路面作业.docx

1、路面作业例举国内外23个路面设计计算软件，试分析设计计算内容，原理，和方法的异同。答：国内：（1）HPDS路面设计软件原理：本系统是根据现行公路沥青路面设计规范JTG D50-2006和公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2002以及城市道路设计规范CJJ37-90的有关内容编制的。HPDS路面设计软件是东南大学交通学院王凯教授与毛世怀副教授合作编制的。HPDS共包括如下九个程序： （1）沥青路面设计弯沉值和容许拉应力计算程序 HLS1）根据输入的车辆及交通参数进行交通量换算，计算出路面竣工后第一年或设计年限末年双向日平均标准轴载当量轴次以及设计年限内一个车道上的累计当量轴次。在进行交通

2、量计算时，程序要求用户输入交通量年增长率分段数NM。当NM=1时，程序按常规的方法即按交通量的平均年增长率计算累计当量轴次；当NM1时，程序按不同交通量年增长率分段计算累计当量轴次。2）在窗口右上角“计算内容”框架中，当用户选择“仅计算设计弯沉值”单选按钮时，在上述计算的基础上，程序进一步计算出路面设计弯沉值；当用户选择“计算设计弯沉值和容许拉应力”单选按钮时，程序不仅计算出路面设计弯沉值，还将计算出沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层材料容许拉应力。3）在“计算内容”框架和“公路等级”组合框的输入中，请注意所选择的“计算内容”与“公路等级”相匹配。对于高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面

3、层和半刚性基层、底基层，应根据容许拉应力验算设计层厚度。所以对于这三类公路，除了计算设计弯沉值外，一般还应计算容许拉应力。（2）改建路段原路面当量回弹模量计算程序HOC（适用于沥青路面设计）1）输入路段实测弯沉值，若弯沉值测定车为非标准轴载（轴载60kN-130kN）汽车时，程序可根据测定车的轴重将实测弯沉值换算为标准轴载下的弯沉值；2）计算路段弯沉值的平均值和弯沉值标准差，根据误差理论中的肖维勒准则（“公路柔性路面设计规范”和“公路路基路面现场测试规程”都规定采用此准则），舍去异常弯沉测定值；3）确定保证率系数、季节影响系数、湿度影响系数，并按照公路路基路面现场测试规程（JTJ059-95）

4、中T0951-95的规定计算温度修正系数，在此基础上计算出路段计算弯沉值并最终确定改建路段原路面当量回弹模量，为下一步的沥青路面设计或水泥混凝土路面设计服务。当设计在旧柔性路面上铺筑的水泥混凝土面层时，程序给出了两个“原柔性路面顶面当量回弹模量”计算值，其中一个是根椐“公路水泥混凝土路面设计规范”式（B.1.6）计算确定的，宜用于设计混凝土面层厚度；另一个是根据“公路沥青路面设计规范”式（8.0.10-1）计算确定的，宜用于计算旧路面上加铺的各层竣工验收弯沉值。 （3）沥青路面设计程序HMPD1）根据输入的路面设计参数和路基路面结构参数进行沥青路面设计，计算路面结构中拟定设计层厚度。2）根据用

5、户对主窗口中“设计类型” 的选择，程序可进行新建路面设计或改建路面补强设计。3）根据用户对主窗口中“设计内容” 的选择，程序或者仅根据设计弯沉值计算路面设计层厚度，或者除了根据设计弯沉值计算路面设计层厚度外，对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层还根据容许拉应力验算设计层厚度。4）当用户在主窗口“验算防冻厚度”框架中选择“验算”单选按钮时，程序还对所设计的路面结构进行防冻厚度验算。（4）沥青路面及土基竣工验收弯沉值和层底拉应力计算程序HMPC1）根据输入的路面计算参数和路基路面结构参数计算土基和路面各层竣工验收弯沉值以及路面各层层底最大拉应力。2）根据用户对主窗口“计

6、算类型”的选择，程序可进行新建路面的上述计算或改建路面的上述计算。3）根据用户对主窗口“计算内容”的选择，程序或者仅计算土基和路面各层竣工验收弯沉值，或者不仅计算土基和路面各层竣工验收弯沉值，而且还计算路面各层层底最大拉应力。（5）改建路段原路面当量回弹模量计算程序HOC1（适用于水泥混凝土路面设计）1）输入路段实测弯沉值，若弯沉值测定车为非标准轴载（轴载60kN-130kN）汽车时，程序可根据测定车的轴重将实测弯沉值换算为标准轴载下的弯沉值；2）计算路段弯沉值的平均值和弯沉值标准差，根据误差理论中的肖维勒准则（“公路柔性路面设计规范”和“公路路基路面现场测试规程”都规定采用此准则），舍去异常

7、弯沉测定值；3）确定保证率系数、季节影响系数、湿度影响系数，并按照公路路基路面现场测试规程（JTJ059-95）中T0951-95的规定计算温度修正系数，在此基础上计算出路段计算弯沉值并最终确定改建路段原路面当量回弹模量，为下一步的沥青路面设计或水泥混凝土路面设计服务。当设计在旧柔性路面上铺筑的水泥混凝土面层时，程序给出了两个“原柔性路面顶面当量回弹模量”计算值，其中一个是根椐“公路水泥混凝土路面设计规范”式（B.1.6）计算确定的，宜用于设计混凝土面层厚度；另一个是根据“公路沥青路面设计规范”式（8.0.10-1）计算确定的，宜用于计算旧路面上加铺的各层竣工验收弯沉值。 （6）新建单层水泥混

8、凝土路面设计程序HCPD1根据用户对主窗口中“面层类型”的选择，本程序可进行新建单层普通混凝土、钢筋混凝土、碾压混凝土、钢纤维混凝土和连续配筋混凝土路面设计。主要功能为：1）根据公路等级确定变异水平等级和可靠度系数；2）进行交通量换算并计算设计车道上使用初期标准轴载日作用次数和设计基准期内设计车道上标准轴载累计作用次数；3）计算基层顶面当量回弹模量；4）计算混凝土面层板荷载疲劳应力和温度疲劳应力(当采用碾压混凝土或贫混凝土作基层时, 基层与混凝土面层视作分离式双层板进行应力分析),并根据“公路水泥混凝土路面设计规范”式3.0.3最终确定混凝土面层厚度； 5）验算路面防冻厚度。（7）新建复合式水

9、泥混凝土路面设计程序HCPD2本程序可进行新建复合式（上面层为沥青混凝土，下面层为连续配筋混凝土或设传力杆的普通混凝土）水泥混凝土路面设计。具体功能为：1）根据公路等级确定变异水平等级和可靠度系数；2）进行交通量换算并计算设计车道上使用初期标准轴载日作用次数和设计基准期内设计车道上标准轴载累计作用次数；3）计算基层顶面当量回弹模量； 4）当采用沥青类、粒料类或半刚性基层时，按照“规范”附录D的方法，计算具有沥青上面层的水泥混凝土下面层板的荷载疲劳应力和温度疲劳应力，并根据“规范”式3.0.3确定混凝土下面层的厚度；当采用碾压混凝土或贫混凝土基层时, 基层与混凝土下面层视作分离式双层板，由于在此

10、情况下，无法使用附录D的图D.1.2和图D.2.1对双层板进行应力分析，只能先按无沥青上面层的混凝土面层进行应力分析，并确定混凝土面层的厚度，然后根据“规范”条文说明4.4.8条，40mm厚的沥青混凝土上面层约可减少10mm厚的下面层，对刚设计完成的混凝土面层的厚度进行折减，并最终得到具有沥青上面层时混凝土下面层的设计厚度。 5）验算路面防冻厚度。（8）旧混凝土路面上加铺层设计程序HCPD3本程序可进行旧混凝土路面上加铺层设计。“加铺层类型”可选用沥青混凝土加铺层和水泥混凝土加铺层（包扩普通混凝土加铺层、钢筋混凝土加铺层、钢纤维混凝土加铺层和连续配筋混凝土加铺层）。当采用水泥混凝土加铺层时，“

11、加铺层的结构型式”可选用结合式或分离式。具体功能为：1）根据公路等级确定变异水平等级和可靠度系数；2）进行交通量换算并计算设计车道上使用初期标准轴载日作用次数以及设计基准期内或旧路面剩余设计基准期内设计车道上标准轴载累计作用次数;3）当采用沥青混凝土加铺层时，按照“规范”附录D的方法，计算具有沥青混凝土加铺层时旧混凝土面层应力，并根据旧混凝土面层的应力满足“规范”式3.0.3来最终确定沥青混凝土加铺层的设计厚度。当采用水泥混凝土加铺层时，混凝土加铺层与旧混凝土面层视作分离式或结合式双层板 ，按照“规范”附录C的方法计算双层板的应力。对于分离式双层板，根据加铺层和旧混凝土面层应力分别满足“规范”

12、式3.0.3的要求，确定加铺层的设计厚度；而对于结合式双层板，加铺层的设计厚度，按旧混凝土面层应力满足“规范”式3.0.3的要求确定。4）验算路面防冻厚度。（9）水泥混凝土路面基（垫）层及土基竣工验收弯沉值计算程序HCPC1） 当“基（垫）层类型”为“新建公路土基上修筑的基（垫）层”时，本程序根据输入的土基和基（垫）层结构参数计算基（垫）层和土基各层竣工验收弯沉值； 2） 当“基（垫）层类型”为“旧柔性路面上修筑的加铺层”时，程序根据输入的旧路和加铺层结构参数计算旧路加铺层各层竣工验收弯沉值。此外，与国内同类程序相比，本系统还具有如下几个特点：1）国内同类程序计算路面各层顶面竣工验收弯沉值，每

13、次只能计算第一层路面顶面竣工验收弯沉值，一个五层路面就要分别计算五次，十分麻烦，而且不能计算土基顶面竣工验收弯沉值。而本系统一次就可以完成土基及路面各层顶面竣工验收弯沉值的计算，十分方便；2）国内同类程序计算累计交通量时，交通量年增长率只能考虑正增长的情况，而本系统既可以考虑正增长的情况，又可以考虑负增长和零增长的情况。3）在进行“沥青路面设计”时，将出现“用单个程序设计计算”和“用多个程序进行系统的路面设计”两个子菜单。当只用某一个程序进行设计计算时，可选择“用单个程序计算”子菜单，当用多个程序进行系统的路面设计计算时，可选择“用多个程序进行系统的路面设计”子菜单，选择“用单个程序设计计算”

14、方式使设计计算过程简洁而灵活，尤其是对单个程序进行多次反复计算时。选择“用多个程序进行系统的路面设计” 方式最大的好处一是前面程序窗口的输入和计算结果可直接输入到后续程序窗口中，从而大大减小了后续程序窗口参数数据的输入工作量； 二是多个程序计算的成果文件可以合并成一个汇总成果文件。PaveCAD路面结构设计软件PaveCAD为路面结构设计软件,是CS信息系统,采用VC+、FORTRAN、VBA编程技术开发.功能完善，适用于公路路面结构设计，验算，结构信息管理。其功能如下：1.路面结构厚度设计：1）沥青路面结构组合设计,厚度计算2）沥青路面弹性层状体系力学指标厚度设计3）水泥混凝土路面组合设计,

15、结构厚度验算4）普通混凝土路面结构组合设计,厚度验算5）普通钢筋混凝土路面结构组合设计,厚度验算6）钢纤维混凝土路面结构组合设计厚度验算7）旧水泥混凝土路面加铺8）旧沥青路面加铺9）水泥混凝土+沥青罩面设计2.路面结构分析1）沥青路面结构验算2）标准轴载次数验算3）轮载应力应变验算4）基层验收弯沉计算5）验收完沉计算3.路面结构数据管理1）沥青路面结构数据管理2）水泥混凝土路面结构数据管理4.路面结构图库管理1）沥青路面结构图库管理2）水泥混凝土路面结构图库管理5.路面结构设计工具1）弯沉统计和模量计算2）路面结构材料统计3）路面设计规范和文档国外：MEPDG路面设计分析软件，主要研究单位：E

16、RES，亚利桑那州立大学。原理：MEPDG软件是基于力学经验原理，为柔性路面和刚性路面及复合路面的设计提供了统一的基础,并采用共同的交通、路基、环境及可靠度设计参数，不但能预测多种路面性能 ,还在材料、路面结构设计、施工、气候、交通及路面管理系统之间建立了联系。MEPDG主要分三个设计步骤：第一步是建立分析所需的输入值，建立基础分析、路面材料特性及交通数据；第二步是结构性能分析，经过迭代分析，得出满足性能要求的路 面结构；第三步是不同设计方案的工程分析及寿命周期分析。MEPDG的设计输入参数主要 有交通资料、气候资料以及路面结构和材料参数。这些设计参数分三个等级的输入：最高等级为一级输入，主要

17、用于重交通路面设计，一级输入的参数要通过试验室或现场试验、现场 交通轴载测定以及现场无损试验等方法获取；二级输入是中等精度参数输入，适用于当一级输入参数条件不具备的时候；三级输入相对而言其精确度也最低，采用地区典型平均值作为 输入参数。在MEPDG中，沥青混合料的主要材料特性是与时间温度相关联的动态模量 （E）。MEPDG考虑了沥青老化对混合料动态模量的影响。在确定动态模量的过程中结合了整体老化系统，提供了沥青黏度在拌和、压实及长期老化过程中的变化模型，即沥青从初始到拌和摊铺模型、表面老化模型、空隙率调整模型以及黏度深度模型。MEPDG还考虑了沥青混合料泊松比随温度变化的影响。泊松比的一级输入

18、可由试验确定；对于二级输入，MEPDG提供了泊松比在不同温度下的计算公式；对于三级输入，MEPDG提供了泊松比的典型范围。此外，MEPDG还用下列材料参数来预测沥青混合料温度裂缝，即抗拉强度、蠕变柔量、温度收缩系数、表面短波吸收率、温度传导率及热容量等。MEPDG采用强化综合气候模型(EICM)来预测路面结构层路基中温度和含水量的变化，计算沥青混凝土层中不同深 度的温度变化，粒状材料回弹模量调整系数、空隙水压力、含水量、冻融深度及冻胀等。MEPDG软件功能包括以下几个方面（1）新水泥混凝土路面设计第一步：建立新项目；第二步： 输入设计参数有关设计项目的一般参数具体的交通、气候、材料、结构设计参

19、数；第三步： 运行计算分析水泥路面基于有限元方法沥青路面基于弹性层状体系各种路面损坏预测经验模型。(2) 沥青路面使用性能预测车辙预测预测模型：RD=hi 式中：RD=车辙深度N=车辙计算层数目pi=第i层总塑性应变hi=第i层厚度疲劳开裂预测基本原理：Miner定理 预测模型：D=，式中：D=疲劳损坏T=计算时间段数目ni=第i时间段荷栽作用次数Ni=第i时间段允许荷载作用次数。此外，还有疲劳损坏模型、温度开裂模型和平整度IRI预测。（3）普通水泥路面使用性能预测1）横向裂缝；2）错台预测；平整度预测（4）连续配筋水泥路面使用性能预测：路面板击穿预测、平整度预测。MEPDG路面设计分析软件优

20、缺点把路面结构设计同材料的选择和施工结合起来考虑路面损坏分析是材料性能、温度、水和荷载的相互作用结果提供更精确的设计提高路面的寿命提供更费用-效益合理的设计具有特殊的分析能力，如不同的损坏、特殊荷载、路面损坏调查评价等可以考虑特殊车辆轴载和超载对路面结构设计和使用的影响。软件工作正常，所预测的路面损坏变化趋势合理提供了一个路面结构分析和设计的有效工具，前提是要充分了解设计参数对路面损坏和性能的影响程度选择合理的设计输入水平对路面损坏预测影响大对路面维修设计来说，准确的评价现场路况对路面损坏预测影响大沥青路面温度裂缝对沥青结合料和混合料性能非常敏感沥青路面纵缝(Top-Down)的预测同实际相差较大有关的损坏模型必须按当地情况校正。永久性路面结构设计软件：PerRoad 2.4，设计原理：力学方法永久性路面设计过程：1、输入材料性能参数；2、路面分析模型；3、路面应力和应变；4路面变换方程；5、路面使用寿命。永久性沥青路面的优点：1、沥青路面寿命可达50年；2、路面平整，噪音低，摩擦系数高；3、成本效益高-路面的养护维修仅限于面层；4、沥青面层可再循环；5、减少疲劳开裂和车辙损坏；6、最大限度地减少自然资源的使用；7、采用力学方法进行路面设计，综合考虑疲劳开裂，车辙和温度开裂。