城市道路交叉口路面设计分析

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1、城市道路交叉口路面设计分析摘要：本文结合工程实际，对交叉口路面损坏类型、原因及结构力学进行了分析，并提出交叉口路面设计要点。关键词：城市道路；路面；交叉口；设计1、路面损坏类型及原因分析城市道路交叉口主要的病害是车辙，此外还有裂缝、松散、坑槽等，这大大降低了交叉口的通行能力，严重影响行车质量和行车安全．对城市已有道路交叉口调查研究发现，产生这些损坏是由于在车辆频繁刹车、起动、转向的过程中，在车轮水平荷载和垂直荷载综合作用下导致沥青路面结构层内产生的剪应力超过材料的抗剪强度，或在车辆循环荷载作用下产生剪切疲劳导致其剪切塑性变形不断累积．从某市交叉口改造实际情况分析，交

2、叉口病害的主要原因还有交通量大、重型车辆多和气温过高且持续时间长．2、路面结构力学分析由于交叉口交通管制、交通信号灯的设置以及交通组织的影响，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集、通过，同时交叉口也成为各种车辆频繁刹车、起动和转向的地方，而且随着交通量增加，渠化交通严重．在车辆荷载作用下，路面反复承受车辆荷载垂直应力和水平应力的综合作用，这不仅要求道路交叉口路面有良好的抗剪切、抗冲击及抗弯拉能力，而且要求有足够的摩阻力．因此，只有充分了解交叉口路面结构的受力情况，才能有针对性进行路面结构设计和材料设计．某市交叉口路面改造工程是在旧水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土

3、路面．由于旧水泥混凝土路面上沥青加铺层厚度设计主要依据旧路面结构的承载力及当地的经济状况，选用合理的加铺层方案．交叉口路面主要的病害是车辙和裂缝，沥青加铺层太薄，容易产生反射裂缝;加铺层太厚，造价又会过高，经济上难以承受，故加铺层应有一个较合理的厚度．根据国内外的经验和路面调查的状况，采用aashto法和有效厚度法计算确定水泥混凝土加铺层的加铺平均厚度为18cm．为使路面结构方案更优化，材料组成设计更合理，充分发挥材料的力学性能，延长道路交叉口的使用寿命，需要通过力学分析确定加铺层主要的应力应变状态．2．1力学模型根据aashto法和有效厚度法，结合实际情况，旧水泥

4、混凝土路面采用冲击破碎击实法，拟定加铺层采用三层(4cm+6cm+8cm)进行设计．借鉴以往的研究成果，发现沥青加铺层各层所处位置特点不一样，其功能也不一样．为此，建立力学模型．汽车荷载采用后轴为100kn的标准轴载，其作用半径r=10.65cm，垂直标准荷载p=0.707mpa;对于水平荷载，根据车轮与路面之间的摩擦系数确定，即:q=f×p，式中q为水平荷载，mpa;p为垂直荷载，mpa;f为摩擦系数，对交叉路口、停车站等缓慢制动地点摩擦系数为0.2，对偶然的紧急制动摩擦系数为0.5，为了研究交叉口不同的水平荷载对路面结构受力的影响，摩擦系数分别取0.0、0.1、

5、0.3和0.5;交叉口重载计算中取垂直荷载p为1mpa和1.2mpa．路面结构力学分析时选取的各层材料计算参数见表1，其中材料模量的选取考虑到改性与非改性等因素，借鉴规范的推荐值，模量的取值为一个范围．2．2结果分析沥青混合料抗剪性能与沥青路面车辙病害有较强的相关性．因此，用最大剪应力来确定抗车辙区域．应用弹性层状体系理论，利用bisar3和20节点有限元程序，计算分析结果如下:1)层间接触状态影响分析当假设各层间接触分别为完全连续或半连续半滑动时，计算结果见表2．1)表中“－”表示压应力．由表知，无论层间连接为完全连续还是半连续半滑动，加铺层的路表弯沉和层底弯拉应

6、力均随着作用荷载增大而增大．当层间接触为完全连续时，3种作用荷载下加铺面层的各个分层受力情况均为压应力，说明这种情况下加铺层处于受压状态，因此加铺层因受拉应力而产生裂缝的可能性较小．但是在层间接触半连续半滑动状态下，加铺层的各分层均产生拉应力，其中中面层层底的拉应力最大，下面层次之．2)不同垂直荷载作用对路面结构影响．图1描述了不同荷载作用下剪应力随路面深度的变化情况．由图2可知，剪应力随着垂直荷载的增大而增大，加铺层剪应力最大值的位置在4～7cm处，位于中面层，由此知，中面层为最容易产生车辙的一层．由图2知，在10cm内的剪应力处随着模量的增大．而明显减小;但是在

7、18cm处，模量越大，剪应力有增大趋势．为此，建议中面层可适当提高模量，而且在沥青面层与旧水泥混凝土路面接触的位置采取处理措施．4)不同水平荷载对路面结构的力学影响分析．交叉路口频繁刹车与制动，为了研究不同的水平荷载对路面结构受力的影响，取摩擦系数分别取0.0、0.1、0.3和0.5;对于上述力学模型中，模量分别取中值，垂直荷载选用标准荷载，不同水平荷载下的计算结果见表3和图3．由表3和图3知，水平荷载作用的影响范围基本上在面层8cm以内，在此深度范围以外的应力变化幅度很小，路表面受水平荷载的影响最大．最大剪应力峰值出现在上面层3～7cm处，所以上面层与中面层之