沥青路面结构可靠性设计方法研究.docVIP

沥青路面结构可靠性设计方法研究 　　摘要:现以《道路柔性路面设计规范》为依据,对可靠性理论做了分析并对其在路面工程中的应用作了阐述,并对沥青路面结构的可靠性设计作了分析,提出了沥青路面的概率设计方法。 　　Abstract: Based on Road Flexible Pavement Design Standard, the paper analyses the reliability theory and elaborates its application on road pavement engineering. The author gives the analysis on the reliability of asphalt pavement structure and raises the probability design method for asphalt pavement. 　　关键词:沥青路面结构;可靠性;设计方法;研究 　　Key words: asphalt pavement;reliability;designing method;reasearch 　　中图分类号:U416 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)18-0064-02 　　 　　0引言 　　传统的柔性路面设计方法中的一些主要计算参数,如交通量、土基、结构层材料强度及模量、厚度等都是定值,由此计算得到的路面结构其输出指标如弯沉、厚度及使用寿命等也是定值。但事实上,路面结构的设计参数中大部分是随机变量。 　　为使柔性路面设计方法更合理、更科学、更可靠,有必要在设计方法中引入统计概念及概率概念,并能够充分考虑各设计参数的变异性或不确定性对设计结果的影响,并且可以按变异性水平和可靠性水平来设计不同等级的路面结构。 　　1可靠性理论及其在路面工程中的应用 　　1.1 可靠性分析中的蒙特卡洛模拟法可靠性分析方法实际上是一种概率分析方法。概率分析方法有许多种,如蒙特卡洛模拟法、变量变换法、网格法等。最为有效和广为所知的方法是蒙特卡洛模拟法。下面介绍利用舍选法产生随机变量x的理论样本。如果密度函数用解析或数值这两种形式的任一种表示,则可以用舍选法得到一个理论样本。舍选法的步骤如下:先求得f(x)的最大值a,然后再由(0,1)之间的均匀分布产生两个随机数,记为r1和r2,x的取值为:x=r1(u-l)+l,其中u和l是上下界值,如果r2≤f(x)/a则接受这个x的试验值,否则就舍弃它并重新做。 　　应用舍选法,一个很重要的问题是成功地取得一个之前所需要进行的平均试验次数(即在一次模拟试验中进行舍弃的期望次数),为此,写出以下的概率表达式:p(x在dx内发生的无穷小事件和被接受)。因此,为了得到一个可接受的值,平均需进行a(u-l)次试取。 　　由此可知,蒙特卡洛法也是一种抽样技术,因而也存在着抽样理论中同样的问题,即其结果也受到抽样误差的约束。所以,为了得到高精度的结果,模拟次数必须足够多。由于蒙特卡洛法算法简单,因此它是沥青路面的可靠性分析的有力工具。 　　1.2 沥青路面可靠性分析中的极限状态函数由沥青路面结构可靠度的定义可知,在路面可靠性分析中,涉及到两个随机变量,即路面结构预定完成的功能和实际完成的功能,当用不同的指标来反映这两个随机变量时,就有不同的极限状态函数。下面是主要的极限状态函数形式:极限状态函数为g=N-n。其中:N为路面的疲劳寿命;n为预估轴载重复作用次数;可靠度R=P(g0)=p(Nn)。 　　2沥青路面参数的概率统计分析 　　沥青路面设计中包括三种类型的变异:①设计路段长度内的变异;②设计时采用的值和路面结构中的实际值之间的变异;③由于设计模型与实际不符而产生的变异。 　　影响沥青路面性能的因素非常多,其中大多数为不确定型的变量。变量之间的关系非常复杂,可能相关,也可能不相关。由于以上原因,必须要对参数进行拟合良好性检验。参数的拟合良好性检验方法有拟合度的卡方检验和拟合度的柯尔莫哥洛夫检验。 　　3现行沥青路面设计方法的可靠性分析 　　3.1 以弯沉为控制指标的沥青路面设计方法的可靠性分析路面的功能函数,即路面的极限状态方程定义为:g=N-n。其中:N路面的疲劳寿命,n预估轴载重复作用次数,其可靠度R=P(g0)=P(Nn),式中:ls为路表实际弯沉;lR为路表容许回弹弯沉。可见,采用lR-ls和N-n两种功能函数是没有差别的。 　　在沥青路面的可靠性分析中,弯沉的解析解是关于路面结构层模量、结构层厚度等参数的极为复杂的隐函数。 　　为了对柔性路面进行可靠性分析,采用标准FORTRAN语言编制了计算机程序RELF1,该程序采用了概率分析中的蒙特卡洛模拟法,在每