沥青路面弯沉和模量的温度修正.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流沥青路面弯沉和模量的温度修正.精品文档.沥青路面弯沉和模量的温度修正第7卷第1期2010年2月现代文通技木ModernTransportationTechnologyVOI.7N0.1Feb.2010沥青路面弯沉和模量的温度修正陈军(江苏沿海高速公路管理有限公司,江苏盐城224045)摘要:由于沥青路面弯沉受温度影响较大,所以必须对不同温度下测得的弯沉及其反算模量进行修正.结合沿海高速公路弯沉数据,通过数理统计方法分析了弯沉,模量与温度的关系,回归得到修正系数.验证结果表明,修正系数具有较高的可靠性.关键词:沥青路面;温度修正;数理统计;模量

2、;弯沉中图分类号:U416.217文献标识码:A文章编号:16729889(2010)010001203TemperatureCorrectionfortheDeflectionandModulusofAsphaltPavementChenJun(JiangsuCoastExpresswayManagementCo.,Ltd.,Yancheng224045,China)Abstract.Astheasphaltpavementsurfacedeflectionandmodulousareinfluencedbytemperature,theymustbecorrectedtothestanda

3、rdtemperature.Inthispaper,basedonthecoastalhighwaydeflectiondata,therelationsamongthedeflection,modulusandthetemperatureanalyzedthroughstatisticsmethods.Theresultsshowedthatthecorrectionfactorisofhighreliability.Keywords:asphaltpavement;temperaturecorrection;statistics;modulu;deflection沥青混合料是一种感温材料,

4、其刚度和模量会随着温度的变化而有较大的差异,弯沉值和面层模量必须根据研究及应用的需要进行温度修正1_.沥青路面FWD弯沉温度修正的研究主要解决2个问题:一是以什么温度为代表温度最符合沥青面层的实际温度:二是如何由实测代表温度的弯沉换算为标准代表温度下的弯沉值,即温度修正系数的确定.沥青路面面层模量的温度修正不仅要考虑温度的影响,还要考虑沥青材料的差异性.由于我国高等级路面结构和材料相对比较单一.所以仅考虑温度对修正系数的影响.1路面温度的确定1.1道路结构温度场研究现状路面温度的确定方法大体上有2种:理论法和数理统计法.2种方法各具优缺点,理论方法是根据气象资料和路面材料的热特性参数,应用传热

5、学原理及相关假设和边界条件求得路面温度解析表达式.该方法的缺点是需要大量的气象资料和路面材料热特性参数,温度场的解析表达式过于复杂,不利于实际工程应用,优点是具有较强的适应性.不受地域限制.统计方法是根据实测的路温,结合气象资料,通过回归分析建立路温推算公式.其特点是计算方法简单,推算精度高,虽其结论具有一点的地域性,但对于某个地区来讲,它仍不失为一种有效可行的近似方法.国内外众多研究表明,以其层内的平均温度作为代表温度比较接近沥青层内温度的实际情况.由式(1)求得:式中:为沥青层的平均温度;为沥青层的表面温度;为沥青层的中间温度;为沥青层的底部温度;其中,可在弯沉测试时测得,而和必须依靠相应

6、结构层内埋设温度传感器才能得到.在试验时候埋设传感器进行研究是可行的,但在实际检测中到处埋设温度传感器是不现实也不经济的.因此必须根据系统的观测数据找出推算的方法,作者简介:陈军(1980一),男,江苏大丰人,助理工程师,主要从事道路养护管理工作.第1期陈军:沥青路面弯沉和模量的温度修正?13?以供实际工程应用1.2国内预测模型我国JrrJ1486的温度计算公式如下:TA=(一2.65+0.52xh)+(0.62-0.008xh)xT(2)式中:为沥青层的平均温度;h为沥青层厚度;r,测定沥青层的表面温度与前5h平均温度的和:我国规范采用的模型缺点是丁的确定需要前5h平均气温,实际操作中较难收

7、集,不方便.1.3国外温度预测模型国外常用的温度预测主要是BELLS模型.它针对沥青层内温度变化特点,用sin函数对温度进行拟合.这也是用数理统计方法预估路面内部温度常用的方法.沥青层内不同深度的温度随气温的变化存在差异,所以在回归沥青层内平均温度的时候,需要考虑沥青层的厚度.一般沥青层内的平均温度与层厚的对数有较好的线性关系.在回归分析中将考虑lgd.通过对数据的回归分析得出BELLS公式s:0.95+0.892IR+1og(d)一1.25一0.448xIR+0.621(1-day)+1.83xsin(hr18-15.5)+0.042xIRxsin(hrl813.5),R:0.975,标准差

8、=1.9(3)式中:为路面深度为dmm处的温度;IR为FWD红外线测得的路表温度;d为深度;1一day为前1天的平均气温;sin为时间的正弦值,2竹弧度等效于24h,hrl8为18h时间制,如果时间是13:15,小数带0时间是13.25,13.2515.50=一2.25:一2.25/18=一0125:一0.125x27r=一0.785弧度,sin(一0.785)=一0.707和我国规范公式相比,BELLS模型只需要前一天平均气温.容易采集,其他参数都可以通过FWD自动记录的文件读取.在后续的弯沉和模量修正中,就采用BELLS模型进行路面温度计算.2弯沉修正由于FWD的诸多优点.使其运用于道路施

9、工,检测,竣工验收和道路养护等各个领域.我国现行的规范和测试规程中己给出了弯沉的温度修正,但此弯沉为静态荷载作用下的BB(贝克曼梁)回弹弯沉.虽然现在国内有大量关于FWD弯沉与BB弯沉关系的研究,但是FWD作为新一代的弯沉检测设备.不能长期依赖BB的标定和转换,应该脱离旧式BB的束缚.国外虽有这方面的研究,但研究的数据来源于国外地区的试验观察结果,对于国内的地理,气候,路面结构状况不相适宜.2.1国内规范我国规范规定路面弯沉值测定应在不利季节进行,在沥青层厚度大于5cm时要进行温度修正.规范给出的我国关于贝克曼梁的沥青路面弯沉修正公式为:K=L,/LTp=LJLTD(4)式中:K为弯沉测定值的

10、温度修正系数:为标标准温度时的弯沉值;加为我国以20cIC为标准温度时的弯沉值;,J为为时的弯沉值.考虑不同h后得:K=exphx(1/rpL/20),适用于rpI>20cI=;(5)K=exp0.002xh(20一),适用于r<2o;(6)弯沉测定后,得到L=LrxK.2.2弯沉修正思路本文采用江苏沿海高速的弯沉数据进行分析.所选弯沉数据段落对应的路面结构如表1所示.表1路面结构假定基层,底基层,土基模量为定值,变化面层模量10005000MPa,得到理论弯沉盆如图2,图3所示.邑毫酒避静图2随面层模量变化的弯沉盆ll/MPa图3lg(D.一D)和lgE关系图注:D指距离加载点e

11、m处的弯沉传感器数值图2.图3表明:(1)沥青层模量对弯沉盆的影响主要在荷载中心附近,离荷载中心越远,影响越JI,E.(2)在距离荷载中心120cm处弯沉差异已经不吣加加Ol4?现代交通技木2010定大,考虑到FWD设备有2m的误差,可以认为120210am段的弯沉盆不受面层模量影响,即不受温度影响.(3)温度变化时,面层模量随之变化,导致弯沉盆变形,但弯沉差值与面层模量建立了很好的函数关系,也说明这些变形量是仅仅由面层模量引起的.只需修正D.一D加段的弯沉盆曲线,然后以D,加为基准点,推算修正后的弯沉.弯沉温度修正转换为建立温度和D.一D加的关系.研究采用综合性能较优的Phonix2100F

12、WD进行沥青路面弯沉盆数据的采集,其承载板半径为15cm,设有9个位移传感器,FWD自身配有温度传感器,记录气温,路表温度,计算路面温度.沿海高速是一条新通车的高速公路,病害较少.路面结构和道路使用性能比较均一.选取沿海高速一段没有养护历史的路段.针对路段内弯沉盆和路面温度进行分析,尝试建立和D.D.加间的函数关系.2.3修正系数的确定弯沉差与路面平均温度关系见图4.图4lg(DoD)与温度关系图图4表明lg(D.一D.加)和路面温度有良好的线性关系,因此在回归D.一D加与路面温度关系时采用lg(D.一D加);AxT+B.本文采用的是3月份的弯沉数据.而由于弯沉检测一般都在春季进行,一年一次,

13、所以分析结果可以满足弯沉温度修正的正常需要.因此得到lg(D0-Dl20):0.0086xt+1.1057,尺=0.8825(7)由lg(D0一Dl20)标准一lg(D0-Dl20)=0.0086x(t标准一)得到lgK=O.0086x(20-t)(8)式(8)中K为弯沉差D.一D.的温度修正系数.2.4温度修正的验证验证弯沉温度修正的准确与否.只要看无论温度是多少,修正后的弯沉值DD是否相等恒定.如果各温度下修正后的弯沉值是与温度无关,为一恒定值,则说明温度修正是准确的.温度修正后DD.加见图5.图5温度修正后的DD.图5表明D.一D.的分布近似一条水平线.数据验证表明,弯沉修正系数的回归公

14、式是有效的.3反算模量修正3.1模量修正系数的确定图3表明,lgE和lg(D.一D加)有很好的线性关系,面层模量的温度修正就可以转化为一D的温度修正.即需要对弯沉修正系数加以变换.由lgEl=axlg(D0-Dl20)+6lgE1标准一lgE1=alg(Do-Dl20)t-lg(D0-D120)得至Ulg模量=axlgK弯沉(9)由图3得到a=一0.6348所以lg模量=(一0.6348)xlg弯沉(10)由式(8),(10)得到gg模量=0.00545928(t-20)(11)3.2模量修正系数的验证模量修正系数的验证也参照弯沉修正系数的方法进行,见图6,图7.图6温度修正后的面层模量图6表

15、明面层模量大体在8000MPa左右.图7表明面层模量的波动最大幅度在20%以内.虽然验证的结果不如弯沉的温度修正效果好,但综合考虑模量反算的离散型较大的情况,面层模量的温度修正回归公式还是能(下转第46页)46?现代交通技术2010年表1墩顶支反力kN平面布置如图3所示.3.3横向计算根据以上计算原则,计算参数及计算结果如表2所示(钢筋为qb32,钢束为qbl5.2):表2横梁参数及计算结果3.4支压布置墩PS一26处支座间距2.0m.墩PS一25处支座间距8.6n1.两墩支座位置偏差较大,因此在l025处均采用双向支座.固定支座的设置主要考虑使整体结构由于温度及收缩徐变引起的结构内力变化最小

16、.因此尽量使固定支座两侧桥长接近.支座罂孽三绸图3支座平面布置4结论通过以上对异形连续梁的简化分析.可以看出,结构构造的合理布置是简化设计的重点;其次是横梁的设计和桥梁细部构造及配筋;最后为纵向计算.其对于大多数异形梁与直线连续梁受力相似,通过对部分异形连续梁的有限元分析,计算结果安全可靠.可以满足设计精度要求.参考文献1范立础.预应力混凝土连续梁桥M.北京:人民交通出版社.1997.2张之铎.桥梁设计理论M.北京:人民交通出版,1998.32004年全国桥梁学术会议论文集M.北京:人民交通出版.2004.(收稿日期:20090511)l/石;!石!石石;石写f石;石;,石;(上接第14页)满

17、足一般的路况评价需要.腺媪厦HC图7温度修正后(面层模量/面层模量均值)4结论本文研究了温度与弯沉及其反算模量的内在关系.利用沿海高速公路的弯沉,温度数据回归并验证了弯沉及面层反算模量的修正公式,结果证明弯沉及模量的温度修正公式是有效的.这对于合理考虑温度对路面带来的影响以及更加精确合理地实施公路工程的验收和养护评价都具有一定的现实意义.由于试验条件和时间的限制,本文仅针对一条高速公路的数据进行了分析.弯沉及模量的修正公式是否适用于其他高速公路,还有待进一步研究.参考文献1JTGE60-2008公路路基路面现场测试规程s.2WilliamsonRH.EffectsofEnvironmenton

18、PavementTem-peraturesR.InternationalConferenceonStructuralDesignProceedings:1972:144158.3Dempsey,BJH.Hil1.CharacterizingTemperatureEffectsforPavementAnalysisandDesignR.TransportationResearchRecord,1987,549:3946.4录慧丽.路面温度与弯沉及其反算模量修正关系的研究D大连:大连理工大学,2006.5陈飞.沥青路面FWD弯沉温度修正研究D.北京:交通部公路科学研究院,2006.6左明文.沥青路面弯沉测定温度修正的研究J.华东公路,1996,(4):3-7.7查旭东.沥青路面反算模量的温度修正J.公路,2002,(6):51-53.(收稿日期:20090616)