

9、课件第一节 路面结构及其分类 面层面层： 用水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石、泥灰结石、块料等材料。用水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石、泥灰结石、块料等材料。 基基层层（包包括括底底基基层层）： 材材料料主主要要有有各各种种结结合合料料稳稳定定土土或或稳稳定定碎碎石石、贫贫水水泥泥砼砼、天天然然砂砂砾砾、碎碎石石/块块石石/片片石石/砾砾石石、工工业业废废渣渣结结合合混混合合料料等等。当当用用不不同同材材料料修修筑筑基基层层时时，最最下下层层的的统统一一材材料料层层称称为为底底基基层层，它它可可就就近近使使用用当当地地的材料或土。的材料或土。 路基及垫层路基及垫层： 材料主要有松散粒料类透水层

10、或稳定土等稳定隔离层。材料主要有松散粒料类透水层或稳定土等稳定隔离层。44、路面的结构层次与材料要求路面的结构层次与材料要求路面结构荷载及材料 (2)课件第一节 路面结构及其分类路面等级路面等级面层材料类型面层材料类型适用的技术等级适用的技术等级高高 级级 沥青混凝土，水泥混凝土沥青混凝土，水泥混凝土高速、一级、二级、高速、一级、二级、三级、四级三级、四级次高级次高级沥青贯入式沥青贯入式 ，沥青碎石沥青碎石 ，沥青沥青表面处治表面处治 ，整齐石块或条石，整齐石块或条石二级、三级、四级二级、三级、四级中中 级级碎、砾石（泥结或级配）碎、砾石（泥结或级配） ，半半整齐块石整齐块石 ，其它粒料其它粒

11、料 三级、四级三级、四级低低 级级粒料加固土粒料加固土 ，其它当地材料加其它当地材料加固或改善土，不整齐石块固或改善土，不整齐石块四级四级路面结构荷载及材料 (2)课件第一节 路面结构及其分类 路面类型可从不同角度来进行划分，一般常按照路面类型可从不同角度来进行划分，一般常按照面层面层所用的材料所用的材料来进行区分，如水泥混凝土路面、沥青路面、来进行区分，如水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等等。但在砂石路面等等。但在工程设计中，则主要从工程设计中，则主要从路面结构的力路面结构的力学特性和设计方法学特性和设计方法的相似性出发，将路面划分为的相似性出发，将路面划分为柔性路面柔性路面、刚性路面刚性

12、路面和和半刚性路面半刚性路面三类。三类。55、路面的分类、路面的分类路面结构荷载及材料 (2)课件第一节 路面结构及其分类 柔柔性性路路面面 总总体体结结构构刚刚度度较较小小，荷荷载载作作用用下下的的弯弯沉沉变变形形较较大大，抗抗弯弯拉拉强强度度较较低低，传传递递给给土土基基的的单单位位压压力力也也较较大大，它它主主要要包包括括各各种种未未经经处处理理的的粒粒料料基基层层和和各各类类沥沥青青面面层层、碎碎（砾砾）石石面面层层或或块块石石面面层层组组成成的的路路面面结结构。构。 刚刚性性路路面面主主要要指指用用水水泥泥混混凝凝土土作作面面层层或或基基层层的的路路面面结结构构，其其强强度度高高、弹

13、弹性模量高、处于板体工作状态，传递给基础的单位压力小。性模量高、处于板体工作状态，传递给基础的单位压力小。 半半刚刚性性路路面面 主主要要指指半半刚刚性性基基层层和和沥沥青青混混凝凝土土面面层层修修筑筑的的路路面面结结构构，其其刚刚度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。55、路面的分类、路面的分类路面结构荷载及材料 (2)课件第二节第二节 环境因素对道路的影响环境因素对道路的影响温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低温开裂 1 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响路面结构荷载及

14、材料 (2)课件第二节 环境因素对道路的影响图图2-11 沥青面层温度沥青面层温度日变化日变化曲线曲线表面下表面下2cm2cm7cm7cm15cm15cm气温气温时刻（时刻（h h）4 46 68 81010121214141616181820202222242410102020303040405050温度（温度（）1 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响路面结构荷载及材料 (2)课件第二节 环境因素对道路的影响图图2-15 沥青面层沥青面层月平均温度月平均温度的年变化曲线的年变化曲线1234567891011121103040020表面下表面下2cm2cm7cm7cm30cm30cm气温气

15、温月份月份温度（温度（）1 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响路面结构荷载及材料 (2)课件第二节 环境因素对道路的影响图图2-12 水泥混凝土面层温度水泥混凝土面层温度日变化日变化曲线曲线810121416182022242468232629323520气温气温表面下表面下1.5cm5cm11cm16cm时刻（时刻（h h）温度（温度（）1 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响路面结构荷载及材料 (2)课件第二节 环境因素对道路的影响图图2-13 一天内不同时刻一天内不同时刻沿水泥混凝土面层深度的温度变化曲线沿水泥混凝土面层深度的温度变化曲线23273135394101052015温度

16、（温度（）深度（深度（cm）5:008:0024:0010:0019:0016:0014:001 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响路面结构荷载及材料 (2)课件第二节 环境因素对道路的影响图图2-14 水泥混凝土面层水泥混凝土面层温度梯度与气温的日变化温度梯度与气温的日变化曲线曲线0.31710121416182022242468232629322000.60.91.2气温气温温度梯度温度梯度面层厚面层厚22cm时刻（时刻（h）温度（温度（）梯度（梯度（cm）1 1、温度对道路的影响、温度对道路的影响路面结构荷载及材料 (2)课件第二节 环境因素对道路的影响湿度对路基的影响：湿软、冰冻及

17、整体不稳定，需设置良好的排水设施，并控制路基的干湿类型湿度对路面的影响：水分积蓄于路基路面体内，降低路基路面的强度与刚度，造成路面破坏，并可进一步加剧路面透水性 2 2、湿度对道路的影响、湿度对道路的影响路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数1、行车荷载及其对路面的影响汽车荷载既是路基路面的服务对象，又是造成路基路面结构损伤的主要原因；它是不断移动着的、具有振动和冲击影响的动荷载；汽车荷载的特性包括汽车轮重与轴重的大小与特性、车轴的布置、汽车轴载的时间分布特性、以及汽车静态与动态荷载的特性比较等不同方面。路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数2、车辆的种类与作用特点道路

18、上通行的汽车车辆主要分为客车与货车两大类。客车又分为小客车、中客车与大客车；货车又分为整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。汽车及其客货总重量通过车身传递到车轴，再传递到车轮，最终由轮胎传递到路面，因此，路面结构设计主要以轴重或者轮压来进行控制。路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数2、车辆的种类与作用特点轴载轴型分布 单轴单轮 单轴双轮双轴单轮双轴双轮多轴多轮路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数 汽车的轴型汽车的轴型路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数图图2-1 2-1 不同轴型的货车示意图不同轴型的货车示意图 汽车的轴型汽车的轴型路面结构荷载及材料 (2)

19、课件第三节 交通荷载参数3 3、轴轮组与轴重：、轴轮组与轴重：整车分前轴和后轴，绝大部分车辆的前整车分前轴和后轴，绝大部分车辆的前轴为两个单轮组成的单轴（轴载约为轴为两个单轮组成的单轴（轴载约为P/3P/3），极少数汽车），极少数汽车前轴为双轴单轮组（轴重约为前轴为双轴单轮组（轴重约为P/2P/2）。大部分货车后轴由）。大部分货车后轴由双轮组组成，有单轴、双轴和三轴等三种，大部分轴重在双轮组组成，有单轴、双轴和三轴等三种，大部分轴重在100KN100KN以下，通常都在以下，通常都在6060130KN130KN范围以内。范围以内。4 4、轮压与压圆：、轮压与压圆：轮胎对路面的静态压力大小与胎内压

20、强接轮胎对路面的静态压力大小与胎内压强接近，压面近似为圆形，近，压面近似为圆形，d d由由p p、P P来计算，来计算，p p可近似取轮胎气可近似取轮胎气压。压。路面结构荷载及材料 (2)课件图图2-2 车轮荷载计算图式车轮荷载计算图式a)单圆图式；单圆图式；b)双圆图式双圆图式 汽车的轮压与压圆汽车的轮压与压圆PPPPPdPPdddD1.5dD路面路面路面路面a)b)第三节 交通荷载参数路面结构荷载及材料 (2)课件对于双轮组车轴，可以按双圆考虑，也可以按单圆对待，其当量圆的直径计算如下：a)双圆荷载的当量圆半径：b)单圆荷载的当量圆直径D：第三节 交通荷载参数荷载圆半径和直径荷载圆半径和直

21、径路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数5、运动车辆对道路的动态影响 道路上行驶的汽车除给路面施加垂直静压力外，还施加水平力和振动力，对路面固定点而言，这种影响又具有瞬时性和重复性。图图2-3车轮作用于路面的垂直压力与水平压力车轮作用于路面的垂直压力与水平压力a)停驻；停驻；b)启动、一般行驶、加速；启动、一般行驶、加速；c)减速、制动；减速、制动；d)转向转向PPPPVQQa)b)c)d)路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数1 1）水平力：）水平力： 行车安全要求行车安全要求 q qmaxmax p p ，其中，其中 为路表与车轮的附着系数，它同路为路表与车轮的附着

22、系数，它同路面类型与湿度以及行车速度有关。路表层水平力过大易导致推挤、拥包、面类型与湿度以及行车速度有关。路表层水平力过大易导致推挤、拥包、波浪及车辙等病害波浪及车辙等病害。2 2）振动力：）振动力： 振动轮载最大峰值与静载之比称为冲击系数，设计路面时，应以静轮振动轮载最大峰值与静载之比称为冲击系数，设计路面时，应以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。载乘以冲击系数作为设计荷载。3 3）瞬时作用及重复：）瞬时作用及重复： 路面点的车轮作用时间约为路面点的车轮作用时间约为0.010.010.10s0.10s，结构变形来不及呈现，瞬时，结构变形来不及呈现，瞬时作用利于结构，但多次重复作用又易使其疲劳。

23、作用利于结构，但多次重复作用又易使其疲劳。路面结构荷载及材料 (2)课件表表2-2 纵向滑移路面附着系数纵向滑移路面附着系数路面状况路面类型车速（km/h）123264干燥碎石0.60沥青混凝土0.701.000.500.65水泥混凝土0.700.850.600.80潮湿碎石0.40沥青混凝土0.400.650.100.50水泥混凝土0.600.700.350.55路表与车轮的附着系数路表与车轮的附着系数第三节 交通荷载参数路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数6、标准轴载 standard load作用在路面的设计荷载千变万化，一般选用一种轴载作为路面结构设计的标准轴载，其他各种

24、轴载按照一定原则换算成标准轴载。标准轴载要求对路面的响应较大、又能反映本国公路运输运营车辆的总体轴载水平。路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数7、超载与超限 overload and over limit超载运输是车辆所装载货物超过车辆额定载货质量。超限运输指运输车辆超过路面结构的容许承载能力。超载但不超限的车辆对路面的使用寿命有一定的影响，超载且超限的车辆对路面的使用寿命有很大的影响，有的甚至超过路面或桥梁结构的极限承载力，使路面结构出现结构性破坏、使桥梁结构出现整体破坏、产生严重的安全事故。路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数1 1）交通调查与重复荷载 交通量调

25、查与分析：调查内容包括交通总量、车型分布、轴型轴载、实载率等，有的还调查轴载谱；分析主要是确定交通量年平均增长率，并求算获得设计年限内累计交通量。对路面而言，主要是轴重。 轴载组成与轴载换算：不同轴载的作用次数的频率组成即为轴载谱，各不同轴载应根据某一指标按其对路面结构的损伤作用的等效性换算成其它轴载的作用次数，从而可使用标准轴载来综合累计。 2）轮迹横向分布：总轴载作用按一定规律分布于车道横断面的现象称为，车道综合累计需考虑。88、交通荷载轴载换算和统计计算、交通荷载轴载换算和统计计算路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数序号序号轴轴型分布型分布代表代表车车型型代号代号整整车车类

26、类1中型中型货车货车(载载重重2.510T)跃进跃进、解放、解放、东风东风等等U1.12重型重型货车货车(载载重重10T)黄河、黄河、罗罗曼、斯太曼、斯太尔尔等等U1.1大通、交通、太脱拉等大通、交通、太脱拉等U1.2半半挂挂类类33轴轴半挂半挂车车解放、解放、东风东风等国等国产牵产牵引引车车S1.1.144轴轴半挂半挂车车斯堪尼亚、沃尔沃、斯太斯堪尼亚、沃尔沃、斯太尔等进口牵引车或红岩、尔等进口牵引车或红岩、黄河等引进技术生产的牵黄河等引进技术生产的牵引车引车 S1.1.255轴轴半挂半挂车车S1.2.2S1.2.36=6轴轴半挂半挂车车S1.2.3按轴型分类的车辆类别按轴型分类的车辆类别

27、1）交通调查与重复荷载交通调查与重复荷载路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数轴型分类及代号轴型示意图整整车类车类Single Unit TruckU1.1U1.2半挂半挂类类Semi-Tractor TrailorS1.1.1S1.1.2S1.2.2S1.2.3各类轴型示意图各类轴型示意图 1）交通调查与重复荷载交通调查与重复荷载路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数2）车辆荷载的轮迹横向分布车辆荷载的轮迹横向分布图图2-7 轮迹横向分布频率曲线轮迹横向分布频率曲线（单向行驶一个车道）（单向行驶一个车道）图图2-8 轮迹横向分布频率曲线轮迹横向分布频率曲线（混合行驶双

28、车道）（混合行驶双车道）路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数3 3）轴载的换算）轴载的换算轴载换算的基本原则：轴载换算的基本原则：等破坏原则：等破坏原则：同一种路面结构在不同轴载作用同一种路面结构在不同轴载作用下在使用末期达到相同的损伤程度（破坏状态）；下在使用末期达到相同的损伤程度（破坏状态）；等厚度原则：等厚度原则：用不同标准轴载设计的路面结构用不同标准轴载设计的路面结构厚度相同厚度相同。3 3）轴载换算系数公式：）轴载换算系数公式：路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数4）沥青路面轴载换算系数公式：）沥青路面轴载换算系数公式：路面结构荷载及材料 (2)课件第三节

29、 交通荷载参数4）沥青路面轴载换算系数公式：）沥青路面轴载换算系数公式：路面结构荷载及材料 (2)课件第三节 交通荷载参数5）水泥混凝土路面轴载换算系数公式：）水泥混凝土路面轴载换算系数公式：路面结构荷载及材料 (2)课件 6）累计轴载作用次数初始年平均日交通量N1 设计年限内累计交通量设计年限内一个车道内的累计交通量第三节 交通荷载参数路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数l1）主要材料类型松散颗粒型材料及块料 granular, block沥青结合类材料 asphalt binder无机结合料类材料 inorganic binding material水泥混凝土材料 cem

30、ent concrete 由于材料（整体性材料和非整体性材料）的基本性质和成型方式的不同，各种路面结构具有不同的力学强度特性（即应力-应变关系），也使得路面具有不同的使用品质和使用寿命。1、路面材料的几种强度、路面材料的几种强度路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数 2）抗剪强度 shear strength 摩尔库仑强度理论： =c+ tg 其中c和是表征路面材料抗剪强度的两项参数，c是材料的粘结力（kpa），是材料内摩阻角，对于土，可以通过直剪试验得到；对于松散粒料无法做直接剪切试验，可用三轴压缩试验测定。2、路面材料的几种强度、路面材料的几种强度图图2-27 2-27 三

31、轴试验确定三轴试验确定c.c.c路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数2、路面材料的几种强度、路面材料的几种强度3）抗压强度）抗压强度 compressive strength指试样在无侧向压力条件下，抵抗轴向压力的极限应指试样在无侧向压力条件下，抵抗轴向压力的极限应力。材料经过标准成型和养生后通过无侧限抗压试验力。材料经过标准成型和养生后通过无侧限抗压试验测定的强度。测定的强度。一般有大试件、中试件和小试件。一般有大试件、中试件和小试件。小试件小试件指指50mm *5 0mm；中试件中试件指指 100mm *100mm；大试件大试件指指 150 m m* 1 50mm。 路面

32、结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数4）抗拉强度）抗拉强度 tensile strength气气温温变变化化会会引引起起路路面面材材料料收收缩缩，湿湿度度变变化化能能产产生生半半刚刚性性材材料料干干缩缩，当当收收缩缩变变形形受受到到约约束束，即即在在材材料料内内产产生生拉拉应应力力，材材料料抗抗拉拉强强度度不不足足即可引起路面结构拉伸断裂。即可引起路面结构拉伸断裂。路路面面材材料料的的抗抗拉拉强强度度主主要要由由混混合合料料中中的的结结合合料料粘粘结结力力提提供供，可可采采用用直接拉伸或间接拉伸试验直接拉伸或间接拉伸试验测定材料的抗拉强度。测定材料的抗拉强度。5）抗弯拉强度）抗弯

33、拉强度 flexible strength路路面面材材料料的的实实际际工工作作状状态态是是弯弯曲曲反反复复变变化化的的，结结构构层层底底首首先先容容易易出出现现局局部部拉拉裂裂、产产生生弯弯曲曲断断裂裂。材材料料的的抗抗弯弯拉拉强强度度一一般般采采用用简简支支梁梁三三分点加载分点加载进行测定。进行测定。2、路面材料的几种强度、路面材料的几种强度路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数1）抗压强度试验一般有大试件、中试件和小试件。小试件指50mm *5 0mm；中试件指 100mm *100mm；大试件指 150 m m* 1 50mm。3、路面材料的强度试验、路面材料的强度试验路

34、面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数2）抗拉强度试验直接拉伸试验和间接拉伸试验图图2-28 2-28 直接拉伸试验直接拉伸试验1-1-上盖帽；上盖帽；2-2-变形传感器；变形传感器；3-3-金属箍；金属箍；4-4-下盖帽；下盖帽；5-5-试件试件图图2-29 2-29 间接拉伸试验间接拉伸试验1-1-压条；压条；2-2-试件试件pp112321543、路面材料的强度试验、路面材料的强度试验路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数3）抗拉强度试验弯拉试验图图2-30 2-30 小梁试验加载图式小梁试验加载图式( (1-1-试验梁；试验梁；2-2-承压板；承压板；3-

35、3-支点；支点；4-4-顶杆；顶杆；5-5-千分表千分表) )LPhl/3l/321345l1l03、路面材料的强度试验、路面材料的强度试验路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数4、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 1）无机结合料稳定材料）无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料的无侧限抗压强度试验无机结合料稳定材料的无侧限抗压强度试验按照预定干密度和压实度用按照预定干密度和压实度用静力压实法静力压实法制备试件、试件高：直径制备试件、试件高：直径1：1的圆柱体、养生时间为的圆柱体、养生时间为设计龄期设计龄期（整个养生期间的温度，在北方地区（整个养生期间的温度，在北方地区应保持

36、应保持202，在南方地区应保持，在南方地区应保持252，养生期的最后一天，将试，养生期的最后一天，将试件浸泡在水中，水的深度应使水面在试件顶上约件浸泡在水中，水的深度应使水面在试件顶上约2.5cm）、侧向没有）、侧向没有围压时的单轴抗压强度。围压时的单轴抗压强度。路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数4、路面材料的设计参数 1）无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料的劈裂强度试验（间接抗拉强度）试件的制作与无限抗压强度试验的试件制作相同，只是在试验时在侧向测定试件的最大劈裂强度，计算得到无机结合料稳定材料的劈裂强度。侧向加压时应放置压条，并将试件横置在压条上，同时在试件的顶面也放

37、一压条（上下压条与试件的接触线必须位于试件直径的两端，并与升降台垂直）。压条采用半径与试件半径相同的弧面压条，其长度应大于试件的高度。 路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数4、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 1）无机结合料稳定材料）无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料的无侧限抗压回弹模量试验无机结合料稳定材料的无侧限抗压回弹模量试验在养生期的最后一天首先将圆柱形试件的两个端面应用水泥净浆彻底在养生期的最后一天首先将圆柱形试件的两个端面应用水泥净浆彻底抹平。然后将试件直立桌上，在表面撒少量抹平。然后将试件直立桌上，在表面撒少量0.25-0.5mm的细砂，用直的细砂，用直

38、径打于试件的平面圆形钢板放在顶面，加压旋转圆钢板，使顶面齐平。径打于试件的平面圆形钢板放在顶面，加压旋转圆钢板，使顶面齐平。最后将端面已经处理平整的试件浸水一昼夜进行养生。最后将端面已经处理平整的试件浸水一昼夜进行养生。加载板上的计算单位压力的选定值：对于无机结合料稳定基层材料，加载板上的计算单位压力的选定值：对于无机结合料稳定基层材料，用用0.5-0.7MPa；对于无机结合料稳定底基层材料；对于无机结合料稳定底基层材料,用用0.20.4MPa，实际，实际加载的最大单位压力应略大于选定值。加载的最大单位压力应略大于选定值。 路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数4、路面材料的设

39、计参数、路面材料的设计参数 1）无机结合料稳定材料）无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料的劈裂模量试验无机结合料稳定材料的劈裂模量试验试件成型和加载的要求与无侧限抗压回弹模量试验相同试件成型和加载的要求与无侧限抗压回弹模量试验相同.要求在加载过程中，每到一定荷载，就读记一次形变，在试要求在加载过程中，每到一定荷载，就读记一次形变，在试件破坏前应能记录件破坏前应能记录67次荷载和相应形变。然后将试件压至次荷载和相应形变。然后将试件压至破坏，读记破坏时的荷载和形变。并绘制单位压力与形变的破坏，读记破坏时的荷载和形变。并绘制单位压力与形变的关系曲线，必要时对曲线进行修正。关系曲线，必要时对曲线进行修

40、正。 路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数4、路面材料的设计参数 1）无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料疲劳强度的试验无机结合料稳定材料抗拉强度试验方法主要有直接抗拉试验、间接抗拉试验和弯拉试验。常用的疲劳强度试验有弯拉疲劳试验和劈裂疲劳试验。 我国规范采用劈裂疲劳试验方法。路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数4、路面材料的设计参数 1）无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料的设计参数-疲劳参数 路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数4、路面材料的设计参数 1）无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料的设计参数-疲劳参数 路面结构荷载及材料 (2

41、)课件第四节 路面结构设计参数4、路面材料的设计参数 1）无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料的设计参数-模量参数 路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数4、路面材料的设计参数 1）无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料的设计参数-模量参数 路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数4、路面材料的设计参数 1）无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料的设计参数-模量参数建议值 路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数2、路面材料的设计参数 2）沥青混凝土材料沥青混凝土的抗压试验沥青混合料的弯沉计算时抗压回弹模量的试验温度为20、弯拉验算时抗压回弹模量的试验温

42、度为15、劈裂强度的试验温度也为15。试验采用圆柱体试件，其直径为100mm，高为100mm，试验加载的速率为2mm/min。试件成型采用静压法、轮碾法、搓揉法和旋转压实成型法，试件的密度应符合马歇尔标准击实密度100，用于抗压强度试验的试件个数不得少于3个，用于抗压回弹试验的试件个数不得少于36个。对抗压强度要求以2mm/min的加载速率均匀加载直至破坏，由破坏荷载P和圆柱体试件的面积参数计算得出试件的抗压强度（MPa）。路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数2、路面材料的设计参数 2）沥青混凝土材料沥青混凝土的劈裂试验沥青混凝土的劈裂试验既可以为沥青路面设计提供设计参数，也

43、可以评价沥青混凝土的低温特性。当用于评价沥青混凝土的低温特性时的试验温度为-10（试验加载速率为1mm/min）。我国沥青混凝土路面的设计参试采用静参数，采用的试验温度为15、试验加载速率为50mm/min，计算时相应的泊松比采用0.30。试件马歇尔击实成型的方法、轮碾机成型的板体试件和道路现场钻孔试件。采用马歇尔击实成型的试件的尺寸要求为直径101.6mm，高为63.5mm；轮碾机成型的板体试件和道路现场钻孔试件的尺寸要求为直径100mm或150mm，高为40mm。路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数2、路面材料的设计参数 2）沥青混凝土材料沥青混凝土材料的设计参数-模量参

44、数建议值路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数2、路面材料的设计参数 3）水泥混凝土材料水泥混凝土抗折强度和水泥混凝土抗折弹性模量水泥混凝土抗折强度试件为直角棱柱体小梁，标准试件尺寸为150mm*150mm*550mm，在标准条件下，经养护28d后，按三分点处双点加载 (如图6-11)测定其抗折强度(fcf) 和抗折弹性模量。路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数2、路面材料的设计参数 3）水泥混凝土材料 水泥混凝土抗折强度和水泥混凝土抗折弹性模量参数值路面结构荷载及材料 (2)课件第四节 路面结构设计参数2、路面材料的设计参数 4）无粘结材料重复荷载三轴试验

45、无粘结粒状材料的回弹反应通常是通过回弹模量和泊松比表现其特性。对于有恒定围压的重复荷载三轴试验。无粘结材料参数取值路面结构荷载及材料 (2)课件第五节 路面材料的累积变形与疲劳破坏 1）路面材料处于弹塑性工作状态：重复荷载作用引起塑形变形累积，当累积变形超出一定限度即造成路面使用功能下降至允许限度以下，从而出现破坏极限状态（此为使用极限状态） 2）路面材料处于弹性工作状态：重复荷载作用虽不产生塑性变形，但结构内产生微裂缝，当微量损伤累积到一定限度时即致使路面材料出现疲劳断裂，达到破坏极限状态（即结构承载疲劳极限状态）（*这种重复荷载的大小远小于材料一次性受力破坏时的荷载大小）11、路面结构破坏

46、的极限状态、路面结构破坏的极限状态路面结构荷载及材料 (2)课件第五节 路面材料的累积变形与疲劳破坏水泥混凝土：处于弹性工作状态，呈现疲劳破坏。沥青混合料：低温环境中基本处于弹性工作状态，出现疲劳破坏；高温环境处于弹塑性工作状态，出现累积变形；温度在上述范围内变化时则兼有疲劳破坏和累积变形两种极限状态。无机结合料稳定材料：低龄期时处于低塑性的弹塑性状态，其后基本处于弹性工作状态，因此使用过程中主要为疲劳破坏极限状态。碎（砾）石：属于松散类材料，具有移动变形，可引起结构塑性变形累积，但在其上有结合料类材料时可因支撑不足引起其上材料的疲劳破坏。 土（碎石土）：细粒土受大气湿度影响，因此路面结构处于

47、弹塑性工作状态，塑性变形累积是主要极限状态形式。22、路面材料在重复载下破坏类型、路面材料在重复载下破坏类型路面结构荷载及材料 (2)课件第五节 路面材料的累积变形与疲劳破坏3、疲劳概念疲劳：路面材料在承受重复荷载作用时会出现比静载一次作用破坏应力值低的材料破坏，这种材料强度降低的现象称为 。疲劳破坏：材料由于微结构不均匀诱发应力集中而出现微损伤，在重复应力作用下微量损伤累积扩大而导致的结构破坏称为 。疲劳强度： 承受规定重复荷载作用所对应的应力（应变）值称为 。路面结构荷载及材料 (2)课件第五节 路面材料的累积变形与疲劳破坏3、疲劳概念疲劳极限：重复作用次数随重复应力（应变）值的减少而随增

48、加，当重复应力（应变）值减少到重复荷载作用次数无限大时的重复应力（应变）值即称为 。疲劳寿命：材料从开始加载到破坏所对应的重复荷载作用次数称为疲劳曲线：将重复弯拉应力（应变） r（r ）与一次加载破坏的极限弯拉应力（应变）的比值(称为应力比或应变比)作为纵坐标，绘制出r/f或r/ f与重复作用次数Nf的关系曲线，即称为 。路面结构荷载及材料 (2)课件第五节 路面材料的累积变形与疲劳破坏4、无机结合料处治的混合料 及水泥混凝土的疲劳特性通过小梁试件施加重复应力（应变）来试验，可点绘出不同应力（应变）比水平对应的重复荷载作用次数，从而得到疲劳曲线，并可回归出疲劳方程：r/f =-lgNf。水泥混

49、凝土材料，Nf=107时应力比r/f =0.50，此时不出现疲劳破坏。无机结合料稳定材料的疲劳极限明显低于水泥混凝土。路面结构荷载及材料 (2)课件第五节 路面材料的累积变形与疲劳破坏5、沥青混合料的疲劳特性沥青混凝土材料疲劳试验有控制应力与控制应变两种试验方法；厚沥青路面宜采用控制应力的方法；薄沥青路面宜采用控制应变的方法，介于两者之间时可采取其中一种方法。目前一般建议采用控制应变的方法。路面结构荷载及材料 (2)课件第五节 路面材料的累积变形与疲劳破坏 6、Miner定律不同车型荷载作用下的材料，其所出现的疲劳损伤可以进行线性叠加，某一级荷载对材料疲劳寿命的影响可表示为ni/(Nf)i。材

50、料的综合损伤为各级荷载重复作用消耗的材料疲劳寿命的总和，即： D= ni/(Nf)i （i=1，m）路面结构荷载及材料 (2)课件复习题1、简述路面基层的功能与作用及对其材料的技术要求。2、何谓底基层？为何对底基层材料要求可较基层低？3、何谓垫层？其主要功能？通常在什么场合下需设置垫层？用作垫层的材料有何特点？列举两种垫层材料。4、为何基层材料的耐磨性可不予重视？基层施工中也应保证有平整的表面，有此要求的必要性何在？5、何谓累计当量轴次Ne？怎样确定？它在路面设计中有何用处？6、不同轴载通行次数是按等效原理进行换算的，请说明该“等效原理”的主要依据是什么？7、碎砾石在不同偏应力下抵抗累积变形性

51、能有何不同？路面结构荷载及材料 (2)课件复习题8、名词解释：疲劳、疲劳破坏、疲劳极限、疲劳曲线、疲劳寿命、疲劳方程，Miner定律9、不同路面材料的疲劳特性有何不同？ 10、请对表21中的序号为1、9、15按沥青路面要求进行轴载换算？11、加如表21中的汽车超载10、20、50，上面的结果如何？12、请对表21中的序号为1、9、15按水泥混凝土路面要求进行轴载换算？13、加如表21中的汽车超载10、20、50，上面按水泥混凝土路面要求进行轴载换算的结果如何？路面结构荷载及材料 (2)课件课外任务课外任务一：课外任务一：请谈谈你对路面上行驶的车辆荷载对路面作用的瞬时性与重复性的认识，并请根据其不利方面提出你认为合理的结构考虑措施!路面结构荷载及材料 (2)课件