公路瀝青路面TRANBBS設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)
張 亮 黃曉明
(東南大學(xué)TRANBBS交通學(xué)院)
提要 本文通過(guò)最新的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ 014－97)與舊柔 性路面規(guī)范的對(duì)比，闡述了新規(guī)范的特點(diǎn)，并對(duì)其不足之處進(jìn)行了探討，采用VB編制了人 機(jī)交互界面的瀝青路面設(shè)計(jì)程序。
關(guān)鍵詞 公路 瀝青路面 設(shè)計(jì)計(jì)算??
Calculate System of Asphalt Pavement Design??
Zhang Liang?
(Transportation college of Southeast University)?
Abstract Based on compare new
key words Highway Asphalt pavement Design calcalate?
1 概述?
通過(guò)近十幾年的不斷實(shí)踐和總結(jié)，無(wú)機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料(簡(jiǎn)稱半剛性材料)修筑路面結(jié)構(gòu)的基層和底基層已經(jīng)得到普遍推廣應(yīng)用，我國(guó)90％以上的高等級(jí)公路瀝青路面基層和底基層采用 半剛性材料，半剛性基層瀝青路面已成為我國(guó)高等級(jí)公路瀝 青路面的主要結(jié)構(gòu)類型。?
在七·五期間，國(guó)家組織開展了“高等級(jí)公路半剛性基層、重交通道路瀝青面層和抗滑表層的研究”的研究課題，對(duì)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性，瀝青面層的開裂機(jī)理、車轍 和疲勞、抗滑表層設(shè)計(jì)和應(yīng)用、半剛性基層材料的強(qiáng)度特性和收縮特性，組成設(shè)計(jì)要求等進(jìn) 行了深入的研究，提出了較為完整的研究報(bào)告，為高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面的設(shè)計(jì)與TRANBBS施工提供了理論依據(jù)和TRANBBS技術(shù)保證。
由于現(xiàn)行的《柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范》頒布于1986年，當(dāng)時(shí)我國(guó)高等級(jí)公路總里程很少，半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)使用不很普遍，基層主要是柔性結(jié)構(gòu)或石灰穩(wěn)定類材料結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上經(jīng)調(diào)查和總結(jié)得出的柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，在一段時(shí)間內(nèi)滿足了路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要。但隨著國(guó)家對(duì)交通運(yùn)輸業(yè)的日益重視和人們筑路經(jīng)驗(yàn)的不斷提高，一致認(rèn)為1986年版的《柔性 路面設(shè)計(jì)規(guī)范》已不能滿足高等級(jí)公路半剛性基層瀝青路面的需要。半剛性基層瀝青路面在容許彎沉、疲勞特性、材料參數(shù)和受力狀況等方面與柔性路面有明顯的區(qū)別。一般設(shè)計(jì)人員由于對(duì)半剛性基層認(rèn)識(shí)不足，使得設(shè)計(jì)結(jié)果具有一定的盲目性，設(shè)計(jì)結(jié)果要么過(guò)分保守，要么因路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)而產(chǎn)生早期破壞，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，如何利用七·五國(guó)家攻關(guān)項(xiàng)目取得的成果，結(jié)合近10年來(lái)半剛性基層瀝青路面的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際使用效果，提出適合半剛性基層瀝青路面特點(diǎn)的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，減少設(shè)計(jì)的盲目性，對(duì)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的更新和路面實(shí)際使用效果的改善具有重要意義。?
2 新瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范的特點(diǎn)?
新瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范在原柔性路面規(guī)范的基礎(chǔ)上，對(duì)瀝青路面厚度計(jì)算方法進(jìn)行了全面修訂，刪除了查圖法和舊路補(bǔ)強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)公式，在理論計(jì)算體系上更加完善合理，且適合于半剛性基層和柔性基層的瀝青路面特點(diǎn)；設(shè)計(jì)參數(shù)的測(cè)試更加簡(jiǎn)便，計(jì)算結(jié)果更加符合實(shí)際。同時(shí)對(duì)分期修建、抗滑標(biāo)準(zhǔn)、瀝青層厚度等內(nèi)容進(jìn)行了修改，增加了瀝青瑪蹄脂碎石、瀝青混合料的車轍指標(biāo)和水穩(wěn)定性指標(biāo)，水泥混凝土橋面鋪裝等內(nèi)容。?
2.1 路面設(shè)計(jì)彎沉值?
原規(guī)范的路面允許彎沉值是1973年左右進(jìn)行的允許彎沉值調(diào)查的基礎(chǔ)上提出的，該公式適應(yīng)了70年代公路等級(jí)較低、以柔性基層和石灰土基層為主的實(shí)際情況，但存在的主要問(wèn)題有：①原允許彎沉值的定義為路面在設(shè)計(jì)使用末期的最不利季節(jié)，在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下允許出現(xiàn)的最大彎沉值，它不能直接作為竣工驗(yàn)收指標(biāo)，否則標(biāo)準(zhǔn)偏低，易出現(xiàn)早期破壞；②設(shè)計(jì)指標(biāo)是路面處于使用末期的極限狀態(tài)在最不利季節(jié)的最大彎沉值，而材料設(shè)計(jì)參數(shù)是指齡期為3個(gè)月或6個(gè)月的無(wú)疲勞損傷的完好狀態(tài)，可見設(shè)計(jì)指標(biāo)與材料參數(shù)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)不一致；③半剛性基層和柔性基層采用相同的允許彎沉值不合理，且不適應(yīng)大交通量公路的需要。
新規(guī)范在國(guó)家課題“瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)與參數(shù)的研究”的基礎(chǔ)上，對(duì)全國(guó)有代表性的路段進(jìn)行允許彎沉值的調(diào)查，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)回歸分析，并研究了不同基層類型對(duì)允許彎沉值的影響，得到對(duì)于不同公路等級(jí)、不同面層和基層結(jié)構(gòu)類型普遍適用的設(shè)計(jì)彎沉Id(cm)計(jì)算公式：
式中：Ac —公路等級(jí)系數(shù)，高速公路、一級(jí)公路為1.0，二級(jí)公路為1.1， 三、四級(jí)公路為1.2；?
As—面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0；熱拌瀝青碎石、乳化瀝青碎石、上拌下貫或貫入式路面為1.1；瀝青表面處治為1.2；中、低級(jí)路面為1.3；?
Ab—基層類型系數(shù)，半剛性基層取1，柔性基層取1.6。?
從規(guī)范公式的推導(dǎo)明顯看出，該設(shè)計(jì)彎沉可以作為竣工驗(yàn)收彎沉，為新建公路的竣工驗(yàn)收提供了依據(jù)。?
2.2允許拉應(yīng)力QR及抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)Ks
路面結(jié)構(gòu)層的允許拉應(yīng)力，是指路面結(jié)構(gòu)在行車荷載重復(fù)作用下達(dá)到疲勞臨界狀態(tài)時(shí)允許的最大拉應(yīng)力。?
原規(guī)范的瀝青混凝土強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)是參考國(guó)外的梁彎曲疲勞試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合國(guó)內(nèi)部分調(diào)查資料提出的。現(xiàn)在由于路面結(jié)構(gòu)層材料的發(fā)展，原有抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)可能不適合當(dāng)前工程 常用混合料的實(shí)際情況。通過(guò)對(duì)瀝青面層、半剛性基層、底基層的抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)系數(shù)進(jìn)行的試驗(yàn)，分別得出：
2.3路面材料設(shè)計(jì)參數(shù)?
原規(guī)范中規(guī)定彎沉設(shè)計(jì)
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時(shí)采用材料抗壓模量，彎拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)驗(yàn)算層以上各層用彎拉模量， 驗(yàn)算層以下用抗壓模量，易形成計(jì)算體系混亂，計(jì)算層的拉應(yīng)力偏大；另外，彎拉模量、彎 拉強(qiáng)度的測(cè)試辦法笨重，測(cè)試結(jié)果分散性大，導(dǎo)致設(shè)計(jì)單位不愿做實(shí)驗(yàn)而直接套用規(guī)范值的情況。?
在新規(guī)范中，彎沉、拉應(yīng)力指標(biāo)均推薦用抗壓回彈模量計(jì)算，抗拉強(qiáng)度不用梁試件而用圓柱 體劈裂試驗(yàn)測(cè)定抗拉強(qiáng)度，這樣既避免兩種模量取值的混亂，在測(cè)試方法上也得到了簡(jiǎn)化， 并有利于施工檢驗(yàn)，可鉆孔取樣檢測(cè)。?
2.4路面厚度計(jì)算
新規(guī)范中刪除了查圖法計(jì)算厚度這部分，在設(shè)計(jì)彎沉值、驗(yàn)算拉應(yīng)力過(guò)程中，均假定層間接 觸條件為完全連續(xù)，都采用多層彈性體系層間完全連續(xù)接觸條件的解析解，依據(jù)新規(guī)范編制 了設(shè)計(jì)計(jì)算程序。?
2.5彎沉綜合修正公式及彎沉綜合修正系數(shù)?
原規(guī)范的彎沉綜合修正公式的資料來(lái)源于70年代，其修正系數(shù)計(jì)算公式為：
而近10年高等級(jí)路面多采用水泥穩(wěn)定碎石(砂礫)、二灰穩(wěn)定碎石(砂礫)以及水泥石灰綜合穩(wěn) 定類材料，路面結(jié)構(gòu)層隨交通量增加也增厚，這使得原規(guī)范彎沉綜合修正系數(shù)失去了現(xiàn)實(shí)意 義。新規(guī)范對(duì)多個(gè)路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論與實(shí)際對(duì)比計(jì)算，得出：
2.6標(biāo)準(zhǔn)軸載及軸載換算?
新規(guī)范舍棄了BZZ－60，而僅以雙輪組單軸載100kN為標(biāo)準(zhǔn)軸載，以BZZ－100表示。?
標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次N(次／d)分兩種情況計(jì)算：?
(1)當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)及瀝青層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，凡軸載大于25kN的各級(jí)軸載(包括車 輛的前、后軸)均須換算：
(2)當(dāng)進(jìn)行半剛性基層層底拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，凡軸載大于50kN的各級(jí)軸載(包括車輛的前、后軸 )均須換算：
3 公路瀝青路面設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)的編制?
本系統(tǒng)在研制過(guò)程中，采用現(xiàn)今流行的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，引入對(duì)象、屬性、方法和 事件等概念，將其分為幾個(gè)部分：一為系統(tǒng)控制部分，為MDI主控窗口；二為系統(tǒng)的輸入、 輸出模塊；三為瀝青路面設(shè)計(jì)計(jì)算專用程序；接收到數(shù)據(jù)后，在后臺(tái)運(yùn)行計(jì)算程序；四為系 統(tǒng)的輔助功能(如幫助、數(shù)據(jù)另存、打印等)。?
系統(tǒng)配置要求：80486、8M內(nèi)存以上，操作系統(tǒng)為Windows 3.1或Windows95.?
本系統(tǒng)除第三部分外，其余均采用Visual Basic 4.0 for Windows 3.x編程。利用VB控件制 作好窗口后，在相應(yīng)事件處寫入事件發(fā)生代碼，用這種編程方式稱為事件驅(qū)動(dòng)程序。?
(1)在主控程序中，開辟了公共數(shù)據(jù)區(qū)域用于存放模塊間傳遞的數(shù)據(jù)，將其余模塊作為菜單 懸掛其上。?
(2)在輸入模塊中，當(dāng)確定結(jié)構(gòu)層數(shù)和設(shè)計(jì)層位后，將彈出一個(gè)各層相應(yīng)參數(shù)輸入窗口，進(jìn) 行前后翻滾輸入各層數(shù)據(jù)，最后按按鈕“確定”結(jié)束，其余情形類似。
(3)windows是具有一定多任務(wù)操作能力的系統(tǒng)，在VB中，通過(guò)Shell函數(shù)方便地調(diào)用一個(gè)可 執(zhí)行程序。本模塊主要通過(guò)Shell函數(shù)來(lái)調(diào)用一個(gè)pif文件，再通過(guò)pif去調(diào)用一個(gè)bat批處理 命令程序，在該批處理文件內(nèi)才包含真正的對(duì)瀝青路面設(shè)計(jì)計(jì)算專用程序。具體如何編制pi f和.bat文件，參考相應(yīng)計(jì)算機(jī)圖書。?
(4)在系統(tǒng)輔助功能中，利用windows的優(yōu)勢(shì)建立聯(lián)機(jī)幫助、文檔后臺(tái)打印和提供系統(tǒng)資源信 息等，使得系統(tǒng)功能更加完善。?
4 對(duì)新規(guī)范進(jìn)一步的探討?
4.1設(shè)計(jì)彎沉值?
在新規(guī)范中，將原有的允許彎沉值改為設(shè)計(jì)彎沉值，這是一個(gè)很大的改進(jìn)，它澄清了設(shè)計(jì)狀 態(tài)與使用末期極限狀態(tài)的概念以及它們之間的相互關(guān)系。當(dāng)路面厚度計(jì)算以設(shè)計(jì)彎沉值為控 制指標(biāo)時(shí)，則驗(yàn)收彎沉值應(yīng)等于設(shè)計(jì)彎沉值；當(dāng)厚度計(jì)算以層底拉應(yīng)力為控制指標(biāo)時(shí)，應(yīng)根 據(jù)拉應(yīng)力計(jì)算所得的結(jié)構(gòu)厚度，重新計(jì)算路表彎沉值，該值即為竣工驗(yàn)收彎沉值。但是，新 規(guī)范并沒(méi)有針對(duì)瀝青路面在使用年限內(nèi)的評(píng)價(jià)和養(yǎng)護(hù)提出彎沉評(píng)定指標(biāo)，因?yàn)r青路面在使用 過(guò)程中，路表彎沉逐漸增大，路面使用過(guò)程中的強(qiáng)度評(píng)價(jià)不能采用設(shè)計(jì)彎沉，這給道路面結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度評(píng)價(jià)帶來(lái)困難。
4.2模量取值帶來(lái)的影響?
在新規(guī)范中，材料回彈模量用圓樁體試件，按無(wú)側(cè)限壓縮試驗(yàn)測(cè)得抗壓回彈模量，材料抗拉 強(qiáng)度用劈裂試驗(yàn)測(cè)得抗拉強(qiáng)度。材料模量值是表征材料剛度特性的指標(biāo)，對(duì)于某條瀝青路面 ，彎沉值越大，則表明剛度越小，彎沉值與剛度成反比；在彎拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，剛度越小，彎 拉應(yīng)力越小，剛度與拉應(yīng)力成正比。材料回彈模量取值方法不符合驗(yàn)算保證率的要求，則造 成計(jì)算拉應(yīng)力偏小，從而減少了路面彎拉驗(yàn)算的安全度。?
5結(jié)論?
(1)本文針對(duì)即將實(shí)行的《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》與舊規(guī)范相比較，具體分析了它的改進(jìn) 之處，同時(shí)也提出了不同看法。?
(2)編制的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序選擇了當(dāng)今廣泛流行的操作平臺(tái)Windows 3.x及windows95，并且 充分利用其優(yōu)越性能，將計(jì)算專用程序置于后臺(tái)執(zhí)行。?
(3)該應(yīng)用系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、使用方便、易學(xué)好用的特點(diǎn)；并且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，計(jì)算速度 快，具有很好的實(shí)用價(jià)值。?
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