[发明专利]一种桥面铺装沥青混合料直接剪切强度容许值的确定方法

摘要

本发明公开了一种桥面铺装沥青混合料直接剪切强度容许值的确定方法，包括以下步骤：一、桥面铺装层剪应力计算；二、各沥青混合料铺装层剪应力及剪应力分配比例确定；三、各沥青混合料铺装层温度确定；四、各月累计标准轴载次数与行车速度设定；五、各沥青混合料铺装层的容许车辙深度计算；六、各沥青混合料铺装层所采用沥青混合料的直接剪切强度容许值确定；七、结果输出。本发明方法步骤简单、设计合理、投入成本低且使用操作简便、使用效果好，能有效解决现有的沥青混合料抗剪强度容许值确定方法存在的不能体现交通量、行车速度、气温和力学响应等对车辙影响的缺陷。

主权项

1.一种桥面铺装沥青混合料直接剪切强度容许值的确定方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、桥面铺装层剪应力计算：采用有限元软件建立需施工桥面铺装层的有限元分析模型，并利用所建立的有限元分析模型计算出标准轴载作用下需施工桥面铺装层不同深度处的最大剪应力；所述需施工桥面铺装层由上至下分为N个沥青混合料铺装层，其中N为正整数且N≥1；步骤二、各沥青混合料铺装层剪应力及剪应力分配比例确定：根据步骤一中计算得出的标准轴载作用下需施工桥面铺装层不同深度处的最大剪应力，对N个所述沥青混合料铺装层的最大剪应力分别进行确定；其中，任一个所述沥青混合料铺装层的最大剪应力τ_i均为该沥青混合料铺装层不同深度处最大剪应力的最大值，i为正整数且i=1、2、…、N；之后，采用数据处理器且根据公式计算得出第i个所述沥青混合料铺装层的剪应力分配比例c_i；步骤三、各沥青混合料铺装层温度确定：根据第i个所述沥青混合料铺装层中间深度处的位置，并结合需施工桥面铺装层所处地区一年内第j个月份的月平均气温M_MATj，对第i个所述沥青混合料铺装层在一年内第j个月份的月平均温度M_MPTij进行确定；其中，j为正整数且j=1、2、…、12；步骤四、各月累计标准轴载次数与行车速度设定：采用与所述数据处理器相接的参数输入单元，对需施工桥面铺装层的设计使用年限n、投入使用后第一年内的累计标准轴载次数N₁和行车速度v分别进行设定，其中n为正整数，行车速度v的单位为km/h；之后，所述数据处理器根据公式计算得出需施工桥面铺装层投入使用后第一年的月平均累计标准轴载次数N_1m，并根据预先设定的年交通量增长率对需施工桥面铺装层投入使用后第t年的累计标准轴载次数N_t进行计算，式中t=1、2、…、n；然后，所述数据处理器根据公式计算得出需施工桥面铺装层投入使用后第t年的月平均累计标准轴载次数N_tm；步骤五、各沥青混合料铺装层的容许车辙深度计算：采用所述数据处理器且根据公式D_i=c_i×D，计算得出第i个所述沥青混合料铺装层的容许车辙深度D_i；式中，D为预先通过所述参数输入单元输入的需施工桥面铺装层的路面容许车辙深度；步骤六、各沥青混合料铺装层所采用沥青混合料的直接剪切强度容许值确定，过程如下：步骤601、沥青混合料直接剪切强度初始值设定：采用所述参数输入单元输入需施工桥面铺装层所采用沥青混合料的直接剪切强度初始值，且将所输入的直接剪切强度初始值另存为τ₀；步骤602、各沥青混合料铺装层所对应的沥青混合料直接剪切强度容许值计算：采用所述数据处理器计算得出各沥青混合料铺装层所对应的沥青混合料直接剪切强度容许值，计算得出的各沥青混合料铺装层所对应的沥青混合料直接剪切强度容许值分别记为τ₁₀、τ₂₀、…、τ_N0；并且需施工桥面铺装层中所有沥青混合料铺装层所对应沥青混合料直接剪切强度容许值的计算方法均相同；其中，采用所述数据处理器对第i个所述沥青混合料铺装层所对应的沥青混合料直接剪切强度容许值进行计算时，过程如下：步骤Ⅰ、投入使用后第一个月末第i个所述沥青混合料铺装层的预估车辙深度计算：首先，根据步骤三中所确定的第i个所述沥青混合料铺装层在一年内第j个月份的月平均温度M_MPTij，对第i个所述沥青混合料铺装层投入使用后第一个月份的月平均温度T_i1进行确定；之后，调用预先建立的路面车辙深度预估模型，并根据温度T_i1、第i个所述沥青混合料铺装层的最大剪应力τ_i、投入使用后第一年的月平均累计标准轴载次数N_1m以及通过所述参数输入单元预先输入的第i个所述沥青混合料铺装层的层厚d_i和行车速度v，计算得出投入使用后第一个月末第i个所述沥青混合料铺装层的预估车辙深度RD_i1；步骤Ⅱ、投入使用后第s月末第i个所述沥青混合料铺装层的预估车辙深度计算：首先，根据投入使用后第s-1个月末第i个所述沥青混合料铺装层的预估累积车辙深度RD_s-1和第i个所述沥青混合料铺装层投入使用后第s个月份的月平均温度T_is，并利用所述路面车辙深度预估模型反推出预估车辙深度RD_i(s-1)所对应的历史累计等效轴载作用次数N_pis，其中T_is根据步骤三中所确定的第i个所述沥青混合料铺装层在一年内第j个月份的温度M_MPTj进行确定；之后，根据公式N_is=N_pis+N_ism计算得出投入使用后第s个月末第i个所述沥青混合料铺装层的历史累计轴载作用次数N_is，式中N_ism为投入使用后第s个月的月平均累计标准轴载次数，且N_ism根据步骤四中所述的N_1m和N_tm进行确定；然后，利用所述路面车辙深度预估模型，并结合月平均温度T_is、第i个所述沥青混合料铺装层的最大剪应力τ_i、历史累计轴载作用次数N_is以及通过所述参数输入单元预先输入的第i个所述沥青混合料铺装层的层厚d_i和行车速度v，计算得出投入使用后第s个月末第i个所述沥青混合料铺装层的预估车辙深度RD_is；步骤Ⅲ、多次重复步骤Ⅱ，直至计算得出投入使用后第12×n个月末第i个所述沥青混合料铺装层的预估车辙深度RD_i（12×n），计算得出的RD_i（12×n）为沥青混合料的直接剪切强度为τ₀时第12×n个月末第i个所述沥青混合料铺装层的预估车辙深度；步骤Ⅳ、判断RD_i（12×n）是否大于D_i：当判断得出步骤Ⅲ中计算得出的RD_i（12×n）≤D_i时，进入步骤Ⅴ；否则，进入步骤Ⅵ；步骤Ⅴ、直接剪切强度减小调整判断，过程如下：步骤5-1、τ₀减小调整：根据公式τ_i0p＝τ₀-Δτ计算得出调整后的τ_i0p，并将τ_i0p转存为τ₀以对沥青混合料的直接剪切强度值进行实时更新；Δτ为预先通过所述参数输入单元输入的直接剪切强度调整幅值；步骤5-2、重复步骤Ⅰ至步骤Ⅲ，计算得出沥青混合料的直接剪切强度为步骤5-1中调整后的τ₀时第12×n个月末第i个所述沥青混合料铺装层的预估车辙深度RD_i（12×n）；步骤5-3、判断RD_i（12×n）是否大于D_i：当判断得出步骤5-2中计算得出的RD_i（12×n）≤D_i时，返回步骤5-1；反之，根据公式τ_i0=τ₀+Δτ计算得出τ_i0，之后进入步骤Ⅶ；步骤Ⅵ、直接剪切强度增大调整判断，过程如下：步骤6-1、τ₀增大调整：根据公式τ_i0q＝0+Δτ计算得出调整后的τ_i0q，并将τ_i0q转存为τ₀以对沥青混合料的直接剪切强度值进行实时更新；Δτ为预先通过所述参数输入单元输入的直接剪切强度调整幅值；步骤6-2、重复步骤Ⅰ至步骤Ⅲ，计算得出沥青混合料的直接剪切强度为步骤6-1中增大调整后的τ₀时第12×n个月末第i个所述沥青混合料铺装层的预估车辙深度RD_i（12×n）；步骤6-3、判断RD_i（12×n）是否大于D_i：当判断得出步骤6-2中计算得出的RD_i（12×n）＞D_i时，返回步骤6-1；反之，根据公式τ_i0=τ₀得出τ_i0，之后进入步骤Ⅶ；步骤Ⅶ、结果输出：将计算得出的τ_i0输出，所输出的τ_i0为第i个所述沥青混合料铺装层所对应的沥青混合料直接剪切强度容许值；步骤七、沥青混合料直接剪切强度容许值确定：将步骤602中计算得出的τ₁₀、τ₂₀、…、τ_N0输出，并作为需施工桥面铺装层中各沥青混合料铺装层所采用沥青混合料的直接剪切强度容许值。