路面结构荷载及材料1课件

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1、第八章第八章 交通荷载交通荷载 环境因素和力学参数环境因素和力学参数路面结构荷载及材料(1)课件主要内容主要内容u第一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类 Pavement Structure and Typesu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 Factorsu第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数 Traffic and its Parametersu第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数 Structure Design Parametersu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 Accum

2、ulated Deformation and Fatigue Distress路面结构荷载及材料(1)课件第一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类u1、沥青路面、沥青路面(Asphalt Pavement)p柔性基层沥青路面柔性基层沥青路面(Asphalt pavement with flexible base)p半刚性基层沥青路面半刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with semi-rigid base)p刚性基层沥青路面刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with rigid base)p全厚式沥青路面全厚式沥青路面 (Full Depth a

3、sphalt pavement)路面结构荷载及材料(1)课件第一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类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

4、载及材料(1)课件第一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类u3、水泥混凝土路面（水泥路面）水泥混凝土路面（水泥路面）p普通混凝土（普通混凝土（JPCP）p钢筋混凝土（钢筋混凝土（JRCP）p连续配筋混凝土（连续配筋混凝土（CRCP）p钢纤维混凝土钢纤维混凝土p预应力混凝土、装配式混凝土、碾压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(1)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

5、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，并并按各结构层次的特定状况进行相应的材料要求。按各结构层次的特定状况进行相应的材料要求。44、路面的结构层次与材料要求路面的结构层次与材料要求第一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类路面结构荷载及材料(1)课件 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、基基层层和路基和路基三个层次，基层中包括底基层在内。三个层次，基层中

6、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）。材料的使用应能适应此功能要求。映）。材料的使用应能适应此功能要求。第一节第一节 路面结构及其分类

7、路面结构及其分类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(1)课件 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

8、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定性；同时，稳定性；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。 路路基基垫垫层层：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

9、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，如如防防砂土基础挤入基层、软土地基扩散应力、冻土保温隔温等。砂土基础挤入基层、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第一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类路面结构荷载及材料(1)课件 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

10、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的材料或土。材料或土。 路基垫层路基垫层： 材料主要有松散粒料类透水层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。第一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类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(1)课件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，

11、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第一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类路面结构荷载及材料(1)课件 路面类型可从不同角度来进行划分，一般常按照面路面类型可从不同角度来进行划分，一

12、般常按照面层所用的材料来进行区分，如层所用的材料来进行区分，如水泥混凝土路面、沥青路水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面面、砂石路面等等。但在等等。但在工程设计中，则主要从路面结工程设计中，则主要从路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发，将路面划分为构的力学特性和设计方法的相似性出发，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、路面的分类第一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类路面结构荷载及材料(1)课件 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

13、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）石面层或块石面层组成的路面结构。石面层或块石面层组成的路面结构。 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、弹弹性性模模量量高高、处处于于板板体体工工作作状状态态，传传递递给给基基础础的单位压力小。的单位压力小。 半半刚刚性性路路面面 通通过过改改善善沥沥青青混混凝凝土土性性能能使使其其呈呈半半刚刚性性特特性性，其刚度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。其刚度介

14、于沥青混凝土和水泥混凝土之间。第一节第一节 路面结构及其分类路面结构及其分类55、路面的分类、路面的分类路面结构荷载及材料(1)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温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀的冻胀温度温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割造成水泥砼路面的温度应力及条块分割温度温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低温开裂温开裂 11、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(1)课件图图2-9 温度对沥青混凝土动弹性模量的影响温度对沥青混凝土动弹性模量的影响-20-

15、100 10203040温度（温度（）动动弹弹性性模模量量（MPa）22、温度湿度对道路的影响概述、温度湿度对道路的影响概述第二节第二节 环境因素对道路的影响环境因素对道路的影响路面结构荷载及材料(1)课件图图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（）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22、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(1)课

16、件图图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气温气温月份月份温度（温度（）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22、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(1)课件图图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（）第二节第二节 环境因素对道路的影响环境因素对道路

17、的影响22、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(1)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（温度（）深度（深度（cm）5:008:0024:0010:0019:0016:0014:0022、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(1)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0.31

18、710121416182022242468232629322000.60.91.2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）22、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(1)课件湿度湿度对路基的影响：对路基的影响：湿软、冰冻及整体不稳定，需设置良好的排水设施，湿软、冰冻及整体不稳定，需设置良好的排水设施，并控制路基的干湿类型并控制路基的干湿类型湿度湿度对路面的影响：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度，造成路面破坏，并

19、可进一步加剧路面透水性 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33、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(1)课件第三第三节节 交通交通荷载荷载参数参数图图2-10 湿度对路基刚度的影响湿度对路基刚度的影响含水量含水量(%)重复应力28kPa80020103040120回弹模量（回弹模量（MPa）-20-100 10203040温温度度（）动动弹弹性性模模量量（MPa）33、湿度对道路的影响概述、湿度对道路的影响概述第二节第二节 环境因素对道路的影响环境因素对道路的影响路面结构荷载及材料(1)课件第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数u1、行车荷载及其对路面的影

20、响、行车荷载及其对路面的影响p汽车荷载既是路基路面的服务对象，又是造成路基路面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；结构损伤的主要原因；p它是不断移动着的、具有振动和冲击影响的它是不断移动着的、具有振动和冲击影响的动荷载；动荷载；p汽车荷载的特性包括汽车荷载的特性包括汽车轮重与轴重的大小与特性汽车轮重与轴重的大小与特性、车车轴的布置轴的布置、汽车轴载的时间分布特性汽车轴载的时间分布特性、以及汽车静态与以及汽车静态与动态荷载的特性比较动态荷载的特性比较等不同方面。等不同方面。路面结构荷载及材料(1)课件第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数u2 2、车辆的种类与作用

21、特点、车辆的种类与作用特点p道路上通行的汽车车辆主要分为道路上通行的汽车车辆主要分为客车与货车客车与货车两大类。两大类。p客车又分为客车又分为小客车、中客车与大客车小客车、中客车与大客车；p货车又分为货车又分为整车、牵引式挂车和牵引式半挂车整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。p汽车及其客货总重量通过车身传递到车轴，再传递到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，路面结构设计主要轮，最终由轮胎传递到路面，因此，路面结构设计主要以以轴重轴重或者或者轮压轮压来进行控制。来进行控制。路面结构荷载及材料(1)课件第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数u2 2、车辆的

22、种类与作用特点、车辆的种类与作用特点轴载轴型分布轴载轴型分布 p单轴单轮单轴单轮 p单轴双轮单轴双轮p双轴单轮双轴单轮p双轴双轮双轴双轮p多轴多轮多轴多轮路面结构荷载及材料(1)课件第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数 汽车的轴型汽车的轴型路面结构荷载及材料(1)课件第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数图图2-1 2-1 不同轴型的货车示意图不同轴型的货车示意图 汽车的轴型简化图汽车的轴型简化图路面结构荷载及材料(1)课件第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数u3 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

23、为辆的前轴为两个单轮组成的单轴（轴载约为P/3P/3），），极少数汽车前轴为双轴单轮组（轴重约为极少数汽车前轴为双轴单轮组（轴重约为P/2P/2）。大）。大部分货车后轴由双轮组组成，有单轴、双轴和三轴部分货车后轴由双轮组组成，有单轴、双轴和三轴等三种，大部分轴重在等三种，大部分轴重在100KN100KN以下，一般都在以下，一般都在6060130KN130KN范围以内。范围以内。u4 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轮胎对路面的静态压力大小与胎内压相接近，压面近似为圆形，压相接近，压面近似为圆形，d d由由p p、P P来计算，来计算，p p可可近似取轮胎气压。近似取

24、轮胎气压。路面结构荷载及材料(1)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)第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数路面结构荷载及材料(1)课件对于双轮组车轴，可以按双圆考虑，也可以按单圆对于双轮组车轴，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：对待，其当量圆的直径计算如下：a)a)双圆荷载的当量圆半径双圆荷载的当量圆半径：b)b)单圆荷载的当量圆直径单圆荷载的当量圆直径D D：第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数荷载圆半径和直径荷载圆半

25、径和直径路面结构荷载及材料(1)课件5 5、运动车辆对道路的动态影响、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道路上行驶的汽车除给路面施加垂直静压力垂直静压力外，还施加外，还施加水平水平力力和和振动力振动力，对路面固定点而言，这种影响又具有，对路面固定点而言，这种影响又具有瞬时性和重复瞬时性和重复性性。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)第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数路面结构荷载及材料(1)课件1

26、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，为路表与车轮的附着系数，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、波浪及车辙等病害致推挤、拥包、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，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。应以静轮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

27、用时间约为0.010.010.10s0.10s，结构变形来不及呈，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现，瞬时作用利于结构，但多次重复作用又易使其疲劳。第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数路面结构荷载及材料(1)课件表表2-2 纵纵向向滑滑移移路路面面附附着着系系数数路面状况路面状况路面类型路面类型车速（车速（km/hkm/h）121232326464干燥干燥碎石碎石0.600.60沥青混凝土沥青混凝土0.700.701.001.000.500.500.650.65水泥混凝土水泥混凝土0.700.700.850.850.600.600.800.80潮湿潮湿碎石碎石

28、0.400.40沥青混凝土沥青混凝土0.400.400.650.650.100.100.500.50水泥混凝土水泥混凝土0.600.600.700.700.350.350.550.55路表与车轮的附着系数路表与车轮的附着系数第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数路面结构荷载及材料(1)课件u6 6、标准轴载、标准轴载 Standard Axle Load Standard Axle Loadp作用在路面的设计荷载千变万化，一般选用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，其一种轴载作为路面结构设计的标准轴载，其他各种轴载按照一定原则换算成标准轴载。他各种轴载按照

29、一定原则换算成标准轴载。p标准轴载标准轴载要求对路面的响应较大、又能反映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。本国公路运输运营车辆的总体轴载水平。第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数路面结构荷载及材料(1)课件u7 7、超载与超限、超载与超限 overload and over limit overload and over limitp超载运输超载运输是车辆所装载货物超过车辆额定载货质量。是车辆所装载货物超过车辆额定载货质量。p超限运输超限运输指运输车辆超过路面结构的容许承载能力。指运输车辆超过路面结构的容许承载能力。p超载但不超限超载但不超限的车辆对路面的使用

30、寿命有一定的影响，的车辆对路面的使用寿命有一定的影响，超载且超限超载且超限的车辆对路面的使用寿命有很大的影响，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。生严重的安全事故。第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数路面结构荷载及材料(1)课件1）交通调查与重复荷载交通调查与重复荷载 交通量调查与分析：交通量调查与分析：调查内容包括交通总量、车型分布、轴型轴载、调查内容包括交通总量、车型分布、轴型轴载、实载率

31、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，主要是轴重轴重。 轴载组成与轴载换算：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不同轴载的作用次数的频率组成即为轴载谱轴载谱，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。它轴载的作用次数，从而可使用标准轴载来综合累计。 2 2）轮迹横向分布：轮迹

32、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总轴载作用按一定规律分布于车道横断面的现象称为轮迹横向分布，车道综合累计需考虑。为轮迹横向分布，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第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数路面结构荷载及材料(1)课件第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数序号轴型分布代表车型代号整车类1中型货车(载重2.510T)跃进、解放、东风等U1.12重型货车(载重10T)黄河、罗曼、斯太尔等U1.1大通、交通、太脱拉等U1.2半挂类33轴半挂车解放、东风等国产牵引车S1.1.144轴半挂车斯堪尼亚、沃尔沃、斯太尔等进口牵引车

33、或红岩、黄河等引进技术生产的牵引车 S1.1.255轴半挂车S1.2.2S1.2.36=6轴半挂车S1.2.3按轴型分类的车辆类别按轴型分类的车辆类别 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(1)课件第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数轴型分型分类及代号及代号轴型示意型示意图整车类Single Unit TruckU1.1U1.2半挂类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(1)课件2）车辆荷载的轮迹横向分布车辆荷载的轮迹横向分布第三节

34、第三节 交通荷载参数交通荷载参数图图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（混合行驶双车道）（混合行驶双车道）路面结构荷载及材料(1)课件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下在使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）；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厚度相同用不同标准轴载设计的路面结构厚度相同。3 3）轴载换算系数公式

35、：）轴载换算系数公式：第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数路面结构荷载及材料(1)课件第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数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(1)课件第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数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(1)课件第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数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(1)课件 6 6）累计轴载作用次数）累计轴载作用次数初始年平均日交通量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累计交通量设

36、计年限内一个车道内的累计交通量设计年限内一个车道内的累计交通量第三节第三节 交通荷载参数交通荷载参数路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u1、土基的力学强度特性及其设计参数、土基的力学强度特性及其设计参数p1）土的非线性特性）土的非线性特性路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u1、土基的力学强度特性及其设计参数、土基的力学强度特性及其设计参数 p2 2）土基的模量土基的模量路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u1、土基的力学强度特性及其设计参数、土基的力学强度特性及其设计参数p2

37、2）土基的模量土基的模量（1 1）初始切线模量）初始切线模量应力值为零时的应力应力值为零时的应力-应变曲线的正切，应变曲线的正切，如图如图所示，代表加荷开始时土的应力所示，代表加荷开始时土的应力-应变关系。应变关系。（2 2）切线模量）切线模量某一应力级位处应力某一应力级位处应力-应变曲线的斜率，如应变曲线的斜率，如图图所示，反映土在该级位应力所示，反映土在该级位应力-应变变化的精确关系。应变变化的精确关系。（3 3）割线模量）割线模量以某一应力值对应的曲线上的点同起始点以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线的斜率，如图相连的割线的斜率，如图所示，反映在该应力级范围内的应所示，反映在该

38、应力级范围内的应力力-应变关系的平均情况。应变关系的平均情况。（4 4）回弹模量）回弹模量应力卸除阶段应力应力卸除阶段应力-应变曲线的割线模量，应变曲线的割线模量，如图如图所示，反映土在回弹变形范围内的应力所示，反映土在回弹变形范围内的应力-应变关系的平应变关系的平均情况。均情况。 路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u1、土基的力学强度特性及其设计参数、土基的力学强度特性及其设计参数p 3）土基的流变性质）土基的流变性质 Rheological property土的变形随时间变化的关系。土在荷载作用下的变形不仅与荷土的变形随时间变化的关系。土在荷载作用下

39、的变形不仅与荷载大小有关，而且还与荷载作用的持续时间有关，是一种具有载大小有关，而且还与荷载作用的持续时间有关，是一种具有流变性质的材料。流变性质的材料。 路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u1、土基的力学强度特性及其设计参数、土基的力学强度特性及其设计参数p4）土基回弹模量测试）土基回弹模量测试 resilient modulus回弹模量回弹模量能较好地反映土基所具有的部分弹性性质，可以用回能较好地反映土基所具有的部分弹性性质，可以用回弹模量表示土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。我国公弹模量表示土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。我国公路水泥混凝

40、土路面、沥青路面设计方法都以回弹模量路水泥混凝土路面、沥青路面设计方法都以回弹模量E作为土作为土基的刚度指标基的刚度指标 路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u1、土基的力学强度特性及其设计参数、土基的力学强度特性及其设计参数p4）土基回弹模量测试）土基回弹模量测试测定时宜采用逐级加载测定时宜采用逐级加载卸载法卸载法（直径（直径30.4cm的板）的板）。每。每一级荷载经过加载和卸载，取得稳定的回弹弯沉之后，再加下一级荷载经过加载和卸载，取得稳定的回弹弯沉之后，再加下一级荷载，如此施加一级荷载，如此施加n级荷载后，即可点绘出荷载级荷载后，即可点绘出荷载-弯沉

41、曲线。弯沉曲线。在多数情况下，试验曲线呈非线性。在确定模量时，可以根据在多数情况下，试验曲线呈非线性。在确定模量时，可以根据土基实际受的土基实际受的压力范围压力范围或可能产生的或可能产生的弯沉范围弯沉范围在曲线上取值。在曲线上取值。路面设计中，按路面设计中，按1mm线性归纳法线性归纳法来确定土基的回弹模量。来确定土基的回弹模量。路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u1、土基的力学强度特性及其设计参数、土基的力学强度特性及其设计参数p5）地基反应模量）地基反应模量 reaction modulus文克勒地基模型是原捷克斯洛伐克工程师文克勒文克勒地基模型是原捷

42、克斯洛伐克工程师文克勒(Winkler)1876年提出的，其基本假定是地基上任一点的弯沉年提出的，其基本假定是地基上任一点的弯沉仅与作用于该点的压力仅与作用于该点的压力p成正比，而与相邻点处的压力无关。成正比，而与相邻点处的压力无关。直径直径76cm76cm的刚性板测定。当的刚性板测定。当地基较软弱地基较软弱时，时，取取l=0.127cm时相对应的压力时相对应的压力p计算地基计算地基反应模量；当反应模量；当地基较为坚硬地基较为坚硬时，取单位压时，取单位压力力p=0.07MPa时相对应的弯沉值时相对应的弯沉值l计算计算地基反应模量。地基反应模量。 路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结

43、构设计参数路面结构设计参数u1、土基的力学强度特性及其设计参数、土基的力学强度特性及其设计参数p6）加州承载比）加州承载比CBR California Bearing Ratio加州承载比加州承载比CBR是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料承载能力的试验方法。承载能力的试验方法。承载能力承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用标准碎石的承载能力为标准，以相对值的的能力表征，并采用标准碎石的承载能力为标准，以相对值的百分数表示百分数表示CBR值。值。路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构

44、设计参数u1、土基的力学强度特性及其设计参数、土基的力学强度特性及其设计参数p7）土基的设计参数的确定）土基的设计参数的确定我国在测定土基回弹模量时，常采用直径我国在测定土基回弹模量时，常采用直径30.4cm的刚性承载的刚性承载板板用加载卸载的试验方法。试验通常在不利时期进行，并取用加载卸载的试验方法。试验通常在不利时期进行，并取有有84.1概率概率的回弹模量值作为土基回弹模量的计算值。规范的回弹模量值作为土基回弹模量的计算值。规范给出我国土基回弹模量设计参数选用的建议值。给出我国土基回弹模量设计参数选用的建议值。土基回弹模量与土基回弹模量与CBR的关系一直是世界各国在路基土研究中比的关系一直

45、是世界各国在路基土研究中比较关心的内容。根据试验给出了国内外部分较关心的内容。根据试验给出了国内外部分土基回弹模量与土基回弹模量与CBR的关系的关系，设计是可以根据实际参考选用。，设计是可以根据实际参考选用。资料来源料来源关系式关系式附注附注壳牌石油公司壳牌石油公司为动弹性模量动弹性模量为静弹性模量静弹性模量英国英国TRRL为动弹性模量动弹性模量美国地美国地沥青青协会法会法 AI为动弹性模量动弹性模量路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u1、土基的力学强度特性及其设计参数、土基的力学强度特性及其设计参数p8）土基设计参数的取值）土基设计参数的取值路面结构荷

46、载及材料(1)课件l1）主要材料类型）主要材料类型松散颗粒型材料松散颗粒型材料 granular沥青结合类材料沥青结合类材料 asphalt mixture无机结合料类材料无机结合料类材料 inorganic binding material水泥混凝土材料水泥混凝土材料 cement concrete 由由于于材材料料（整整体体性性材材料料和和非非整整体体性性材材料料）的的基基本本性性质质和和成成型型方方式式的的不不同同，各各种种路路面面结结构构具具有有不不同同的的力力学学强强度度特特性性（即即应应力力- -应应变变关关系系），也也使得路面具有不同的使用品质和使用寿命。使得路面具有不同的使用品

47、质和使用寿命。第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数2、路面材料的几种强度、路面材料的几种强度路面结构荷载及材料(1)课件 2）抗剪强度）抗剪强度 shear strength 摩尔摩尔库仑强度理论：库仑强度理论： =c+ tg 其其中中c和和 是是表表征征路路面面材材料料抗抗剪剪强强度度的的两两项项参参数数，c是是材材料料的的粘粘结结力力（kpa）， 是是材材料料内内摩摩阻阻角角，对对于于土土，可可以以通通过过直直剪剪试试验验得得到到；对对于于松松散散粒粒料料无无法法做做直直接接剪剪切切试试验验，可可用用三轴压缩试验三轴压缩试验测定。测定。2、路面材料的几种强度、路面材料的几种强度图

48、图2-27 2-27 三轴试验确定三轴试验确定c.c.c第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u2、路面材料的几种强度、路面材料的几种强度p3）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力。材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测定的强度。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。也有侧压的强度试验：也有侧压的强度试验：三轴试验；三轴试验；钢管混凝土；钢管混凝土；描述实际的状态，如路面

49、的三位状态描述实际的状态，如路面的三位状态。 路面结构荷载及材料(1)课件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，材料抗拉强度不足即可引起路面结构拉伸断裂。材料抗拉强度不足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，可采用可采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

50、度。5）抗弯拉强度）抗弯拉强度 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般采用一般采用简支梁三分点加载简支梁三分点加载进行测定。进行测定。第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数2、路面材料的几种强度、路面材料的几种强度路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数3、路面材料的强度试验、路面材料的强度试验1）抗压强度试验）抗压强度试验一般有大试件、中试件和小试件。一般有大

51、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。路面结构荷载及材料(1)课件图图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pp11232154第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数3、路面材料的强度试验、路面材料的强度试验2）抗拉强度试验）抗拉强度试验直接拉伸试验和间接拉伸试验

52、直接拉伸试验和间接拉伸试验路面结构荷载及材料(1)课件图图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；3-3-支点；支点；4-4-顶杆；顶杆；5-5-千分表千分表) )LPhl/3l/321345l1l0第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数3、路面材料的强度试验、路面材料的强度试验3）抗拉强度试验）抗拉强度试验弯拉试验弯拉试验4）抗剪强度试验）抗剪强度试验路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u4、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p1）无机结合料稳定材料）无机结合料稳定材料无机结

53、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：直制备试件、试件高：直径径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（整个养生期间的温度，在北方地区应保持度，在北方地区应保持202，在南方地区应保持，在南方地区应保持252，养，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顶上约2.5cm）、侧向没有围压时的单轴抗压强度。）、侧向没有围压时的单轴抗压强度。路面结构荷载及材料(1

54、)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u4、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p1）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强度试验（间接抗拉强度）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，只是在试验时在时在侧向测定试件侧向测定试件的最大劈裂强度，计算得到无机结合料稳定的最大劈裂强度，计算得到无机结合料稳定材料的劈裂强度。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

55、也放一压条（上下压条与试件的接触线必须位于试件直的顶面也放一压条（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。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(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u4、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p1）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

56、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

57、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(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u4、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p1）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，在试件要求在加载过程中，每到一定荷载，就读记一次形变，在试件破坏前应能记录破坏前应能记录67次荷载和相应形变。然后将试件压至

58、破坏，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关系曲线，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。必要时对曲线进行修正。 路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u4、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p1）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疲劳强度的试验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、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间接抗拉试

59、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。验和劈裂疲劳试验。 我国规范采用我国规范采用劈裂疲劳试验方法劈裂疲劳试验方法。路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u4、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p1）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设计参数无机结合料稳定材料的设计参数-疲劳参数疲劳参数 路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u4、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p1）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设计参数无机结合料稳定材料的设计参数

60、-疲劳参数疲劳参数 路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u4、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p1）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设计参数无机结合料稳定材料的设计参数-模量参数模量参数 路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u4、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p1）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设计参数无机结合料稳定材料的设计参数-模量参数模量参数 路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u4、路面材料的设计参数、

61、路面材料的设计参数 p1）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设计参数无机结合料稳定材料的设计参数-模量参数建议值模量参数建议值 路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u2、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p2）沥青混凝土材料）沥青混凝土材料沥青混凝土的抗压试验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、弯拉验算时抗压回弹模量的试验温度为拉验算时抗压回弹模量的试验温度为15、劈裂强度的试验温、劈裂强度的试验温度也为度也为15。试验采用圆柱体试件试验采用

62、圆柱体试件，其直径为，其直径为100mm，高为，高为100mm，试验，试验加载的速率为加载的速率为2mm/min。试件成型采用静压法、轮碾法、搓。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度100，用于抗压强度试验的试件个数不得少于，用于抗压强度试验的试件个数不得少于3个，用于抗个，用于抗压回弹试验的试件个数不得少于压回弹试验的试件个数不得少于36个。对抗压强度要求以个。对抗压强度要求以2mm/min的加载速率均匀加载直至破坏，由破坏荷载的加载速率均匀加载直至破坏，由破坏荷载P和圆柱和圆柱体试件的

63、面积参数计算得出试件的抗压强度（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(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u2、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p2）沥青混凝土材料）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，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也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低温特性时的试验温度为-10（试验加载速率为（试验加载速率为1mm/min）。）

64、。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，采用的试验温度为为15、试验加载速率为、试验加载速率为50mm/min，计算时相应的泊松比采，计算时相应的泊松比采用用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。采用场钻孔试件。采用马歇尔击实成型马歇尔击实成型的试件的尺寸要求为直径的试件的尺寸要求为直径101.6mm，高为，高为63.5mm；轮碾机成型的板体试件轮碾机成型的板体试件和和道路现场钻道路现场钻孔试件孔试件的尺寸要求为直径的尺寸要求为直径100mm或或1

65、50mm，高为，高为40mm。路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u2、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p2）沥青混凝土材料）沥青混凝土材料沥青混凝土材料的设计参数沥青混凝土材料的设计参数-模量参数建议值模量参数建议值路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u2、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p3）水泥混凝土材料）水泥混凝土材料水泥混凝土抗折强度和水水泥混凝土抗折强度和水泥混凝土抗折弹性模量泥混凝土抗折弹性模量水泥混凝土抗折强度试件为直水泥混凝土抗折强度试件为直角棱柱体小梁，标准试件尺寸角棱柱体小梁，标准

66、试件尺寸为为150mm*150mm*550mm，在标准条件下，经养护在标准条件下，经养护28d后，后，按三分点处双点加载按三分点处双点加载 (如图如图6-11)测定其抗折强度测定其抗折强度(fcf) 和和抗折抗折弹性模量。弹性模量。路面结构荷载及材料(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u2、路面材料的设计参数、路面材料的设计参数 p3）水泥混凝土材料）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(1)课件第四节第四节 路面结构设计参数路面结构设计参数u2、路面材料的设计参数、路面材料的设计

67、参数 p4）无粘结材料）无粘结材料重复荷载三轴试验重复荷载三轴试验 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。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无粘结材料参数取值路面结构荷载及材料(1)课件第五节第五节 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11、路面结构破坏的极限状态、路面结构破坏的极限状态 1）路路面面材材料料处处于于弹弹塑塑性性工工作作状状态态：重重复复荷荷载载作作用用引引起起塑塑形形变变形形累累积积，当当累累积积变变形形超超出出一一定定

68、限限度度即即造造成成路路面面使使用用功功能能下下降降至至允允许许限限度度以以下下，从从而而出出现现破破坏坏极极限限状状态态（此此为为使使用极限状态用极限状态） 2）路路面面材材料料处处于于弹弹性性工工作作状状态态：重重复复荷荷载载作作用用虽虽不不产产生生塑塑性性变变形形，但但结结构构内内产产生生微微裂裂缝缝，当当微微量量损损伤伤累累积积到到一一定定限限度度时时即即致致使使路路面面材材料料出出现现疲疲劳劳断断裂裂，达达到到破破坏坏极极限限状状态态（即即结结构构承承载载疲疲劳劳极极限限状状态态）（*这这种种重重复复荷荷载载的的大大小小远远小于材料一次性受力破坏时的荷载大小小于材料一次性受力破坏时的

69、荷载大小）路面结构荷载及材料(1)课件第五节第五节 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水泥混凝土：水泥混凝土：处于弹性工作状态，呈现疲劳破坏。处于弹性工作状态，呈现疲劳破坏。沥沥青青混混合合料料：低低温温环环境境中中基基本本处处于于弹弹性性工工作作状状态态，出出现现疲疲劳劳破破坏坏；高高温温环环境境处处于于弹弹塑塑性性工工作作状状态态，出出现现累累积积变变形形；温温度度在在上上述范围内变化时则兼有述范围内变化时则兼有疲劳破坏和累积变形疲劳破坏和累积变形两种极限状态。两种极限状态。无无机机结结合合料料稳稳定定材材料

70、料：低低龄龄期期时时处处于于低低塑塑性性的的弹弹塑塑性性状状态态，其其后后基基本本处处于于弹弹性性工工作作状状态态，因因此此使使用用过过程程中中主主要要为为疲疲劳劳破破坏坏极限状态。极限状态。碎碎（砾砾）石石：属属于于松松散散类类材材料料，具具有有移移动动变变形形，可可引引起起结结构构塑塑性性变变形形累累积积，但但在在其其上上有有结结合合料料类类材材料料时时可可因因支支撑撑不不足足引引起起其其上材料的疲劳破坏。上材料的疲劳破坏。 土土（碎碎石石土土）：细细粒粒土土受受大大气气湿湿度度影影响响，因因此此路路面面结结构构处处于于弹塑性工作状态，弹塑性工作状态，塑性变形累积塑性变形累积是主要极限状态

71、形式。是主要极限状态形式。路面结构荷载及材料(1)课件第五节第五节 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u3、疲劳概念、疲劳概念p疲劳：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，这种坏应力值低的材料破坏，这种材料强度降低的现象称为材料强度降低的现象称为 。p疲劳破坏：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复应力作用下微量损伤累积扩大而导致的结构破坏称为结构破坏称为 。p疲劳强度：疲劳

72、强度： 承受规定重复荷载作用所对应的应力（应变）值承受规定重复荷载作用所对应的应力（应变）值称为称为 。路面结构荷载及材料(1)课件第五节第五节 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u3、疲劳概念、疲劳概念p疲劳极限：疲劳极限：重复作用次数随重复应力（应变）值的减少而随增加，当重复作用次数随重复应力（应变）值的减少而随增加，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）值减少到重复荷载作用次数无限大时的重复应力（应变）值重复应力（应变）值即称为即称为 。p疲劳寿命：疲劳寿命：材料从开始加载到破坏所对应的材料从开始加载到破坏所对应的重复荷载作用次数重复荷

73、载作用次数称为称为p疲劳曲线：疲劳曲线：将重复弯拉应力（应变）将重复弯拉应力（应变） r（r ）与一次加载破坏的极限与一次加载破坏的极限弯拉应力（应变）的比值弯拉应力（应变）的比值(称为应力比或应变比称为应力比或应变比)作为纵坐作为纵坐标，绘制出标，绘制出 r/ f或或r/ f与重复作用次数与重复作用次数Nf的关系曲线的关系曲线，即，即称为称为 。路面结构荷载及材料(1)课件第五节第五节 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u4、无机结合料处治的混合料、无机结合料处治的混合料 及水泥混凝土的疲劳特性及水泥混凝土的疲劳特性p通过小梁试件施加重复应力（应变）来试验，可点绘出通过

74、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：而得到疲劳曲线，并可回归出疲劳方程： r/ f = - lgNf。p水泥混凝土材料水泥混凝土材料，Nf=107时应力比时应力比 r/ f =0.50，此时不出，此时不出现疲劳破坏。现疲劳破坏。p无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料的疲劳极限明显低于水泥混凝土。的疲劳极限明显低于水泥混凝土。路面结构荷载及材料(1)课件第五节第五节 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u5、沥青混合料的疲劳特性、沥青混合

75、料的疲劳特性p沥青混凝土材料疲劳试验有沥青混凝土材料疲劳试验有控制应力控制应力与与控制应变控制应变两种试两种试验方法；验方法；p厚沥青路面厚沥青路面宜采用控制应力的方法；宜采用控制应力的方法；p薄沥青路面薄沥青路面宜采用控制应变的方法；宜采用控制应变的方法；p一般路面厚度一般路面厚度可采取其中一种方法。可采取其中一种方法。p目前一般建议采用目前一般建议采用控制应变的方法控制应变的方法。路面结构荷载及材料(1)课件课外任务课外任务2007年年8月月17日山西日山西183吨超载货车压塌吨超载货车压塌208国道公路桥国道公路桥路面结构荷载及材料(1)课件课外任务课外任务u课外任务一：课外任务一：p请谈谈你对路面上行驶的车辆荷载对路面作用的瞬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认为合理的结构考虑措施!p请结合我国交通实际，分析交通荷载对道路桥梁的请结合我国交通实际，分析交通荷载对道路桥梁的损害，如何合理考虑超载的影响？做损害，如何合理考虑超载的影响？做ppt进行汇报进行汇报。路面结构荷载及材料(1)课件