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HPDS在公路沥青路面结构计算中的应用
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摘要:本文按照2017版《公路沥青路面结构设计规范》中对路面结构计算新的设计要求,采用HPDS2017软件完成沥青路面结构计算。重点描述路面结构设计指标的计算过程和计算软件的荷载参数、路面结构参数等条件的输入及计算结果的输出。
关键词:沥青路面;结构计算;HPDS软件
前言
路面结构是道路最重要和直观的组成部分,其结构的设计与计算也是道路设计的重点之一。随着我国道路建设的发展,工程技术的不断积累,路面结构计算方法也在不断完善。本文采用HPDS公路路面结构计算软件,基于新版《公路沥青路面结构设计规范》JTGD50-2017,结合工程案例,对公路沥青路面结构进行计算,通过路面结构计算的过程、荷载参数、路面结构参数的输入和计算的描述,为设计人员提供参考。
1软件介绍
HPDS公路路面设计系统是王凯和毛释怀两位教授就路面结构计算开发的软件,在道路设计行业应用广泛。HPDS2017版软件是根据新的《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2017(以下简称规范)对HPDS2011版的升级,该软件包含新建、改建的公路沥青和水泥路面结构计算相关的九项功能,数据输入采用可视化窗口输入方式,操作简单。
2路面结构设计要素
2.1设计荷载
根据规范3.0.3可知,设计轴载仍采用以轴载100KN的单轴双轮组荷载为标准轴载。各轮轮载为25KN,轮胎压强为0.7Mpa,单轮传压面当量圆直径d为21.30cm,双轮中心间距为1.5d。
新规范通过对不同的轴型组合将车辆分成11类,其中2轴4轮的1类车型不计入交通等级划分和轴载的计算中,并且针对不同的路面结构设计指标,采用不同的当量轴载换算系数,计算出对应的当量设计累计轴载。
2.2路面结构设计指标
老版《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006中主要以弯沉作为路面结构设计指标,目前在各种不同路面结构和路面性能影响的复杂性下,该设计指标较难全面反映出各层路面结构的路用性能。因此,新规范采用5个设计指标分别控制相应路面损坏,新设计指标分别为:沥青混合料疲劳开裂寿命、无机结合料稳定层疲劳开裂寿命、沥青混合料永久变形量、路基顶面竖向压应变和路面低温开裂指数,并且根据规范表6.2.1中要求,不同的路面结构组合应选择不同的路面结构设计指标。
3路面结构计算
3.1工程案例
上海某现状道路等级为一级公路,双向六快两慢的四块板城市道路断面形式,采用沥青混凝土路面,该项目对部分路段进行结构翻建,设计年限15年,设计时采用老规范的设计指标对路面结构进行计算,本次以该项目为例按新规范对路面结构进行验算。
3.2设计参数的确定
3.2.1交通荷载的确定
交通荷载按规范附录A.4中计算公式(如下所示),计算出不同路面设计指标所对应的设计车道的当量设计轴载累计次数。
本项目根据现状交通量调查,道路断面大型客车和货车车辆双向年平均日交通量AADTT为2962辆,其中整体式货车比例和半挂式货车比例约为35%和45%,按规范附录A.2.6中水平三的车辆类型分布系数VCDF采用TTC2车辆类型的分布系数。
各类型车辆的当量累计轴载换算系数EALF按规范附录A.3.1中要求高速公路及以一级公路的改建项目采用称重设备连续采集车辆类型数据对车辆当量换算系数进行计算,由于项目无法采集该数据,所以采用规范中的水平三要求,按规范附录表A.3.1-2和A.3.1-3中各类车辆非满载和满载比例的经验值和不同设计指标下满载和非满载的各类车辆当量设计累计轴载换算系数进行计算。方向系数DDF和车道系数LDF按规范附录A.2.4和A.2.5中要求分别取0.55和0.65。
3.2.2各指标的确定
本项目路面结构设计指标根据规范采用无机结合料稳定层层底拉应力和沥青混合料层永久变形量,根据规范附录B.2.1可知,验证无机结合料层底拉应力的无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命的容许值计算公式如下:
公式中季节性冻土调整系数按规范附录表B.1.1中取1.0;温度调整系数按规范附录G中取值1.38;无机结合料稳定类弯拉强度按规范表5.4.5中取1.4MPa;疲劳试验回归参数a、b,按规范表B.2.1-1中取13.24、12.52;现场综合修正系数按规范公式计算;目标可靠度β按规范表3.0.1中取1.28。
根据规范中B.3.1可知,计算沥青混合料层永久变形量是按要求对沥青分层,分别计算各层的永久变形量后得到总的变形量,其计算公式如下:
公式中沥青混合料层永久变形等效温度
按规范附录G中取值为22.5℃;设计车道上当量设计累计轴载,按本文3.2.1进行计算;综合修正系数按规范中公式B.3.2-2计算;各层的沥青
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