柔性路面与刚性路面理论与分析方法的发展概述
- 格式:doc
- 大小:138.50 KB
- 文档页数:10
路面设计原理与方法1.柔性路面,刚性路面定义,结构特性,二者在设计理论与方法上有何主要区别在柔性基层上铺筑沥青面层或用有一定塑性的细粒土稳定各种集料的中、低级路面结构,因具有较大的塑性变形能力而称这类结构为柔性路面。
它的总体结构刚度较小,刚性路面采用波特兰水泥混凝土建造,用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。
它的分析采用板体理论,不用层状理论。
板体理论是层状理论的简化模型。
它假设混凝土板是中等厚度的平板,其截面在弯曲前和弯曲后均保持平面形状。
如果车轮荷载作用在板中,无论是板体理论,还是层状理论均可采用,两者将得到几乎相同的弯拉应力和应变。
如果车轮荷载作用在板边,假定离板边距离小于0.61m(2ft),只能用板体理论分析刚性路面。
层状理论之所以适用于柔性路面而不适合于刚性路面,是因为水泥混凝土的刚性比HMA大得多,荷载分布的范围很大。
而且刚性路面有接缝存在,这也使得层状理论不能适用。
刚性路面和柔性路面不同,刚性路面可以直接铺设在压实的土基上,或者铺设在加铺的粒料或稳定材料层上。
柔性路面设计以层状理论为基础,假设各层在水平方向是无限的,且是连续的。
刚性路面由于板的刚度大和存在接缝,设计基础采用板体理论。
如果荷载作用在板中,层状理论同样也能用于刚性路面设计中。
2.机场道面、道路路面各有什么特点。
二者在功能和构造方面有什么主要区别?各自的设计原理与方法有什么相同点和不同点机场道面的功能性能包括平整度、抗滑性能(对于跑道和快滑道)、纵横坡和排水性能等。
道面使用要求:具有足够的结构强度⏹表面具有足够的抗滑能力⏹表面具有良好的平整度⏹面层或表层无碎屑机场道面是指在民用航空运输机场飞行区范围内供飞机运行使用的铺筑在跑道、滑行道、站坪、停机坪上的结构物。
由于飞机运行方式对安全使用的要求高、飞机荷载重量和轮胎接地压力大于车辆荷载等原因,机场道面一般采用热拌热铺沥青混凝土。
最多采用的热拌沥青混凝土结构是连续式密级配沥青混凝土,也有少数OGFC,SMA的应用也较为广泛。
第2-4章柔性路面路面:是用各种筑路材料,按一定厚度与宽度分层铺筑在路基顶面上,直接承受车辆荷载和外界自然因素作用的层状构造物。
柔性路面:是用各种基层(水泥混凝土除外)和各类沥青面层、碎(砾)石面层、块料面层等组成的路面结构路面设计:就是根据道路的使用任务、性质、交通量和交通组成,结合当地的材料、自然条件和地质条件,并考虑路基状况而进行的一项综合性结构设计。
柔性路面设计的内容包括:路面结构层次的选择与组合、各结构层厚度的确定和结构层材料组成设计等。
§4-1 柔性路面常见的损坏现象柔性路面的力学特点是:各结构层具有一定的塑性、弯沉变形较大、抗弯拉强度较小;主要依靠抗压、抗剪强度来抵抗车辆荷载的作用;它的破坏主要取决于荷载作用下的垂直位移和水平拉应变(力)。
同时,土基的刚度和稳定性对路面结构整体强度和刚度有较大的影响。
柔性路面损坏主要表现为路面强度和稳定性的不足,常见的损坏形式有:一、裂缝1.裂缝:是路面上较普遍的损坏现象,常表现为纵向裂缝、横向裂缝,以及纵横交错的龟裂等形态,有时还伴随其它损坏现象同时出现。
2.裂缝产生的原因:(1)基层软弱,使面层出现网裂;(2)在行车荷载的重复作用下,面层产生疲劳开裂;(3)面层材料过脆,或面层和基层的刚度相差悬殊,以及面层底部由行车荷载作用产生的拉应力过大,使面层拉裂;(4)因半刚性基层的收缩而引起的反射裂缝;(5)因沥青面层低温收缩而产生的横向裂缝;(6)沥青材料老化等原因。
二、沉陷和车辙1.沉陷:是指路面出现局部下凹的现象。
产生的原因:当土基局部湿软、路面强度不足或路面厚度过薄,以及由路面传到土基的压力超过了土基的承载力时,由于土基产生过大的垂直变形,而导致路面沉陷。
2.车辙若整个路段土基强度不足,路面就会沿道路纵向产生带状凹陷,即形成车辙。
另外,在高温季节,沥青面层在车辆荷载的重复作用下,由永久变形积累也能形成车辙。
三、推移面层材料沿行车方向产生推挤、隆起,甚至形成波浪的现象称为推移。
高速公路路面材料的研究分析高速公路是现代交通网络的重要组成部分,其路面材料在保证交通安全和舒适度方面起到了至关重要的作用。
随着交通工具的快速发展和交通流量的不断增加,对于高速公路路面材料的研究和分析显得尤为重要。
本文将从路面材料的种类、技术指标以及未来发展方向等方面进行探讨和分析。
首先,高速公路路面材料可以分为柔性路面和刚性路面两大类。
柔性路面主要采用沥青混合料,其具有良好的弹性和抗剪切性能,能够承受重载交通工具的压力。
而刚性路面则主要采用水泥混凝土作为基础材料,其强度高且抗冻性能较好,适合在气候变化较大的地区使用。
不同路段和地理特点的高速公路可能采用不同的路面材料,以适应不同的交通条件和使用环境。
其次,高速公路路面材料的技术指标也是研究和分析的重要方面。
在柔性路面方面,主要关注的指标包括弯曲强度、抗拉强度、抗剪切性能、抗排水性能等。
通过合理调配材料组分和改善施工工艺,可以提高路面的承载力和耐久性。
在刚性路面方面,关注的指标则主要包括抗压强度、抗冻性能、温度应力等。
通过减少温度变形和控制混凝土的质量,可以延长路面的使用寿命和减少维修频率。
此外,高速公路路面材料的研究还涉及到环境和经济因素。
随着社会对可持续发展和资源节约的要求越来越高,绿色环保材料的研究和应用已经成为了一个重要方向。
例如,可回收再利用的沥青材料和水泥材料可以降低对自然资源的消耗,同时减少对环境的污染。
在经济方面,优化路面材料的选择和设计,可以降低施工和维护成本,提高工程的经济效益。
最后,高速公路路面材料的未来发展方向也值得研究和探讨。
随着科技的进步和新材料的应用,高温抗裂复合沥青混合料、高性能混凝土等新型路面材料正逐渐被引入到工程实践中。
这些材料具有较高的强度和耐久性,同时能够满足交通工具运行时产生的振动和噪音要求。
此外,智能化技术的引入也为提高路面材料的监测和维护效率提供了新的思路和方法。
综上所述,高速公路路面材料的研究和分析无论从技术还是经济环保的角度来看,都具有重要的意义。
刚性基层柔性面层复合式路面研究现状及发展【摘要】本文针对刚柔复合式路面研究及应用现状进行调研和评述,分析了rcc+ac和cc+ac两种典型的复合式路面结构在我国的应用前景,并对其存在的问题进行了探讨,给出了解决问题的可行之途径,最后针对刚柔复合式路面研究现状提出了须着重研究解决的技术难点和问题。
【关键词】道路工程;复合式路面;刚柔性界面;层间粘结;反射裂缝1. 概述随着社会经济的不断发展,公路尤其是高速公路在带动区域经济发展中扮演越来越重要的角色。
随着筑路技术和水平的不断提高,各种新材料、新设备、新工艺、新结构层出不穷,人们对路面的要求也越来越高。
高速公路不仅要求满足快速、安全、舒适,还要求具有足够的耐久性和良好的经济性。
地处东南沿海,经济发达,交通需求量大,超载超限运输屡禁不止。
从实践来看,常规沥青路面在应对重载交通(超载、超限)能力有限,虽然采用了改性沥青,沥青高温等级也逐步提高(如采用pg82),采用骨架密实型混合料,通过不断优化混合料级配以提高混合料抗剪强度,减少车辙,但实际效果均不十分理想。
采用水泥路面其舒适性又难以保证,一旦出现断损坏将严重影响高速公路行车安全,且维修困难,对路面交通影响较大。
因此,研究一种新的路面结构以适应当前交通发展的需要迫在眉睫。
新路面结构既要满足结构承载力要求,能够抵抗重载交通,又要满足高速行车安全性和舒适性要求,且养护维修方便,路面主体结构的使用寿命长,全寿命周期费用少。
结合本公司多年从事路面研究和实践的经验和成果,借鉴国外长寿命路面研究成果,笔者认为采用水泥刚性基层+沥青柔性面层的复合式路面结构来实现以上目的。
2. 目前国外研究现状2.1 复合式路面概念目前,研究较多的复合式路面包括:刚性+刚性、柔性+刚性、刚性+柔性+刚性三类,分别如下:刚性+刚性(rcc+cc、pcc+pmcc、rcc+crcp);柔性+刚性(rcc+ac、cc+ac、crc+ac、pmcc+ ac);刚性+柔性+刚性(rcc+isac+cc),从目前国外研究和实践情况来看,采用最多的还是rcc+ac和cc+ac。
道面设计原理与方法路面类型一般按路面所使用的主要材料划分,如水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等。
但在进行路面结构设计时,主要从路面结构的力学特征出发,将路面划分为柔性路面和刚性路面。
刚性路面(rigid pavement)指的是刚度较大、抗弯拉强度较高的路面。
一般指水泥混凝土路面。
水泥混凝土的强度高,与其他筑路材料比较,其抗压强度、抗弯拉强度和弹性模量较其他各种路面材料要大得多,故呈现出较大的刚性。
在行车荷载作用下,水泥混凝土结构层处于板体工作状态,竖向弯沉较小,路面结构主要靠水泥混凝土板的抗弯拉强度承受车辆荷载,通过板体的扩散分布作用,传递给基础上的单位压力较柔性路面要小得多。
具有较强的扩散应力能力。
另外,用水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土或碎(砾)石来修筑的基层,通常称为半刚性基层。
此类基层初期强度和刚度较小,其强度和刚度随龄期增长,所以后期体现出刚性路面的特性,但最终强度和刚度仍远小于刚性路面。
用半刚性基层修筑的沥青类路面称为半刚性基层沥青路面,这类路面的设计仍然采用柔性路面理论来设计。
柔性路面(flexible pavement)指的是刚度较小、抗弯拉强度较低,主要靠抗压、抗剪强度来承受车辆荷载作用的路面。
总体结构刚度较小,在行车荷载作用下的弯沉变形较大,路面结构本身抗弯拉强度较低,它通过各结构层将车辆荷载传递给土基,使土基承受较大的单位压力,路基路面结构主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。
这样的路面叫柔性路面。
柔性路面主要包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。
因沥青混合料在配合比设计中有空隙率的考虑,高温环境下,碎石作为骨架基本不动,其他的细微膨胀由预留的空隙消化,即使多年的路面,空隙完全闭合,膨胀量也可以由沥青向上发展消化。
更重要的是柔性路面的“柔”,其本身就有一定的低温抗裂性能,这也是柔性路面优势之一,而且低温环境下发生的部分细微裂缝在高温环境下也能自身愈合。
1、刚性路面和柔性路面刚性路面一般是指水泥混凝土路面,柔性路面一般是指沥青混凝土路面。
水泥混凝土路面刚度大,荷载作用下变形小,柔性路面刚度相对较小,荷载作用下变形较大。
这是最直观的刚性路面与柔性路面的差别。
然后从设计角度来说他们也有所不同,柔性路面设计是采用双圆垂直均布荷载作用下的弹性层体系理论为基础,以路表弯沉值作为路面整体刚度的控制指标,刚性路面是采用弹性地基板理论。
以混凝土弯拉强度作为设计控制指标。
从使用性能上还说,柔性路面相对于刚性路面行车舒适度要好,噪音小,但容易产生车辙、推移等热稳定性问题,冬天的话容易产生开裂。
施工质量控制不好还容易产生松散、坑槽等病害。
刚性路面则因为接缝的存在行车舒适度不如柔性路面,特别是胀缝部位比较容易破坏。
使用时间长了容易产生断裂、台阶、既泥等现象。
而且修补起来比较困难,必须是整块板破碎重新浇筑混凝土。
但其夜视性能好。
2沥青贯入式碎(砾)石这是早期沥青路面的一种施工方法,现在很少用到了,现在一般都是用摊铺机摊铺。
形象地解释一下就是先把碎石布好,然后再上面洒布一定用量的沥青,然后再用细石料填缝。
这种施工方法基本上已不被采用了。
3、沥青表面处治沥青表面处治【bituminous surface treatment】是用沥青和细粒料按层铺或拌和方法施工,厚度一般为1.5cm-3cm的薄层路面面层。
由于处治层很薄,一般不起提高强度作用,其主要作用是抵抗行车的磨耗和大气作用,增强防水性,提高平整度,改善路面的行车条件。
主要用于城市道路支路,县镇道路,各级公路施工便道以及在旧沥青面层上加铺罩面层或者磨损层。
4、塑性指数塑性是表征细粒土物理性能一个重要特征,一般用塑性指数来表示;液限与塑限的差值称为塑性指数IP,即IP=WL-WP。
过去的研究表明,细粒土的许多力学特性和变形参数均与塑性指数有密切的关系。
它也是表征材料接触状态的指标。
可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征。
可塑性的大小用土处在塑性状态的含水量变化范围来衡量,粘性土由一种状态过渡到另一种状态的分界含水量叫作界限含水量,也称为阿太堡界限,有缩限含水量、塑限含水量、液(流)限含水量、粘限含水量、浮限含水量五种,在建筑工程中常用前三种含水量。
路面工程知识点总结一、路面工程概述路面工程是指由路面材料铺设在路基上而成的路面,主要用于车辆行驶和人员交通的场所。
路面工程的施工质量直接关系到道路的使用寿命和运营安全,因此对于路面工程的施工过程和施工质量都有着严格的要求。
路面工程可以分为柔性路面和刚性路面两大类。
柔性路面主要由沥青混凝土或水泥混凝土铺设而成,适用于低于10吨轴重的道路。
刚性路面主要由水泥混凝土铺设而成,适用于高于10吨轴重的道路。
根据实际施工条件和使用要求的不同,路面工程也有着各种各样的变化和特殊要求。
二、路面工程施工流程1. 路面工程前期准备(1) 路面工程设计:路面工程设计应根据实际道路使用情况和交通量来确定路面的结构和材料,以保证路面的使用寿命和运营安全。
(2) 路面工程勘察:路面工程勘察应确定路面的地质条件和地基承载力,以确定路面施工时的基础处理方案。
(3) 路面工程材料准备:材料的质量直接关系到路面工程的施工质量,材料的准备应根据设计要求和施工方案来进行,确保材料的质量合格。
2. 路面工程施工(1) 路面基础处理:路面基础是路面工程的基础,对路面基础的处理直接关系到路面的使用寿命和运营安全。
路面基础处理主要包括破碎、压实和辅助处理等工序。
(2) 路面材料铺设:根据设计要求和施工方案,选择合适的路面材料进行铺设。
柔性路面主要采用沥青混凝土或水泥混凝土,刚性路面主要采用水泥混凝土。
(3) 路面施工工艺:路面施工的工艺包括铺设、夯实、压实、整平等工序,需要根据设计要求和施工方案来进行,确保施工质量。
3. 路面工程验收(1) 路面质量验收:路面工程验收主要是对路面的平整度、密实度、厚度、结构、材料等进行检查和测试,以确保路面的质量。
(2) 路面交付使用:路面工程验收合格后,方可交付使用,需要对路面进行定期的检查和维护,以保证路面的安全和使用寿命。
三、路面工程材料1. 路面基础材料(1) 碎石:碎石主要用于路面基础处理,可提高路基的承载力和稳定性。
我国路基路面工程领域的历史、现状水平、未来发展、新技术的应用路基路面直接承受行驶车辆的作用,是道路工程的重要组成部分,通常都根据车辆行驶的需要,选用优质材料建成。
如我国古代曾以条石、块石或石板等铺筑道路路面,以提供人畜以及人力、兽力车辆的运行。
欧洲在公元前3500年,在美索不达米亚(Mesopotamia),继发明了车轮后不久,即用石料修筑了第一条有硬质路面的道路。
进入二十世纪后,随着汽车工业和交通运输的发展,现代化公路的路基路面工程逐步形成了新的学科分支。
它主要研究公路,城市道路和机场跑道路基路面的合理结构、设计原理、设计方法、材料性能要求以及施工、养护、维修和管理技术等。
半个世纪以来,我国广大道路工程科技工作者,从我国实际和建设需要出发,引进外国先进技术,刻苦钻研、反复实践,在路基路面工程建设和科学研究中,取得了许多突破性的系列成果。
现作简要介绍:公路自然区划〖ZZ)〗。
我国幅员辽阔,各地自然条件和道路的工程性质差异很大。
为此将自然条件大致相近者划分为区,在同一区划内从事公路规划、设计、施工、管理时,有许多共性因素可以相互参照。
我国现行的《公路自然区划标准》分三级区划,一级区划是根据地理、地貌、气候、土质等因素将我国划分为七个大区,二级区划以气候和地形为主导因素,三级区划以行政区域作为界限。
土的工程分类。
土是填筑公路路基的主要材料,由于天然成因的差异,不同的路基土表现出截然不同的工程特性。
我国依据土颗粒组成特征、土的塑性指标(塑限、液限和塑性指数)、土中有机质存在情况,将公路用土按不同的工程特性划分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四大类,并细分为十一种土。
确认土的类别需应用标准的仪器,按统一的规程进行测试界定。
为了在野外勘查中能对不同土类作鉴别,系统地总结了“简易鉴别、分类和描述”的方法与细节。
路基强度与稳定性。
路基作为路面结构的基础应具有足够的强度和稳定性,我国较早就确定以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标,并形成了成套的室内外试验标准方法与仪器。
柔性路面性能模型的分析评述摘要公路网络系统的维护和修缮占据国家预算的主要开支。
为此,各有关机构认为开发一个智能的、有效的路面使用性能模型是十分必要的,此系统可优先考虑路面的维修和养护工作。
还可用于预测路面的剩余使用寿命和修缮需求,帮助制定合理的路面维修计划,降低公路局和道路使用者的各项成本。
柔性路面性能或衰败模型主要涉及车辆和环境之间复杂的相互作用,以及道路结构和路面情况。
性能模型则主要涉及路面损害状况,研究人员针对包括路面开裂、松散、破洞和粗糙在内的多个问题进行了深入分析。
但这些模型大多只适用于某些特定条件下的交通和环境状况,因而当下的迫切需求是,提出一个可以完美适用于不同环境的模型。
本文给出了关于各种路面性能模型的详细综述,从路面材料、环境因素、交通类型和交通流量等方面进行考量,并指出这些模型中现有理论的局限和不足。
1、前言路面是一种用复杂方式应对外部交通荷载和环境条件的精细物理结构,其中包含沥青混合料、土壤团块、基层土壤等异质成分,而且根据交通和环境特点的不同,在不同的地区会呈现出不同的状态。
有关路面的设计、施工、维护、修缮等工作的一个关键步骤就是评估,如评估和测量路面破坏程度,即开裂、车辙和结构特性的情况,及挠度和应变对未来的性能影响。
条件预测是根据性能模型产生的,其数学表达式将环境数据与一组解释变量,如材料性能、路面设计特点、交通荷载、环境因素和历史维修记录等联系起来。
为了测量和预测任何路面的性能,我们应采取一种可重复的、行之有效的现场校准状态评级系统(Shahin等人,1984年)。
AASHTO(1993年)定义了路面使用性能为:一段时间内路面以良好状态服务大众交通的能力;它还进一步定义了路面使用可靠性为:路面服务人为设定交通的能力。
许多模型已被各种研究人员提出,用于模拟路面性能。
但在讨论这些模型的细节之前,我们要将可能影响路面性能的所有因素分类列出。
交通荷载的相关因素包括:交通流量、车轴负载,单轴荷载数(ESAL)、轮胎压力、车轴类型和它们的配置类型,加载时间和加载机构等。
研究生课程论文题目柔性、刚性路面理论与分析方法发展概述作者姓名作者学号学科专业道路与交通工程所在学院建筑工程学院提交日期二○一五年十一月摘要根据行车作用下路面的力学特性,可将路面分为柔性与刚性两种。
柔性路面多由沥青类面层和多层结构组成,比较柔韧具有一定塑性,在长期行车作用下,容易产生较明显的变形,在柔性路面设计中需要考虑它的极限垂直位移和高温季节面层(采用沥青面层时)的稳定,同时也要考虑不利季节面层底面的极限拉延和面层的低温缩裂。
刚性路面主要指水泥混凝土路面,在行车下工作于弹性状态,没有明显的垂直变形。
刚性路面设计主要取决于混凝土面层的抗弯强度,同时考虑温度变化对路面内应力的影响。
路面设计从20世纪初就开始研究,已有80多年的历史,目前,各国使用的设计方法达几十种。
早期偏重于经验法,它是根据道路试验结果或按照对道路进行一般观察的结果而建立的,具有一定的条件性和地区局限性,但由于方法简便,能解决实际问题,故仍有很多国家使用。
随着力学和数学的发展以及电子计算机的运用,可以按照弹性理论或粘弹性理论计算出多层路面结构内的应力与变形,辅以一定的试验和调查,逐步建立了力学经验法,它已成为路面结构设计方法的发展方向,并已开始在美国、苏联、中国等国家应用。
关键词:柔性路面,刚性路面,经验法,力学经验法AbstractAccording to the mechanical characteristics of the pavement under traffic, the road surface can be divided into two kinds: flexible and rigid. Flexible pavement consists of multi-class asphalt surface layer and multi-layer structures, and it can be flexible and with some plasticity, also likely to produce more significant deformation under vehicular load in long-term. Flexible pavement designing needs to consider its limits vertical displacement and the stability of surface layer in the hot season (asphalt surface layer), also taking the underside of the surface layer of the adverse seasonal temperature limit drawing and the surface layer of shrinkage cracking into account. The main means of rigid pavement cement concrete pavement, road work in the elastic state, with no significant vertical deformation. Rigid pavement design depends mainly on the flexural strength of the concrete surface, taking into account the effects of temperature change on the inside surface stresses.Pavement design from the early 20th century began to study, more than 80 years of history, the current design method used by countries of dozens. Early emphasis on empirical method, which is based on test results or follow the road on the road to the general observation of the results established, with certain conditions and regional limitations, but because of the easy way, to solve practical problems, so there are still many countries use. With the development and use of computer mechanics and mathematics, in accordance with the elastic theory or viscoelastic theory to calculate the stress and deformation within the multilayer pavement structure, combined with a certain degree of trial and investigation, and gradually establish a mechanical-empirical method, it has become the development direction of the pavement design methods, and have begun to use in the United States, Soviet Union, China and other countries.Keywords:flexible pavement, rigid pavement, empirical method, mechanical-empirical method1引言路面理论与分析方法从20世纪初就开始研究,已有110多年的历史,目前,各国使用的方法达几十种。
道路工程刚性路面和柔性路面的通病及其防治措施摘要:改革开放以来,随着社会经济的快速发展和我国现代化建设进程的不断加快,我国的公路建设发展迅猛。
取得了辉煌的成就。
但是,道路工程的质量却出现了很多问题,刚性路面和柔性路面都出现了很多病害,影响了道路的服务质量。
基于此,本文将针对刚性路面和柔性路面的通病及防治措施这一问题进行研究,希望可以提高防治公路病害的水平,使公路更好的为人们服务,促进我国公路事业的健康发展。
关键词:道路工程;刚性路面;柔性路面;通病;防治措施伴随着我国社会经济的不断发展,地区之间的经济交流更为频繁,我国的公路建设发展迅速,帮助我们国家实现了资源的优化配置,为我国的经济发展和现代化建设作出了巨大的贡献。
但是,由于各种因素的共同影响,我国的公路建设面临着很多问题,公路存在病害的情况严重,影响了公路功能的有效发挥。
如何做好病害的防治工作,是公路工程急需解决的一个问题。
公路路面主要分为两种类型,即刚性路面和柔性路面,这两种路面都存在一些通病,下面我们将分别对刚性路面和柔性路面的部分常见通病进行研究,有针对性的提出这些通病的防治措施。
一、公路工程刚性路面和柔性路面的对比分析刚性路面和柔性路面是我国公路的两个路面结构形式,简单来说,刚性路面就是指用水泥混凝土建造的路面,而柔性路面一般指用沥青混凝土建造的路面。
刚性路面和柔性路面最直观的差别就是刚性路面刚度大,强度高,荷载作用下变形小;柔性路面则相对的刚度小,强度低,荷载作用下变形较大。
从设计层面来说,两者也有所区别,刚性路面的设计理论是弹性地基板理论,以混凝土弯拉强度作为设计控制指标,而柔性路面的设计理论是双圆垂直均布荷载作用下的弹性层体系理论。
从使用性能上来说,刚性路面因为存在接缝,行车的舒适度较差。
而相对于刚性路面,柔性路面的行车舒适度要好得多,并且噪音还比较小[1]。
二、刚性路面的通病及防治措施(一)刚性路面的通病1. 接缝损坏刚性路面的接缝损坏主要包括填缝料损坏、接缝碎裂、唧泥等,造成这种病害的主要原因主要包括以下几个方面:1.在施工的过程中,对于施工的缝隙没有设置传力杆,致使道路的传力效果降低。
研究生课程论文题目柔性、刚性路面理论与分析方法发展概述作者姓名作者学号学科专业道路与交通工程所在学院建筑工程学院提交日期二○一五年十一月摘要根据行车作用下路面的力学特性,可将路面分为柔性与刚性两种。
柔性路面多由沥青类面层和多层结构组成,比较柔韧具有一定塑性,在长期行车作用下,容易产生较明显的变形,在柔性路面设计中需要考虑它的极限垂直位移和高温季节面层(采用沥青面层时)的稳定,同时也要考虑不利季节面层底面的极限拉延和面层的低温缩裂。
刚性路面主要指水泥混凝土路面,在行车下工作于弹性状态,没有明显的垂直变形。
刚性路面设计主要取决于混凝土面层的抗弯强度,同时考虑温度变化对路面内应力的影响。
路面设计从20世纪初就开始研究,已有80多年的历史,目前,各国使用的设计方法达几十种。
早期偏重于经验法,它是根据道路试验结果或按照对道路进行一般观察的结果而建立的,具有一定的条件性和地区局限性,但由于方法简便,能解决实际问题,故仍有很多国家使用。
随着力学和数学的发展以及电子计算机的运用,可以按照弹性理论或粘弹性理论计算出多层路面结构内的应力与变形,辅以一定的试验和调查,逐步建立了力学经验法,它已成为路面结构设计方法的发展方向,并已开始在美国、苏联、中国等国家应用。
关键词:柔性路面,刚性路面,经验法,力学经验法AbstractAccording to the mechanical characteristics of the pavement under traffic, the road surface can be divided into two kinds: flexible and rigid. Flexible pavement consists of multi-class asphalt surface layer and multi-layer structures, and it can be flexible and with some plasticity, also likely to produce more significant deformation under vehicular load in long-term. Flexible pavement designing needs to consider its limits vertical displacement and the stability of surface layer in the hot season (asphalt surface layer), also taking the underside of the surface layer of the adverse seasonal temperature limit drawing and the surface layer of shrinkage cracking into account. The main means of rigid pavement cement concrete pavement, road work in the elastic state, with no significant vertical deformation. Rigid pavement design depends mainly on the flexural strength of the concrete surface, taking into account the effects of temperature change on the inside surface stresses.Pavement design from the early 20th century began to study, more than 80 years of history, the current design method used by countries of dozens. Early emphasis on empirical method, which is based on test results or follow the road on the road to the general observation of the results established, with certain conditions and regional limitations, but because of the easy way, to solve practical problems, so there are still many countries use. With the development and use of computer mechanics and mathematics, in accordance with the elastic theory or viscoelastic theory to calculate the stress and deformation within the multilayer pavement structure, combined with a certain degree of trial and investigation, and gradually establish a mechanical-empirical method, it has become the development direction of the pavement design methods, and have begun to use in the United States, Soviet Union, China and other countries.Keywords:flexible pavement, rigid pavement, empirical method, mechanical-empirical method1引言路面理论与分析方法从20世纪初就开始研究,已有110多年的历史,目前,各国使用的方法达几十种。
根据行车作用下路面的力学特性,可将路面分为柔性与刚性两种。
下面分别对柔性路面和刚性路面理论与分析方法的发展情况分别进行概述。
2 柔性路面理论与分析方法发展概述自1850年法国首先将岩沥青应用于道路路面之后,沥青路面很快发展成为了现代路面的主要类型。
2.1 发展简史柔性路面设计法始见于1901年美国麻省道路委员会第八次年会上的公式,随后40年提出了各种设计公式,至1940年戈德贝克公式为止,均属初期的古典公式,其特点都是以轮载分布到土基上的应力大小为依据。
随着土质学、土力学的发展,20世纪40年代后,柔性路面设计转以经验法为中心,如1940年美国堪萨斯州的三轴法,哈费氏的平板试验法,1942年O.J.波特的加州承载比(CBR)法,1943年加拿大的麦克劳德法,1947年加州的维姆法,直至1950年美国陆军工兵部队发展的CBR法。
而1955年的美国各州公路工作者西部协会(WASHO)和1962年的美国各州公路工作者协会(AASHO)的道路试验,则更是近代经验法的基础。
1943年D.M.伯米斯特发表了弹性层状体系理论,为柔性路面设计理论奠定了基础,到第二次世界大战结束,随着电子计算机的发展和测试技术的进步,把弹性层状体系理论和WASHO、AASHO试验路结果相联系,提出了完整的设计方法及其电算程序或诺谟图,成为现代理论法的先声。
继此,各国竞相前进,成为发展趋势。
近年来,由于大型电子计算机的普及,理论基础的完善,规划科学化、结构典型化、材料规格化、施工机械化,已有可能从规划、设计、施工直至使用作为一个整体,从最佳经济效益出发,走系统设计的方向。
总体来说,柔性路面设计方法门类繁多,但基本上可分为经验法和理论法两大类。
2.2 经验法柔性路面理论以道路试验及对道路所进行的观测数据为基础,设计时以不同的交通条件、土基及路面材料室内和现场试验结果为依据,结合本国实际情况,确定经验公式或设计曲线。
经验法中影响最大者为CBR设计法和AASHO设计法。
a. CBR设计法加州承载比CBR试验,为测定土基和粒料基层材料相对强度的试验法。
美国加州公路局1928~1929年进行道路调查,于1942年提出土基CBR值与路面厚度关系曲线,后经波特和美国陆军工兵部队的共同努力,几经演变,得出如图的设计曲线,成为许多国家CBR设计法的基础。
b. AASHO设计法1962年提出,以路面使用性能降低的原因为依据,确定交通量与路面厚度的关系。
设计参数有路基支承值、地区系数、80千牛标准轴载累计数,根据不同的临界状态的计算图查得路面厚度指数,再以适当的材料等效强度系数换算为实际厚度确定路面结构。
c. 典型结构法如德意志联邦共和国法,以本国经验为基础,吸收AASHO成果,结合本国对防冻设计的成就而成。
旧路补强设计。
以旧路不利季节的弯沉测定为基础,根据补强层材料的试验路求得其补强效果,以经验公式或经验曲线决定补强厚度。
加拿大、中国等国都制订过这种方法。
至于美国地沥青协会(A.I.)旧法、英国法、日本法等都是综合CBR法和AASHO法的结果,或以诺谟图表示或以公式表示。
2.3 力学经验法柔性路面体系具有弹-粘-塑性质,对于等级较高的柔性路面,可以认为近似于弹性体。
用弹性层状体系理论进行路面的应力、应变和位移分析。
理论假定前提和路面实际的差异所导致的计算结果和实测数据的偏离,则在计算中予以修正。
由于影响路面工作状况的因素多、变化大,理论法仍有经验成份。
在进行柔性路面设计时,应在充分调查路线的自然、交通、筑路材料资源的基础上,遵循因地制宜、就地取材、方便施工、利于养护的原则,注意分期修建的技术经济效益,采用薄面强基稳土基的技术途径,进行路基路面组合设计。
a. 壳牌石油公司法1963年提出,1978年修正,以三层体系(连续、滑动、半滑动)为基础,后发展到采用多层体系BISAR程序(见路面力学计算),参考了WASHO、AASHO 道路试验结果制定,采用双圆垂直荷载图式、标准轴载80千牛,特殊情况时考虑水平荷载。
设计时控制土基压应变防止路面永久变形,分别控制层底拉应变或拉应力,防止沥青面层或水泥土基层的拉裂。
有设计手册可用。
b. 苏联法1972年制定,以双层体系(连续或滑动)为基础,计算中层拉应力时用三层连续体系近似诺谟图。
采用单圆垂直荷载。
设计时控制土基的剪力或路表弯沉值计算总厚度,控制沥青类面层和无机结合料稳定基层层底的拉应力或粒料基层剪应力防止路面开裂。