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1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第一节第一节 路面结构及其分类
2、路面结构及其分类 Structure and Category2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 pavement)沥青路面沥青路面 沥青路面沥青路面 基层和底基层基层和底
3、基层 基层和底基层基层和底基层 路路 基基 路路 基基 3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4第一节 路面结构及其分类 3、水泥混凝土路面（水泥路面）普通混
4、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 水泥混凝土路面水泥混凝土路面 路路 基基 基层基层 5 由于行车荷载、自然因素等对路面的影响随深度的增加由于行车荷载、自然因素等对路面的影响随深度的增加而逐渐减弱，路面的强度、抗变形能力和稳定性也应随深而逐渐减弱，路面的强度、抗变形能力和稳定性也应随深度而逐渐降低要求，因此，路面的结构应度而逐渐降低要求，因此，路面的结构应分层铺筑分层铺筑、分为、分为若干层次结构若干层次结构，并按各结构层次的特定状况进行相应的材，并按各结构层次的特定状况进行相应的材料要求。料要求。4 4、路面的
5、结构层次与材料要求路面的结构层次与材料要求6第一节 路面结构及其分类 路面结构按照使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不路面结构按照使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不同分成若干层次，通常按照各个层位功能的不同划分为同分成若干层次，通常按照各个层位功能的不同划分为面层、基层和垫层面层、基层和垫层三个三个层次，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：直接同行车荷载、大气接触，承受较大的行车荷载作用（包括直接同行车荷载、大气接触，承受较大的行车荷载作用（包括冲击），冲击），同时受到降水、气温等的影响。与其它层次相比，它应具有较高的结构强度、同
6、时受到降水、气温等的影响。与其它层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应耐磨、抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应耐磨、不透水不透水、抗滑、平、抗滑、平整（另外还应能适应基层开裂对其影响或旧路面病害的反映）。材料的使用应整（另外还应能适应基层开裂对其影响或旧路面病害的反映）。材料的使用应能适应此功能要求。能适应此功能要求。4 4、路面的结构层次与材料要求路面的结构层次与材料要求7第一节 路面结构及其分类 基基 层层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层及土基，是路面结构
7、的主要承重层（对于沥青路面）或重要功能层（对于及土基，是路面结构的主要承重层（对于沥青路面）或重要功能层（对于水泥砼路面），因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩水泥砼路面），因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能被面层渗入雨水浸湿散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能被面层渗入雨水浸湿或地下水影响，也可受温度影响变形，因此仍应具有足够的水温稳定性；或地下水影响，也可受温度影响变形，因此仍应具有足够的水温稳定性；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。垫层垫层：垫层
8、介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态；同层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态；同时，也可扩散基层传递的荷载应力、时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形减小土基的应力与变形，并可阻止路，并可阻止路基土挤入基层。一般垫层修于特定状况道路工程结构中，如防砂土基础挤基土挤入基层。一般垫层修于特定状况道路工程结构中，如防砂土基础挤入基层、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。4 4、路面的结构层
9、次与材料要求路面的结构层次与材料要求8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。基层（包括底基层）基层（包括底基层）：材料主要有各种结合料稳定土或稳定碎石、贫水材料主要有各种结合料稳定土或稳定碎石、贫水泥砼、天然砂砾、碎石泥砼、天然砂砾、碎石/块石块石/片石片石/砾石、工业废渣结合混合料等。当用不砾石、工业废渣结合混合料等。当用不同材料修筑基层时，最下层的统一材料层称为底基层，它可就近使用当地同材料修筑基层时，最下层的统一材料层称为底基层，它可就近使用当地的材料或土。的材料或土。路基及
10、垫层路基及垫层：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。4 4、路面的结构层次与材料要求路面的结构层次与材料要求9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
11、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10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，则主要从路面结构路面结构的力学特性和设计方法的力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，将路面划分为柔柔性路面性路面、刚性路面刚性路面和和半刚性路面半刚
12、性路面三类。三类。5 5、路面的分类、路面的分类11第一节 路面结构及其分类 柔性路面柔性路面 总体结构刚度较小，荷载作用下的弯沉变形较大，抗弯拉强总体结构刚度较小，荷载作用下的弯沉变形较大，抗弯拉强度较低，传递给土基的单位压力也较大，它主要包括各种未经处理的度较低，传递给土基的单位压力也较大，它主要包括各种未经处理的粒料基层和粒料基层和各类沥青面层各类沥青面层、碎（砾）石面层或块石面层组成的路面结、碎（砾）石面层或块石面层组成的路面结构。构。刚性路面刚性路面主要指用主要指用水泥混凝土水泥混凝土作面层或基层的路面结构，其强度高、弹作面层或基层的路面结构，其强度高、弹性模量高、处于板体工作状态，
13、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。半刚性路面半刚性路面 主要指半刚性基层和沥青混凝土面层修筑的路面结构，其主要指半刚性基层和沥青混凝土面层修筑的路面结构，其刚度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。刚度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。5 5、路面的分类、路面的分类12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13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
14、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14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15第二节 环境因素对道路的影响图
15、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16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（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17第二节 环境
16、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18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
17、19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。20第三节 交通荷载参数 2、车辆的种类与作用特点道路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。21第三节
18、 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22第三节 交通荷载参数 汽车的轴型汽车的轴型23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24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（轴载约为前轴为两个单轮组成的单轴（轴载约为P/3P/3），极少数汽），极少数汽车前轴为双轴单轮组（轴重约为车前轴为双轴单轮组（轴重约为P/2P/2）。大部分货车后轴）。大部分货车后轴由双轮组组
19、成，有单轴、双轴和三轴等三种，大部分轴重由双轮组组成，有单轴、双轴和三轴等三种，大部分轴重在在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强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，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可近似取轮胎可近似取轮胎气压。气压。25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
20、)第三节 交通荷载参数26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82PDdppP 荷载圆半径和直径荷载圆半径和直径27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
21、)28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
22、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。作用利于结构，但多次重复作用又易使其疲劳。29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30第三节 交通荷载参数 6、标准
23、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。31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
24、全事故。32第三节 交通荷载参数 1 1）交通调查与重复荷载 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、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。8 8、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33第三节 交通荷载参数序号序号轴型分布
25、轴型分布代表车型代表车型代号代号整整车车类类1中型货车中型货车(载重载重2.510T)跃进、解放、东风等跃进、解放、东风等U1.12重型货车重型货车(载重载重10T)黄河、罗曼、斯太尔等黄河、罗曼、斯太尔等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轴半挂车轴半挂车解放、东风等国产牵引解放、东风等国产牵引车车S1.1.144轴半挂车轴半挂车斯堪尼亚、沃尔沃、斯斯堪尼亚、沃尔沃、斯太尔等进口牵引车或红太尔等进口牵引车或红岩、黄河等引进技术生岩、黄河等引进技术生产的牵引车产的牵引车 S1.1.255轴半挂车轴半挂车S1.2.2S1.2.36=6轴半挂车轴半挂车S1.2.
26、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34第三节 交通荷载参数 轴型分类及代号轴型示意图整车类整车类Single Unit TruckU1.1U1.2半挂类半挂类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35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（混合行驶双车道）
27、（混合行驶双车道）36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：()nsiiisNPNP37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：38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
28、算系数公式：39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：40 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eN第三节 交通荷载参数11365(1)1365(1)1(1)tettetNNNN36511365iiNN41第四节 路面结构设计参数l 1）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 cement concrete 由于材料（整体性材料和
29、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42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 三轴试验确定三轴试验确定c.c.c43第四节 路面结构设计参数 2、路面材料的几
30、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。试验测定的强度。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。44第四节 路面结构设计参数 4）抗拉强度）抗拉强度 tensile strength 气温变化会引起路面材料
31、收缩，湿度变化能产生半刚性材料干缩，气温变化会引起路面材料收缩，湿度变化能产生半刚性材料干缩，当收缩变形受到约束，即在材料内产生拉应力，材料抗拉强度不足当收缩变形受到约束，即在材料内产生拉应力，材料抗拉强度不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。路面材料的抗拉强度主要由混合料中的结合料粘结力提供，可采用路面材料的抗拉强度主要由混合料中的结合料粘结力提供，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。测定材料的抗拉强度。5）抗弯拉强度）抗弯拉强度 flexible strength 路面材料的实际工作状态是弯曲反复变化的，结构层底首先容易出路面材料的实际工
32、作状态是弯曲反复变化的，结构层底首先容易出现局部拉裂、产生弯曲断裂。材料的抗弯拉强度一般采用现局部拉裂、产生弯曲断裂。材料的抗弯拉强度一般采用简支梁三简支梁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45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46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
33、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47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；3-3-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48第四节 路面结构设计参数 4、路面材料的设计参数、
34、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，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试件浸泡在水中，水的深度应使水面在试件顶上约2.5cm）、侧向没）、侧向
35、没有围压时的单轴抗压强度。有围压时的单轴抗压强度。49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。50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
36、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
37、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。51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
38、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正。52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。53第四节
39、 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 54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 55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 56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 57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 58第四节 路
40、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）。59第四
41、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
42、，高为40mm。60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-模量参数建议值61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。62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63第四节 路面结构设计参数 2、路面
43、材料的设计参数 4）无粘结材料 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64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
44、小）1 1、路面结构破坏的极限状态、路面结构破坏的极限状态65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，因此路面结构处于弹
45、塑性工作状态，塑性变形累积是主要极限状态形式。2 2、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66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。67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）值的减少而随增加，当重复应力（应变）值减少到重复荷载作用次数无限大时
46、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。68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
47、的疲劳极限明显低于水泥混凝土。69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。70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）71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？72 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!73
