沥青混凝土路面不平度（共4篇）
沥青混凝土路面不平度 篇1
1 影响路面压实度的因素
1.1 材料性能的影响
集料性能:粗集料和细集料的颗粒形状、棱角、吸水率和表面构造, 级配混合料的最大集料尺寸、粗集料比例、砂用量、矿粉用量和类型等都会对沥青混合料的压实度有影响, 从粗到细均匀级配的混合料比单一尺寸的混合料或间断级配混合料较易压实, 普通硅酸盐填料沥青混凝土比石灰岩矿粉沥青混合料易于压实。
沥青性能:沥青粘度影响沥青混合料劲度, 并与混合料的压实性有关。使用高粘度沥青时, 采用较高压实温度是减少粘度促进沥青路面可压实的必要手段。
混合料的性能:沥青混合料性能更大程度影响沥青路面压实, 对于略低于最佳沥青用量的混合料可以通过增加压实过程的效率来减少孔隙率, 达到满意压实度。
1.2 温度影响
温度对沥青混合料的压实非常显著, 通常高温沥青混合料比处于低温的同种混合料更易压实。
1.3 施工对压实的影响
施工环境:基层温度、摊铺温度、大气温度和表面温度是影响沥青混合料的四个重要因素。
面层厚度:沥青混合料面层越厚, 混合料冷却的速度就越慢, 在温度下降到停止碾压以前用于压实的有效时间就越长。
路基承载力:路基承载力越强, 面层越密实。
2 提高压实度的措施
压实是沥青混凝土面层施工的最后一道工序, 是保证沥青混凝土的质量, 使其物理力学性质和功能特性符合设计要求的重要环节。沥青混凝土的密实度越大, 空隙率就越小, 其稳定下进行, 但考虑到终压的目的是消除缺陷和保证面层有较好的平整度, 不得一味提高终压温度, 以沥青面层轮迹和无明显缺陷为判断标准, 确定适宜的终压温度。
2.2 压路机的碾压速度
压路机同样碾压一遍, 碾压速度慢比碾压速度快要得到更高的压实度。
2.3 级配与压实度
一个良好的级配设计, 要求最小空隙率 (最大密度) 、最大摩擦力、适当的表面积。由于施工所用的材料变异性大, 砂石料场的工艺不稳定, 常常使级配发生变化, 往往难以达到标准级配要求, 这样使压实度和里面空隙率的离析性增大, 使路面芯样的代表性较差, 无法真实反映沥青混凝土的真实情况。当施工中的级配发生变化时, 及时分析原因, 采用措施进行调整。
2.4 碾压工艺
碾压工艺是提高碾压质量的关键技术。沥青混凝土面层的碾压通常分为三个阶段进行, 即初压、复压和终压。初压, 第一阶段初压习惯上常称作稳压阶段。由于沥青混合料在摊铺机的履平板前已经初步夯击压实, 而且刚摊铺成的混合料的温度较高, 因此只要用较小的压实就可以达到较好的稳定压实效果。碾压机驱动轮在前静压匀速前进, 后退时沿前进碾压的轮迹行驶进行振动碾压。复压, 第二阶段复压是主要压实阶段, 在此阶段至少要达到规定的压实度, 因此, 复压该在较高温度下并紧跟在初压后面进行。终压, 第三阶段压实是消除缺陷和保证面层有较好平整度的最后一步。由于终压要消除复压过程中表面遗留的不平整, 因此, 沥青混合料也需要有较高的温度。终压常使用静力双轮压路机并紧接复压后进行。
为保证各阶段的碾压作业在混合料处于稳定的状态下进行, 碾压作业按下述规程进行:碾压层较厚时, 在满足最低振频的要求下, 选取较高的振幅。
2.6 横向接缝处的碾压
横向接缝的碾压是工序中重要一环。碾压时, 先用双轮压路机进行横向碾压, 需要时, 摊铺机的外侧放置供压路机行使的垫木。碾压时压路机主要位于已压实的混合料层上, 伸入新铺混合料的宽度不超过20cm。接着每碾压一遍向新铺混合料移动约20cm, 直到压路机全部在新铺面层上碾压为止。然后进行正常的纵向碾压, 在相邻摊铺层已经成型必须施冷纵向接缝时, 可先用钢轮压路机沿纵横碾压一遍, 在新铺层上的碾压宽度为15~20cm, 然后再沿横向接缝进行横向碾压。横向碾压结束后进行正常的纵向碾压。
2.7 有效压实时间
有效时间越长, 可用于压实的时间就越长;若有效时间较短, 则可能无法完成碾压流程, 以致压实度不足 (将难以保证质量) 。
影响有效压实时间的因素有:面层厚度, 摊铺温度, 初压温度, 终压温度, 风力, 气温, 太阳辐射等。当风力, 气温, 太阳辐射这些不可控制的环境因素较为不利时, 人为控制面层厚度, 摊铺温度, 初压温度, 以尽量延长有效压实时间, 也可以调整碾压工艺 (如增加压路机的数量) 以保证在有效压实时间内完成碾压流程。
综上所述, 施工中合理选择压路机类型, 有效控制配合比设计、沥青品种、碾压温度、碾压速度及碾压遍数, 能够保证沥青面层压实度, 从而保证行车舒适和使用性能。
摘要：沥青面层的压实度对沥青路面的耐久性非常重要, 压实度的大小直接影响着沥青路面的使用质量。针对影响沥青混凝土路面压实度的因素进行分析, 并阐述提高沥青混凝土路面压实度的措施。
关键词：沥青混凝土,压实度,措施
沥青混凝土路面不平度 篇2
1 路面不平度的功率谱密度的表达
1.1 路面功率谱密度的理论基础
根据文献[3]和文献[4]可知,路面不平度在频域内是具有零均值、各态历经的平稳Gauss随机过程,在时域内是各态历经的平稳随机过程。路面高程是随空间距离变化的函数。由Wiener-Khintchine关系式可知,存在如下的傅立叶变换对:
式中:X表示在道路长度两点之间的距离;Gq(n)是空间频率下路面不平度功率谱密度;n是空间频率,它是γ波长的倒数,表示每m长度包括波长个数;Rq(X)为空间频域内的自相关函数,蕴含着平均功率的意义[4]。它的表达式为:
而E[·]表示随机序列的期望,定义为:
根据随机振动理论,式(1)在时域频率f下的表达式为:
式中:τ为时间间隔;Rq(τ)为时间域内的自相关函数。
假设车辆按照一定的车速u沿道路X行驶,则行驶长度X与车速的关系为X=uτ,τ为行驶时间,将该表达式带入(1)可得:
此时,时间频率f=un。
1.2 功率谱密度的表示
由于各国对路面不平度的理解不同,各个国家及行业所采用的标准也不尽相同。国内车辆工程领域通常以道路垂直纵断面与道路表面的交线作为路面不平度的样本,通过样本的数学特征方差(σ)和功率谱密度函数(PSD)来描述道路的路面状况。功率谱密度函数能够表示路面不平度能量在空间频域的分布,它刻画了路面不平度即路面波的结构。根据国际标准化组织文件ISO/TC108/SC2N67中提出的“路面不平度表示方法草案”和国内由长春汽车研究所起草的GB7031《车辆振动输入—路面平度表示》标准,2个文件均建议路面功率谱密度用下式作为拟合表达式[5]:
式中:n的带宽为(n1,n2),n1和n2分别为有效频率的上限和下限;n0(n0=0.1m-1)为参考空间频率;Gq(n0)为参考空间频率n0下的路面功率谱密度,称为路面不平度系数,其值取决于公路的路面等级;W为频率指数,为双对数坐标上斜线的频率,它决定路面功率谱密度的频率结构。
另外,上述2个文件还提出了把路面的不平度分为8级,见表1。它规定了各级路面不平度系数Gq(n0)的几何平均值,也列出了在0.0011 m-1
1.3 目标频谱带范围的选取
目标频谱带范围的选取是要根据车速u与时间频率f关系f=un,保证时间频率范围能够覆盖汽车系统的车身、座位和车轮的固有频率范围。例如,轿车上这3个固有频率的范围是0.7～15 Hz,如果取时间频率的下限频率为0.5 Hz,上限频率为30 Hz,车速为36～180 km/h(也即10～50 m/s),那么便可算得研究振动时感兴趣的空间频带n=0.01～3 m-1。这也就是在仿真时应该选取的目标谱的频带范围。本文在计算中根据文件ISO/TC108/SC2N67建议的频率带,选取下限空间频率n1=0.011 m-1,上限空间频率n2=2.83 m-1。
2 路面不平度重构模型的建立
在处理许多实际问题的过程中,由部分时域(或频域)信号值重构整个信号或用部分信号值来表示整个信号,以达到数据压缩的目的等,这些都属于信号的重构。在随机数据的处理中,快速傅立叶变换具有非常重要的作用,对时域内的采样点数进行傅立叶变换后可得到频域的幅值谱、相位谱和功率谱,且由傅立叶变换给出的频域包含的信息和原函数包含的信息完全相同,不同的仅是信息的表示方法。同样,频域信号通过傅立叶逆变换就可得到时域信号。它的基本思想是由已知路面功率谱可得到与其对应的一系列离散傅立叶变换的模值,再用一正态分布的随机序列经傅立叶变换后得到相位谱作为相角输入,构造出频域信号即幅值谱,再对其进行傅立叶逆变换就得到所求波形即路面不平度的随机序列。
由汽车理论可知,在有效空间频率以外,由于汽车的隔振作用,使汽车对这些频率路面的位移和加速度响应极小,所以在进行路面不平度计算时,就可以不考虑这些频率成分的影响,则有:
设汽车的行驶速度为u,那么汽车轮胎受到的激励频率为f=u·n。若汽车振动的主要固有频率范围为(n1,n2),可以得出路面不平度功率谱密度的有效空间频率上限n1=f1/u1,下限n2=f1/u2。
另外,在计算功率谱时,为避免频率混淆,距离采样间隔Δl的确定应满足采样定理:
若采样点数为N,则总采样距离为L=N·Δl,而采样的空间频率分辨率为Δn=1/L,为了保证在计算离散的功率谱密度时,其有效空间频率上限n1准确,应有n1≥Δn,即L≥1/n1。设xm(m=0,1,…,N-1)是路面不平度的采样数据,则其离散傅立叶变换为:
Xk与功率谱密度Gq(nk)的关系为:
式中:nk=k·Δn。由(9)式得到的只是傅立叶变换的模值,而Xk是复数,所以应转化到复数域内。设相角为Φk,则有:
Φk可在[0,2π]内随机选取,但要服从正态分布[2]。
由于以上模型只得到了傅立叶变换前的N/2+1个数据,要通过离散傅立叶逆变换得出离散信号xm(m=0,1,…,N-1),就必须根据傅立叶变换的性质补齐后N/2-1个数据。
对任意一个具有N个数据的离散信号,由式(9)进行傅立叶变换后得到N个复数,且X0是实数;若在傅立叶变换之前对数据进行了零均值处理,则X0=0;X1与XN-1,X2与XN-2,…,XN/2-1与XN/2+1分别互成共轭。为了不发生频率混淆现象,使XN/2=0。补齐后可得到Xk(k=0,1…,N-1),对Xk施加一次傅立叶逆变换即可得到时域内的路面不平度。
3 软件开发
软件开发的主要目的是针对路面不平度的重构,在开发的过程中不但要实现数据准确及使用方便等一般软件的基本原则,最主要的是快速、高效地实现路面不平度的重构。
3.1 程序流程
根据数据重构数学模型建立过程,基于GUI建立开发了相应的重构软件。该程序主要设置3个输入变量,分别为标准路面等级、参考车速及采样频率,采样频率的设置要满足采样频率,以防止发生频率混淆而不能再现真实波形。返回路面不平度、功率谱再比较及模拟参数等。软件总体流程如图1所示:
软件的界面如图2所示:
3.2 仿真实例
运行重构软件,选择标准路面谱为B级,输入参考车速为50 km/h,采样频率为100 Hz,则可对B级路面不平度进行重构,也可以观察路面不平度在时域与频域内模拟情况,返回模拟度。保存路面不平度数据。仿真结果如图3所示:
选择标准路面谱为C级,输入参考车速为45km/h,采样频率为100 Hz,则可对C级路面不平度进行重构,保存路面不平度数据。仿真结果如图4所示:
3.3 结果分析
由以上对B、C两级标准路面的重构,可以看出该软件重构的功率谱能够很好地逼近目标谱(根据均方根值评价指标,两种路面重构误差均在8%以内,这已经达到了室内道路模拟试验要求[7]),满足了重构要求。由于篇幅限制,这里只对B、C两种级别路面进行重构,其实对任何等级路面也可以得到同样的重构效果。在软件的应用中,可对模拟的路面不平度比较图进行部分放大,以识别仿真效果。同时,也可从程序中返回两者的模拟度参数。最后,保存路面不平度数据,以便在室内进行汽车整车试验。
4 结论
本文根据傅立叶逆变换法进行了标准路面不平度的重构。利用该方法将功率谱密度进行离散化得到功率谱密度的数据,然后对这些数据进行计算得到路面不平度的离散傅立叶变换,对离散傅立叶变换的数据按照一定的规则补齐后再进行傅立叶变换,便得到路面不平度数据,最后基于GUI开发了相应的软件以提高路面不平度重构的效率及准确性。结果显示,该方法能够达到很好的重构效果,满足了工程上的需要。根据以上计算可得到如下结论:
(1)现有的该方面研究只是针对路面不平度进行模拟,并未对路面随机激励进行模拟,且傅里叶逆变换模拟路面不平度的理论繁杂,存在推导不完整等问题。但是,近几年随着计算机软硬件及相关科学技术的发展,理论推导及计算量大等相关问题会逐步得到解决。
(2)相对于其他重构方法,该方法思路明确、便于操作、模拟速度快且精度高,为汽车的振动、控制原理、疲劳耐久性等研究带来很大方便。
摘要：室内道路模拟试验已经成为汽车工业一项主要试验项目,而标准路面谱的重构是需首先解决的问题之一。根据不平道路的统计频域特性,重构出时域信号,对室内汽车的平顺性的研究有着重要作用。文章在介绍了路面功率谱密度理论的基础上,引入了重构路面不平度的核心算法——傅立叶逆变换法,并基于GUI开发了标准路面谱重构软件。最后,对该算法的优缺点进行了总结。
关键词：路面不平度,功率谱密度,逆变换,重构,软件开发
参考文献
[1]姜丽丽.基于傅立叶反变换的路面随机激励时域建模与仿真[D].吉林:吉林大学,2007.
[2]刘献栋,邓志党,高峰.公路路面不平度的数值模拟方法研究[J].北京航空航天大学学报,2003,(9):843-846.
[3]Lu Sun.Simulation of pavement roughness and IRI based onpower spectral density[J].Mathematics and Computers inSimulation,2003,61:77-88.
[4]吴业森,罗明廉.随机振动平[M].武汉:武汉理工大学出版社,2001:74-78.
[5]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2000:173-175.
浅析沥青路面压实度的控制 篇3
1 沥青混凝土压实度的重要意义
压实度顾名思义即碾压密实的程度, 碾压是保证沥青混凝土的质量使其物理力学性质和功能特性符合设计要求的重要环节, 也是沥青面层施工的最后一道重要工序。合适的符合要求的碾压既能使沥青面层达到高的压实度, 又能使沥青面层有良好的平整度。沥青混合料的密实度愈大, 空隙率就愈小, 其稳定度、抗拉强度和劲度就愈大, 其疲劳寿命就愈长, 在使用过程中产生的压缩形变也就愈小 (抗辙槽能力愈强) , 从而使沥青面层的初期良好平整度和其它优良品质能维持较长时间, 并具有良好的耐久性。
2 沥青路面由于压实度不足而造成的早期损坏
2.1 沥青面层的坑洞
沥青面层的压实度不足, 使沥青混凝土的空隙率增大, 沥青混凝土的空隙率愈大, 其透水性也愈大, 水愈容易进入内部或透过沥青面层到达半刚性基层顶面。在高速行车作用下, 滞留在层内的自由水, 反复作用产生动水压力。动水较易使沥青剥落并唧出浆来, 使沥青面层产生坑洞。某某高速公路通车10个月, 一次大雨后, 路表面产生了许多坑洞, 坑洞深入至中面层, 而下面层完好无损。发生上述路面早期损坏现象后, 在该段中、上两层取芯, 测得压实度、空隙率结果。从中可以看出, 沥青路面中、上面层的压实度均不高, 仅能满足规范要求 (中面层有一点未达到规范要求) 。尤其是空隙率较大, 给雨水的蓄存创造了条件, 容易造成沥青膜剥落, 形成路面的大量坑洞。
2.2 冲刷、唧浆和坑洞一旦降雨, 地表水从沥青面层透入并滞留在面层与基层的交界面上
在高速行车荷载作用下, 动水冲刷基层混合料中的细料, 形成白色灰浆并被唧出表面, 造成上述破坏的原因, 经分析研究认为, 主要还是沥青混凝土面层的空隙率大, 易透水造成的。
在我国不同地区的高速公路上, 都发生过类似的路面早期损坏现象, 特别是南方多雨地区, 这种损坏现象更为严重。减少或防止这种现象的主要措施就是增大压实度要求, 降低沥青混凝土的空隙率。
3 沥青混凝土面层的压实标准
3.1 交通部行业标准
我国交通部行业标准《公路沥青路面施工技术规范》 (JTJO32—94) 对沥青混凝土面层的压实标准做了如下规定:
1) 施工过程中压实度控制标准:每2000m检查一次, 一次不少于钻取一个钻件。压实度要求:马歇尔试验密度的96%, 试验段钻件密度的99%。2) 交工检查与验收的标准:每一公里五个点。压实度要求:马歇尔试验密度的95%, 试验段钻件密度的98%。
3.2 沥青混合料的标准密度
用下述方法之一确定沥青混凝土的标准密度。
1) 以沥青拌和厂取样试验的马歇尔密度为准。沥青拌和厂至少每天取样一次 (如能上午、下午各取一次, 则更好) , 每次不少于5~6个样品 (每个样品应按拌和生产的不同时间随机采取) , 并制成5~6个马歇尔试件。以此5~6个试件的实测密度的平均值作为该批沥青混合料摊铺路段的标准密度, 并据此计算摊铺路段的压实度。2) 以试验段所得钻件的密度为准, 在各层沥青面层正式铺筑之前, 公路沥青路面施工技术规范要求铺筑试验段验证所定的沥青混凝土生产配合比。一般来讲, 在做完生产配合比后铺筑的试验段是能够满足要求的, 同时, 以试验段钻件密度的平均值作为计算压实度的另一种标准密度。
4 提高沥青路面压实度的措施和方法
4.1 合理选择原材料, 设计沥青混合料目标配合比
1) 根据沥青路面使用性能气候分区, 结合当地气候条件, 合理选择沥青原材的类型。2) 根据沥青混合料的型号, 选择集料的材质、最大粒径、级配的搭配形式。粗集料应洁净、干燥、表面粗糙。热拌密级配沥青混合料中天然砂的用量通常不宜超过集料总量的20%, SMA和OGFC混合料不宜使用天然砂。3) 用选定的原材料的级配计算各种材料的用量比例, 优选矿料级配、确定最佳沥青用量, 符合配合比设计技术标准和配合比设计检验要求, 供拌和机确定各冷料仓的供料比例。
4.2 生产配合比的设计、验证和合理调整
1) 对拌和机的称量设备进行计量检定, 确保各种材料的使用比例符合设计要求。2) 从各热料仓取样, 测试各热料仓的材料级配, 计算各热料仓的配合比, 经试拌和试验, 确定最佳沥青用量。3) 铺筑试验段, 取样进行马歇尔试验, 钻取芯样测定空隙率指标, 确定生产用标准配合比和摊铺、碾压参数。
4.3 沥青混凝土的压实工艺质量控制措施
1) 压路机的压实原理。静碾压路机是利用静载荷克服松散材料中固体颗粒间的摩擦力、粘附力, 排出空气, 使各颗粒问相互靠近;振动压路机是利用动载频率接近于材料固有频率, 发生共振, 使级配材料间减小阻力, 相互移动达到最稳定状态。2) 压路机的合理组合。常用压路机有静碾、轮胎和振动压路机三大类, 但品种很多, 因此其合理组合就十分重要。在化临段施工中, 采用1台英格索兰DD一110双钢轮压路机, 1台CC21双钢轮压路机或2台DD一1l0双钢轮压路机和1台YL20轮胎压路机, 在压实路面时取得了很好的效果。DD-110的特点是双钢轮驱动, 轮子宽且直径大, 轮宽有助于提高路面平整度, 轮径大会减小材料的隆起和推移。该机振幅和频率都能进行多级调整。在作业中还有先行走再起振、先停机再停振的互锁功能, 因此很适合沥青路面的施工。
5 结语
沥青路面由于压实度不足而造成的早期损坏, 因此在施工质控制应严格按沥青混凝土面层的压实度标准控制。合理选择原材料, 设计沥青混合料目标配合比, 并进行验证和合理调整。沥青混凝土的压实施工中, 严格压实作业程序, 掌握提压实度的关键技术。
摘要：沥青路面压实质量的好坏, 将直接影响沥青路面的使用性能。SMA沥青混合料由玛蹄脂结合料填充与粗骨料骨架间隙中, 故压实度控制较一般沥青路面更难。压实度是沥青混凝土路面施工质量控制的关键, 它影响到路面的使用寿命。本文结合规范有关条款及实际, 就沥青路面压实度检测中的标准密度取值、实际密度测试方法及压实度标准等问题进行探讨, 提出以理论密度作为压实度检测的标准密度。以及提高沥青路面压实度的措施和方法及压实度的统计评定方法。
沥青路面结构的模糊可靠度分析 篇4
1 结构的模糊可靠度
1.1 界定模糊破坏区域
在传统的可靠度理论分析方法中,将沥青路面结构的极限状态(结构从安全到破坏的状态)用结构抗力R和荷载效应S之间的关系加以描述。结构所处状态可概括为:
Z=R-S。
其中,Z为结构的状态函数,当Z>0时,结构处于安全状态,当Z=0时,结构处于极限状态,当Z<0时,结构处于破坏状态。Z=R-S=0称为极限状态方程,表征结构从安全到破坏的判断界限,如图1所示。
实际上,结构从安全到破坏难以用明确的界限来划分,是具有模糊性的,结构破坏是一个模糊事件。按模糊理论,将如图1所示的结构破坏状态转化成为具有随机取值性质的实数论域上的一个模糊破坏区,即建立结构破坏集合,集合中的每一个元素都对应一种结构破坏状态,但各个元素隶属于结构破坏的程度各不相同。
构造模糊破坏区时,考虑到沥青路面设计规范的规定对弯沉、弯拉应力等抗力R和荷载效应S的取值统计方法,以及对路面结构安全的影响程度,构造-α1≤Z=R-S≤α2为模糊区(α1,α2均为确定模糊区上下界的待定常数),如图2所示。
根据公路工程结构可靠度的研究发现,沥青混凝土路面的设计指标如设计弯沉(容许弯沉)、实际弯沉(实测弯沉)、容许弯拉应力、实际弯拉应力(验算弯拉应力)等皆大致服从正态分布,所以极限状态功能函数Z=R-S的值也服从正态分布,此时α1,α2的值可取Z的均方差σ(Z)的倍数,一般取α1=α2=σ(Z)。
结构极限状态功能函数Z=R-S所对应的模糊集合M(Z)为:
M(Z)={Z|Z∈Rn|:-α1≤Z≤α2}。
1.2 结构破坏隶属函数的确定
概率论把数学的应用范围从必然现象扩大到偶然现象,从随机性中去把握广义的因果率——概率规律;模糊数学把数学的应用范围从清晰现象扩大到模糊现象,从模糊性中去确定广义的排中率——隶属规律。在模糊理论中,确定和选择隶属函数的研究是模糊现象的基础。隶属函数μ(Z)的形式很多,如半正态分布形式、半柯西分布形式、半梯形分布形式、半岭形分布形式等。由于半梯形分布形式能够较好地反映结构状态函数从安全区、模糊区到破坏区的过渡,又较简单,故选用了半梯形分布隶属函数,其数学表达式为:
隶属函数μ(Z)的大小反映了结构状态函数Z隶属于结构破坏这一模糊事件的隶属程度,是对其模糊概念客观性的一种度量。当μ(Z)>0时,结构开始破坏;当μ(Z)=1时,结构完全破坏。一般地说,若R,S取值未考虑安全因素,在临界状态(Z=R-S=0)时,模糊不确定性最大。隶属函数μ(Z)的值与α1和α2有密切的关系。
1.3 结构模糊可靠度
根据模糊理论,已知基本事件的概率和隶属函数,得到结构破坏的概率Pf为:Pf=∫
2 沥青路面结构的模糊可靠度算例
2.1 传统可靠度
已知陕西省某高速公路沥青路面有4层结构,其基本数据为:沥青混凝土面层厚度15 cm,抗压回弹模量1 700 MPa,抗弯拉强度的平均值为2.5 MPa,变异系数为0.15;基层为水泥稳定碎石,厚度25 cm,抗压回弹模量1 100 MPa,抗弯拉强度的平均值为0.7 MPa,变异系数为0.25;底基层为石灰土,厚度40 cm,抗压回弹模量550 MPa,抗弯拉强度的平均值为0.3 MPa,变异系数为0.35;土基抗压回弹模量60 MPa;标准轴载累计作用次数为1×107,变异系数为0.45。已知各指标皆服从正态分布,按传统的沥青路面结构可靠度理论计算的结果如表1～表3所示。
2.2 沥青路面结构模糊可靠度
已知R,S互相独立,且均服从正态分布,则Z也服从正态分布。
E(Z)=E(R)-E(S)。
其中,E(Z),E(R),E(S)分别为Z,R,S的平均值;σ(Z),σ(R),σ(S)分别为Z,R,S的标准差。
Z的概率密度函数为:
当取α1=α2=σ(Z)时,隶属函数为:
将P(Z)及μ(Z)代入前述模糊可靠度计算公式可得某路沥青路面结构的模糊可靠度,见表4。
3 模糊可靠度分析
比较表1和表4可以看出,模糊可靠度低于传统的可靠度,该高速公路传统的可靠度和可靠度指标满足目标可靠度95%～99%及可靠度指标1.645～2.327的要求,而模糊可靠度的弯沉及底基层弯拉应力指标并不满足要求。有工程实践证明,在基本满足传统可靠度要求的沥青路面结构中,有的设计指标仍存在导致路面损坏的缺陷,而取值较低的模糊可靠度更客观地表现了结构的实际可靠度,能够更多地暴露结构的安全隐患。
界定模糊区界限的参数α1,α2的取值模糊可靠度的影响见表5(以弯沉指标为例)。从表5可以看出:1)当α1=α2=0时,模糊可靠度为不考虑模糊因素的传统可靠度;2)当α1不变时,随着α2的增加,模糊区向安全区扩大,模糊可靠度减小;3)当α2不变时,随着α1的增加,模糊区向破坏区扩大,模糊可靠度增大。当模糊区界限确定后,功能函数Z的均方差的变化对模糊可靠度的影响见表6(以弯沉指标为例)。从表6可以看出,功能函数均方差的变化对模糊可靠度产生了显著的影响,均方差变小,可以显著提高模糊可靠度。因此对沥青路面结构来说,从严控制原材料质量,切实提高施工质量,可增加结构的可靠度。
4 结语
1)结构的模糊可靠度,不仅考虑了各变量的随机不确定性,而且考虑了判别模式的模糊性,使得对结构的分析计算更趋于全面和合理;2)当模糊区偏向安全区时,模糊可靠度减小;当模糊区偏向破坏区时,模糊可靠度增加;3)模糊区的界定及隶属函数的确定是分析计算模糊可靠度的关键,尚有待深入研究;4)传统的可靠度只是模糊可靠度的一种特殊形式。
摘要：指出结构的可靠度不仅与确定影响因素和不确定影响因素有关,而且与破坏准则的模糊不确定性有关,考虑到这些不确定因素的影响,利用结构可靠度理论和模糊数学,讨论和分析了结构破坏的隶属函数的内涵,并提出了一种计算结构模糊可靠度的公式,并以沥青路面为例进行了分析。
关键词：结构,模糊可靠度,隶属函数,沥青路面
参考文献
[1]李扬海.结构可靠度[M].北京:人民交通出版社,1998.
[2]涂文戈,林丽川.结构的模糊可靠性[J].中南工业大学学报,2000,31(4):14-15.
[3]胡继才.应用模糊数学[M].武汉:武汉测绘科技大学出版社,1998.
[4]郭忠印.半刚性基层沥青路面的损坏原因分析与对策研究[A].2000年道路工程学会学术交流会论文集[C].北京:人民交通出版社,2000.
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