【文章內(nèi)容簡介】 用性指數(shù)，該試驗(yàn)路測得的平均值為 Pt經(jīng)過車輛行駛 N 次后，達(dá)到的最終耐用性指數(shù) PSIρ該路段最終耐用性指數(shù)降至 ，及路面達(dá)到破壞標(biāo)準(zhǔn)時軸載的作用次數(shù)。β斜率G為任何階段耐用性指數(shù)的損失 C0 Pt，與耐用性指數(shù)達(dá)到破壞標(biāo)準(zhǔn)及Pt= 的總損失 之比的對數(shù)值。其中，β和ρ的表達(dá)式如下式中，P單軸荷載或一組雙軸荷載上的荷載以千磅計；L0軸數(shù)，單后軸為 1，雙后軸為 2SN表示路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)弱的代表數(shù)，稱路面結(jié)構(gòu)數(shù) SN= a1 D 1+ a 2D 2+ a 3D3 （3‐3）把β和ρ的表達(dá)式代入，并變換可得： 以不同車型的軸載 P 和軸數(shù) L 代人上式，即可得到不同的最終耐用性指數(shù) P時軸載間的換算公式。單后軸間的換算公式若以單后軸軸載 100KN 作為標(biāo)準(zhǔn)，則 P=22，L0=1 其他的單后軸軸載為 X 時，P=x，L0=1，則這就是不同單后軸軸載間的變換公式。AASHTO 法如以單后軸 18klbf 為標(biāo)準(zhǔn)軸，計算得當(dāng) P=， 時，不同軸載間等效系數(shù)，把等效系數(shù)以軸載比值的指數(shù) a 表示，其結(jié)果歸納如下：當(dāng) Pt= 時，a 值變化在 ~，當(dāng) Pt= 時，a 值變化在 ~，且隨軸載的增大，a 值有增大趨勢。如把全部結(jié)果平均，則 Pt= 時，指數(shù) a 值平均為 ；Pt= 時，a 值平均為 ，兩者的總平均值為 ，即單后軸間軸載換算公式可近似地以下式表示：如認(rèn)為 SN=1 和 2 的結(jié)構(gòu)單薄，不予考慮，則 Pt= 時，a 值平均為 ，Pt=，a 值平均為 ，兩者平均為 ，即是以此為基礎(chǔ)，并在廣泛調(diào)查論證，以及彈性體系理論分析后得來的。雙后軸的換算公式如其他車型為雙后軸，則 L0=2 每軸荷載為 x klbf，則總軸載為 P=2x，其軸載通過數(shù)以 N2x表示，則它與 100kN 單后軸標(biāo)準(zhǔn)軸載的換算公式是： 我國瀝青路面軸載換算方法換算基本原則由于路面實(shí)際作用的車輛種類繁多，需要將不同軸重的軸載換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載。在進(jìn)行軸載換算時遵循以下兩原則：不同軸載在同一路面結(jié)構(gòu)上重復(fù)作用不同次數(shù)后，使路表彎沉值或基層底彎拉應(yīng)力達(dá)到同一極限狀態(tài)。無論何交通組成無論用哪種方法進(jìn)行換算，計算得到的路面厚度應(yīng)該相同。我國設(shè)計方法中采用的是彎沉和層低彎拉應(yīng)力指標(biāo)，所以在換算時應(yīng)以彎拉應(yīng)力為指標(biāo)和彎沉為指標(biāo)軸載換算方法。我國路面設(shè)計以雙輪組單軸載 100kN 為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以 BZZ—100 表示。標(biāo)準(zhǔn)軸載的計算參數(shù)按表 確定。我國規(guī)范中規(guī)定的瀝青路面軸載換算方法根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及按照不同的結(jié)構(gòu)層次進(jìn)行。當(dāng)以設(shè)計彎沉值為設(shè)計指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時，凡軸載大于 25kN 的各級軸載 P 的作用次數(shù) n，均按下公式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載 P 的當(dāng)量作用次數(shù) N。 重載條件下軸載換算系數(shù)的確定我國規(guī)范中的相關(guān)軸載換算計算方法僅適用于小于 130kN 的情況，而對于大于 130kN 的情況沒有說明。然而經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，地區(qū)之間的貿(mào)易相當(dāng)頻繁，重載超載交通大量出現(xiàn)，嚴(yán)重?fù)p壞了交通利益，有必要對其進(jìn)行深入研究。有相關(guān)研究表明，當(dāng)軸載小于 130KN 時，路面結(jié)構(gòu)層響應(yīng)表現(xiàn)為線性，而當(dāng)大于 130KN時，則呈現(xiàn)出非線性特性。本文從理論計算和實(shí)測數(shù)據(jù)兩個方面對軸載交通下軸載的換算系數(shù)進(jìn)行分析研究。 換算方法分析為了符合我國國情，本文仍然采用我國瀝青路面設(shè)計規(guī)范中采用的換算理論進(jìn)行研究。為了減少論文工作量，在此只研究以彎沉為指標(biāo)的軸載換算方法。 以下為彎沉為指標(biāo)的軸載換算方法 路面結(jié)構(gòu)在單后軸雙論組的不同軸載作用下，彎沉比的簡化公式形式如下 基于理論計算的重載下軸載換算系數(shù)根據(jù) 中得到的換算形式，軸載系數(shù)的確定就是確定 b 和 c 的值，規(guī)范中 c 值取用的 ，在這里仍然采用，只需確定 b 值，就能得到重載交通下軸載換算系數(shù)。由公式（328 和 330）得到如下 根據(jù)公式（331）進(jìn)行 b 值的確定。本節(jié)選擇三種典型路面結(jié)構(gòu)從線性和非線性理論計算上對其進(jìn)行分析。 典型路面結(jié)構(gòu)形式選擇。結(jié)構(gòu)層組合如下表：根據(jù)線性模型和非線性模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，得到三種結(jié)構(gòu)在線性和非線性模型下的彎沉計算結(jié)果，下圖為結(jié)構(gòu) 2 的線性和非線性模型計算結(jié)果對比的關(guān)系圖： 從圖中可知，當(dāng)軸載大于 130kN 的時候兩條線開始出現(xiàn)了分離，隨著荷載的增加，兩條線距離越來越大，也就是彎沉值變化率越來越大，這就是兩模型之間的差異。線性模型下，彎沉成直線走勢；在非線性模型下，呈加速上升趨勢。 在線彈性體系下，換算系數(shù) b 與軸載換算指數(shù)是基于 5 式計算得到的。其反算得到 n 基本維持在 5 左右，可以認(rèn)為是一個常數(shù)。然而，隨著軸載的增加，結(jié)構(gòu)層中土基等材料出現(xiàn)明顯非線性的變化。非線性模型下對該結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果如表 。從計算結(jié)果得知：首先，不同結(jié)構(gòu)層組合對 n 值的影響不大，而荷載的作用才是主要因素；其次，非線性模型下，荷載小于 130KN 時，基本成水平的直線，但大于 130 時，隨著荷載的增加，n 值也相應(yīng)增加，而且加速增加。通過數(shù)學(xué)方法，將其擬合為指數(shù)曲線，經(jīng)過回歸計算得到以下結(jié)果:該公式由理論計算得到，和實(shí)際應(yīng)用情況無聯(lián)系，需經(jīng)過后續(xù)實(shí)踐證明。 基于實(shí)測數(shù)據(jù)下的重載交通軸載換算系數(shù)為深入研究重載的影響，同時研究基于實(shí)測數(shù)據(jù)得到的軸載換算系數(shù)。本方法思想為通過實(shí)地數(shù)據(jù)得到彎沉值，根據(jù)公式反算得到相應(yīng)的換算系數(shù)?；举Y料的獲取本文根據(jù)文獻(xiàn)[33]對幾條高速在不同荷載下的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。文獻(xiàn)中選擇 50KN、75KN、100KN、130KN、150KN、175KN、200KN 下對幾條高速路進(jìn)行路表彎沉值的檢測，結(jié)果詳見表 。根據(jù)圖 32 與表 35 實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出和理論上基本一致的走勢，當(dāng)軸載小于 130kN 時，隨著軸載的增加，b 值基本平行，基本無變化，可以認(rèn)為是一常數(shù)，當(dāng)軸載大于 130kN 的時候，隨著軸載的增加，b 值明顯增加，而且變化很快，當(dāng)軸載為 200KN 的時候已近達(dá)到了 的水平。同時，分析可知在小于 130KN 的時候基本成線性關(guān)系，而大于 130KN 的時候則表現(xiàn)出非線性關(guān)系。其原因是材料在很大軸載的情況下，材料不能完全恢復(fù)原來的形狀而形成永久變形，這樣就加大了路面的破壞。根據(jù)圖中的規(guī)律，將軸載分為兩段，小于 130KN 的，成線性變化；大于 130KN時，成非線性關(guān)系，根據(jù)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到如下關(guān)系。 基于軸載譜的累計當(dāng)量軸次研究累計當(dāng)量軸次是進(jìn)行路面厚度設(shè)計的依據(jù)，我國現(xiàn)行規(guī)范路面設(shè)計中采用累計當(dāng)量軸次作為設(shè)計依據(jù)。但是規(guī)范中由于車型劃分以及考慮因素不足，而存在一些缺陷，不能完全真實(shí)的反應(yīng)設(shè)計年限內(nèi)的累計當(dāng)量軸次。AASHTO2002 中，已經(jīng)去除累計當(dāng)量軸次的概念，采用基于軸載譜的各種疲勞模型進(jìn)行分析。鑒于我國規(guī)范仍采用當(dāng)量軸次的概念，我們進(jìn)行了基于軸載譜的交通荷載的研究。近來，也有部分學(xué)者已經(jīng)對其進(jìn)行研究。軸載譜能夠更客觀的反應(yīng)交通荷載的作用情況，是一個路面設(shè)計的發(fā)展方向。軸載譜的參數(shù)包括很多，如車輛分布系數(shù)、小時調(diào)節(jié)系數(shù)、月調(diào)節(jié)系數(shù)、軸數(shù)系數(shù)、車道分布系數(shù)、輪跡分布系數(shù)、軸載分布系數(shù)等。所有的數(shù)據(jù)都是通過交通調(diào)查得到的結(jié)果，對路面設(shè)計起到基礎(chǔ)性功能。 已有關(guān)于軸載譜分析的情況路面設(shè)計手冊第三版公路設(shè)計手冊—路面是比較權(quán)威且科學(xué)的著作，其中，對于交通軸次的分析包括三個層次:交通量估算，標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)的估算，標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù)的估算?；谳S載譜數(shù)據(jù)的累計當(dāng)量軸次估算有兩種途徑。（1）不分車型，按軸型分類稱重統(tǒng)計分類時，根據(jù)不同軸載級位計算軸載換算系數(shù)，而后按如下公式計算:式中：ADTT設(shè)計車道年平均貨車交通量。根據(jù)雙向交通的雙向分布情況和每個交通的車道數(shù)，乘以相應(yīng)的方向分配系數(shù)和車道分配系數(shù)。Ijkj 軸型 i 軸載級位的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量換算系數(shù)jN每 1000 輛 2 軸 6 輪以上客車、貨車輛中 j 軸型出現(xiàn)次數(shù)ijpj 軸型 i 軸載級位的頻率（2）按車輛類型分類稱重統(tǒng)計時，先按車輛類型計算軸載換算系數(shù)，在按車輛組成比例計算標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸載，公式如下：式中：ADTT設(shè)計車道年平均貨車交通量。根據(jù)雙向交通的雙向分布情況和每個交通的車道數(shù)，乘以相應(yīng)的方向分配系數(shù)和車道分配系數(shù)。kkk 類車輛的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量換算系數(shù)jpj 軸型在 k 類車輛中的組成比例kpk 類車輛的組成比例標(biāo)準(zhǔn)軸載累計作用次數(shù)計算公式： 基于軸載譜的軸載換算研究提出上述研究中，用軸載譜的方法計算交通荷載已經(jīng)有很大進(jìn)步。在計算得時候主要是日平均交通量的確定，基于軸載譜對其進(jìn)行分析。由于規(guī)范中計算方法沒有涉及日交通量與時間的關(guān)系。很多調(diào)查都是一次性的調(diào)查結(jié)果，而該結(jié)果不具有全年的代表性，因?yàn)槊吭?、每日、每小時的交通量都不一樣的，可能存在季節(jié)性和勞動性的影響?；谖覈緡榭紤]，我國基本上在交通調(diào)查的時候把車型分為 6 類，小貨車、中貨車、大貨車、拖掛車、小客車和大客車。而沒有像許多文獻(xiàn)研究中分的很細(xì)，基于適用，相對準(zhǔn)確，本文參考眾多國內(nèi)外文獻(xiàn)，此提出以下公式方法：標(biāo)準(zhǔn)軸次作用次數(shù)：由于 OD 調(diào)查是在某特定時間內(nèi)進(jìn)行的，某些樣本可能具有一定的偶然性，交通量預(yù)測是以年均日交通量為基礎(chǔ)進(jìn)行的，因此，應(yīng)該結(jié)合歷年的交通量觀測資料進(jìn)行樣本修正。修正主要有兩方面內(nèi)容：一是結(jié)合現(xiàn)場交通量觀測進(jìn)行樣本擴(kuò)大修正；另外還結(jié)合歷年交通量觀測資料進(jìn)行年均日交通量修正。以交通量調(diào)查和 OD 調(diào)查為基礎(chǔ)，換算年平均日交通量，上述所有數(shù)據(jù)根據(jù)實(shí)地調(diào)查的軸載譜數(shù)據(jù)得到。年平均日交通量采用下式計算： 軸載譜參數(shù)的分析軸載譜參數(shù)包括車輛類型系數(shù)、月調(diào)節(jié)系數(shù)、小時調(diào)節(jié)系數(shù)、軸數(shù)系數(shù)、軸載分布系數(shù)等，以下根據(jù)《廣東省高速公路交通運(yùn)行情況調(diào)查報告》提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 車輛類型分布系數(shù)車輛類型分布系數(shù)指的是各種類型的卡車在所有卡車中所占的百分比。根據(jù)對每輛車實(shí)際收集到的軸載組成數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計分析后，可得到相應(yīng)的車輛類型系數(shù)。 根據(jù)《廣東省高速公路交通運(yùn)行情況調(diào)查報告》中間成果，進(jìn)出廣東主要有兩條高速公路通道，從湖南進(jìn)出廣東和江西進(jìn)出。交通量調(diào)查情況如下： 交通量月調(diào)節(jié)系數(shù)交通量隨時間的變化對路面結(jié)構(gòu)的使用性能有很大的影響。因?yàn)槁访娌牧系男再|(zhì)也隨時間會產(chǎn)生較大的變化。在白天或夏季，路面結(jié)構(gòu)溫度較高，瀝青混合料的模量降低。在春季或雨季土基和粒料層的含水量增加，也會造成路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度下降。如果在某個時間段內(nèi)，路面結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度因環(huán)境因素的影響而下降，而如果這一時間段交通又較為集中，則路面結(jié)構(gòu)在這一時間段內(nèi)發(fā)生的破壞將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他的時間段。所以有必要了解交通量隨時間的變化情況，即需要確定交通量月調(diào)節(jié)系數(shù)和小時調(diào)節(jié)系數(shù)。交通量月調(diào)節(jié)系數(shù)代表的是某一特定種類的車型，其在一特定月的交通量在年交通量中所占的比重。 根據(jù)《廣東省高速公路交通運(yùn)行情況調(diào)查報告》中間成果，調(diào)查數(shù)據(jù)如圖所示，由于數(shù)據(jù)繁多，在此只列舉 2 圖表。 廣樂高速交通參數(shù)確定通過上述分析，可以對廣樂高速交通參數(shù)進(jìn)行技術(shù)分析。樂昌至廣州高速公路（以下簡稱“廣樂高速公路”）北起韶關(guān)樂昌，自北向南經(jīng)韶關(guān)、清遠(yuǎn)，終點(diǎn)廣州花都，主線全長約 260km。廣樂高速公路總體上與現(xiàn)有京港澳高速公路同向平行，是湖南以北地區(qū)至珠三角中部地區(qū)最為便捷的高速公路主通道，建成后將很大程度地提高和保障京港澳高速公路通道交通功能；同時改善粵北山區(qū)相對落后的交通狀況，加快山區(qū)開發(fā)，提高珠三角發(fā)達(dá)地區(qū)的輻射帶動作用。廣樂高速公路分為兩大段，其中北段為樂昌至樟市段，位于韶關(guān)市境內(nèi)；南段為樟市至花東段，位于清遠(yuǎn)市和廣州市境內(nèi)。整個廣樂高速公路勘察設(shè)計項(xiàng)目共分為 AAA3 三個土建設(shè)計合同段和 B 機(jī)電設(shè)計合同段，本合同段為 A2 設(shè)計合同段，起于清遠(yuǎn)市與韶關(guān)市交界的沙口農(nóng)場，止于英德市連江口老魚崗，全長 。廣樂高速的交通特點(diǎn)：作為重要的南北大通道，交通量大且重載多，對路面的要求很高。 交通量情況根據(jù)廣樂高速公路工程可行性研究中對路段的調(diào)查情況（調(diào)查基本數(shù)據(jù)見《廣樂高速公路工程可行性研究報告》），根據(jù)上面所述日平均交通量計算公式，借用交通規(guī)劃預(yù)測模型，得到的所需路段基年交通量如下： 交通荷載計算根據(jù)廣樂高速交通情況，本文通過傳統(tǒng)方法和 研究成果基于軸載譜的換算方法進(jìn)行計算，得到如下結(jié)果：按規(guī)范規(guī)定公式計算得到 Ne=31,593,291 萬次。按照 中研究成果，計算得到 Ne=48,473,690 萬次?？梢钥闯鰞煞N方法計算得到差異很大。按照規(guī)范規(guī)定，該交通類型屬于特重交通。在進(jìn)行路面設(shè)計時，必須考慮重載對路面的破壞影響，進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計。 本章小結(jié)本章總結(jié)概括了 AASHTO 瀝青路面設(shè)計方法和我國規(guī)范規(guī)定的瀝青路面設(shè)計方法中的軸載換算系數(shù)的確定方法，并通過理論和實(shí)測數(shù)據(jù)得到重載條件下的軸載。第四章 重載交通下瀝青路面力學(xué)響應(yīng)分析 重載交通規(guī)定近年來，我們國民經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，區(qū)域貿(mào)易也迅速增加，區(qū)域之間的交通量增大，對道路需求也越來越高，交通量增大不僅體現(xiàn)在數(shù)量上，而且超載重載也越來越多。瀝青路面在使用過程中，受到重載超載交通的影響，出現(xiàn)了不同程度的路面損害現(xiàn)象。許多的路面根本達(dá)不到設(shè)計使用年限，產(chǎn)生的許多損害嚴(yán)重縮短了瀝青路面的使用壽命，使其性能不斷衰減而且速度加快，給國家和社會造成了不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。 隨著上述情況的不斷出現(xiàn)，重載交通得到了交通行業(yè)的普遍關(guān)注。所謂的重載交通是指道路通車后累計標(biāo)準(zhǔn)軸次大大超過一般水平，路面性能衰減超常規(guī)發(fā)展的現(xiàn)象。 目前，國