重载交通下的城市道路沥青路面设计
由于城市内工程建设项目对重载交通工具（单轴轴载大于130KN的车辆）的需求不断增多，导致重载交通的形成，使得一般沥青路面无法承受其压力而引发路面病害，因此需要针对重载交通下的城市道路沥青路面进行设计，从而保证道路具有良好的使用性能。本文通过分析重载交通对路面设计产生的影响，得重载车辆的轴载换算系数为5.5、标准轴载参数中压强为1.05MPa、当量圆半径为17.4cm。以设计弯沉值为设计指标，层底拉应力和剪应力为验算指标进行重载交通下的城市道路沥青路面设计。结果表明，设计弯沉值为22.3（0.01mm），层底拉应力和剪应力验算合格，此时的沥青路面设计为上面层40mmAC-13C（改性沥青），下面层80mmAC-25 ，基层290mm水泥稳定碎石，底基层200mm碎石灰土。关键词 重载交通，城市道路，路面设计，轴载换算，设计弯沉值，层底拉应力，剪应力，防冻厚度
目录
1 引言 1
1.1 重载交通下城市道路沥青路面设计的研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 研究内容 2
2 重载交通下城市道路沥青路面设计方法 3
2.1 重载交通对路面设计的影响 4
2.2 自然条件调查 7
2.3 交通量调查与分析 7
2.4 土基回弹模量确定 8
2.5 路面结构设计 8
3 重载交通下城市道路沥青路面验算方法 10
3.1 层底拉应力验算 10
3.2 剪应力验算 13
3.3 防冻厚度验算 13
4 重载交通下的城市道路沥青路面设计 14
4.1 研究对象确定 14
4.2 自然条件调查 17
4.3 路面结构设计 18
4.4 路面厚度设计 24
5 重载交通下的城市道路沥青路面验算 26
5.1 层底拉应力验算 26
5.2 剪应力验算 31
5.3 防冻厚度验算 31
5.4 路面设计图 31
结论 33
致谢 34
参考文献 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
5
1 引言
1.1 重载交通下城市道路沥青路面设计的研究背景
重载车辆（单轴轴载大于130KN的车辆）交通量的不断增多，在进行累计轴载次数计算时，重载车辆的轴载次数占绝大多数，累计轴载次数决定了交通等级[1]，直接导致了重交通、特重交通的出现，而这种现象本文称为重载交通。
随着城市化的发展，区域之间的交流逐渐频繁，而道路作为区域之间联系的主要途径，由于重载车辆交通量的迅猛增加，道路破坏现象愈演愈烈，尤其在城市道路沥青路面上，重载车辆甚至超载车辆的行驶直接导致了沥青路面由于抗车辙能力不足而产生车辙等其他路面病害。
在城市沥青路面道路上针对重载车辆交通量较大的路段，研究如何保证沥青路面在重载交通下保持良好的路用性能以及如何进行重载交通下的路面设计成为了值得研究的课题。
1.2 国内外研究现状
美国普渡大学的Zaghloul和White 为了研究关于车辙等效方面的轴载换算公式，利用三维有限元建立多种模型进行分析，最终根据实测数据建立了回归方程，它能够在不同的轴载范围对单轴、双轴、三轴乃至多轴的等效换算系数进行求解[2]。
刘鹏飞、王大伟、Markus三位学者在研究路面的动力响应时，基于半解析有限元的方法开发了SAFEM程序，使用SAFEM程序可以有效的预测路面的机械响应，分析数据显示：如果沥青路面承受较大的交通负荷，则应适当增加路面结构层的厚度和刚度，以支持表面偏差[3]。
Fresno、Gaspar等在DURABROADS项目中，为了对重型复杂沥青路面类型进行优化，在确定了对各种道路类型至关重要的气候变化要素后，研究了极端气候和机械载荷对路面的协同作用，通过灵敏度分析评估，在不同气候变化情景下，石膏沥青（SMA）是最适合的路面材料替代方案[4]。
高亚亮在研究重载交通对路面设计中产生的影响时，主要研究路面破坏的机理，通过材料实验并分析了重载交通对路面设计产生影响的原因，从而提出能适应重载交通的路面结构并给出了各结构层材料的设计抗压模量范围[5]。
张丽娟在研究重载交通对半刚性基层的剪应力产生的影响时，结合ANSYS软件，通过建立三维动力有限模型分析，最终发现发现轮隙中心剪应力最大，并提出了建议：在进行重载交通下的路面设计时尽量采用改性沥青[6]。
在研究重载交通下沥青混凝土结构力学性能时，彭伟通过分析路面结构层的动力响应，进而分析弯沉、拉应力与结构层材料模量的关系，结合研究的成果对重载交通下的路面设计提出了建议：沥青混合料的厚度不宜超过18Cm，基层模量宜在1200MPa1800MPa之间，底基层的设计厚度至少取33Cm[7]。
袁建华、王林杰等学者在分析某省道在重载交通下产生车辙破坏的原因时，通过现场的调查与分析，提出了重载交通下产生车辙破坏的三个因素：高温超载、集料级配与沥青质量，在经过计算后，对重载交通下的沥青混凝土面层结构进行了优化，发现AC20C中粒式沥青混合料与改性沥青的结合是最佳方案[8]。
陈璟在研究山西重载交通下沥青路面结构与材料设计时，通过现场调查，总结了重载交通下路面产生的破坏及产生破坏的原因，并通过有限元软件对沥青混合料的级配范围的选用、路面各结构层的受力特性、材料的厚度与抗压模量进行了分析，最终提出了重载交通下典型路面的结构[9]。
总上所述，目前在重载交通下的城市道路沥青路面设计当中，重载车辆的轴载换算系数以及标准轴载的计算参数是否发生变化还未可知。本文基于力学分析法对以上两个问题进行探讨。
1.3 研究内容
本文是为了保证城市道路在重载交通下保持良好的性能，避免病害的过早发生，而针对重载交通对城市沥青路面进行设计。研究时，参考公路沥青路面的设计方法拟出了城市道路沥青路面的设计流程。在分析了对于重载交通对路面设计中产生的影响，具体表现在标准车辆的参数和轴载换算系数上，利用分析结果进行重载交通下的城市道路沥青路面设计。研究思路图11如下所示：
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1 引言 1
1.1 重载交通下城市道路沥青路面设计的研究背景 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 研究内容 2
2 重载交通下城市道路沥青路面设计方法 3
2.1 重载交通对路面设计的影响 4
2.2 自然条件调查 7
2.3 交通量调查与分析 7
2.4 土基回弹模量确定 8
2.5 路面结构设计 8
3 重载交通下城市道路沥青路面验算方法 10
3.1 层底拉应力验算 10
3.2 剪应力验算 13
3.3 防冻厚度验算 13
4 重载交通下的城市道路沥青路面设计 14
4.1 研究对象确定 14
4.2 自然条件调查 17
4.3 路面结构设计 18
4.4 路面厚度设计 24
5 重载交通下的城市道路沥青路面验算 26
5.1 层底拉应力验算 26
5.2 剪应力验算 31
5.3 防冻厚度验算 31
5.4 路面设计图 31
结论 33
致谢 34
参考文献 3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
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1 引言
1.1 重载交通下城市道路沥青路面设计的研究背景
重载车辆（单轴轴载大于130KN的车辆）交通量的不断增多，在进行累计轴载次数计算时，重载车辆的轴载次数占绝大多数，累计轴载次数决定了交通等级[1]，直接导致了重交通、特重交通的出现，而这种现象本文称为重载交通。
随着城市化的发展，区域之间的交流逐渐频繁，而道路作为区域之间联系的主要途径，由于重载车辆交通量的迅猛增加，道路破坏现象愈演愈烈，尤其在城市道路沥青路面上，重载车辆甚至超载车辆的行驶直接导致了沥青路面由于抗车辙能力不足而产生车辙等其他路面病害。
在城市沥青路面道路上针对重载车辆交通量较大的路段，研究如何保证沥青路面在重载交通下保持良好的路用性能以及如何进行重载交通下的路面设计成为了值得研究的课题。
1.2 国内外研究现状
美国普渡大学的Zaghloul和White 为了研究关于车辙等效方面的轴载换算公式，利用三维有限元建立多种模型进行分析，最终根据实测数据建立了回归方程，它能够在不同的轴载范围对单轴、双轴、三轴乃至多轴的等效换算系数进行求解[2]。
刘鹏飞、王大伟、Markus三位学者在研究路面的动力响应时，基于半解析有限元的方法开发了SAFEM程序，使用SAFEM程序可以有效的预测路面的机械响应，分析数据显示：如果沥青路面承受较大的交通负荷，则应适当增加路面结构层的厚度和刚度，以支持表面偏差[3]。
Fresno、Gaspar等在DURABROADS项目中，为了对重型复杂沥青路面类型进行优化，在确定了对各种道路类型至关重要的气候变化要素后，研究了极端气候和机械载荷对路面的协同作用，通过灵敏度分析评估，在不同气候变化情景下，石膏沥青（SMA）是最适合的路面材料替代方案[4]。
高亚亮在研究重载交通对路面设计中产生的影响时，主要研究路面破坏的机理，通过材料实验并分析了重载交通对路面设计产生影响的原因，从而提出能适应重载交通的路面结构并给出了各结构层材料的设计抗压模量范围[5]。
张丽娟在研究重载交通对半刚性基层的剪应力产生的影响时，结合ANSYS软件，通过建立三维动力有限模型分析，最终发现发现轮隙中心剪应力最大，并提出了建议：在进行重载交通下的路面设计时尽量采用改性沥青[6]。
在研究重载交通下沥青混凝土结构力学性能时，彭伟通过分析路面结构层的动力响应，进而分析弯沉、拉应力与结构层材料模量的关系，结合研究的成果对重载交通下的路面设计提出了建议：沥青混合料的厚度不宜超过18Cm，基层模量宜在1200MPa1800MPa之间，底基层的设计厚度至少取33Cm[7]。
袁建华、王林杰等学者在分析某省道在重载交通下产生车辙破坏的原因时，通过现场的调查与分析，提出了重载交通下产生车辙破坏的三个因素：高温超载、集料级配与沥青质量，在经过计算后，对重载交通下的沥青混凝土面层结构进行了优化，发现AC20C中粒式沥青混合料与改性沥青的结合是最佳方案[8]。
陈璟在研究山西重载交通下沥青路面结构与材料设计时，通过现场调查，总结了重载交通下路面产生的破坏及产生破坏的原因，并通过有限元软件对沥青混合料的级配范围的选用、路面各结构层的受力特性、材料的厚度与抗压模量进行了分析，最终提出了重载交通下典型路面的结构[9]。
总上所述，目前在重载交通下的城市道路沥青路面设计当中，重载车辆的轴载换算系数以及标准轴载的计算参数是否发生变化还未可知。本文基于力学分析法对以上两个问题进行探讨。
1.3 研究内容
本文是为了保证城市道路在重载交通下保持良好的性能，避免病害的过早发生，而针对重载交通对城市沥青路面进行设计。研究时，参考公路沥青路面的设计方法拟出了城市道路沥青路面的设计流程。在分析了对于重载交通对路面设计中产生的影响，具体表现在标准车辆的参数和轴载换算系数上，利用分析结果进行重载交通下的城市道路沥青路面设计。研究思路图11如下所示：
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