(2) 對(duì)于通村公路由于資金、施工機(jī)械、施工水平等因素的影響,其可靠性要求較低。
一般可按輕交通設(shè)計(jì)與推薦。
(3) 公路等級(jí)與交通分級(jí)二者在理論上有著多種組合,但并非一一對(duì)應(yīng),應(yīng)盡量避免不合理的組合。
3.室內(nèi)外試驗(yàn)
選取幾種較典型半剛性材料,進(jìn)行不同齡期的抗壓強(qiáng)度、抗壓模量、彎拉強(qiáng)度、水穩(wěn)性能、凍融循環(huán)及抗溫縮性試驗(yàn),通過(guò)試驗(yàn)得到幾種半剛性材料在不同齡期下強(qiáng)度和抗壓模量增長(zhǎng)規(guī)律,通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和野外的實(shí)測(cè)綜合論證,提出通村公路常用公路材料參數(shù)建議值。
結(jié)合我國(guó)公路瀝青路面設(shè)計(jì)指標(biāo)和設(shè)計(jì)參數(shù)的一些研究成果,以及保定市的實(shí)際情況對(duì)常用基層設(shè)計(jì)參數(shù)的推薦如下表1,面層設(shè)計(jì)參數(shù)的推薦如表2。
4.瀝青路面典型結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)是節(jié)省工程投資,提高使用效益的有效途徑。現(xiàn)有路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法都可以歸結(jié)為經(jīng)典優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。即以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù),滿足各種技術(shù)要求為約束條件,利用數(shù)學(xué)規(guī)劃理論,尋求目標(biāo)函數(shù)最小的路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
表1常用基層設(shè)計(jì)參數(shù)推薦表
材料名稱 配合比 抗壓模量(MPa) 劈裂強(qiáng)度
水泥穩(wěn)定碎石 4:96~5:95 1200~1300 0.55~0.65
石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石 6:14:80 1100-1400 0.60~0.80
石灰粉煤灰土 10:45:45 550~650 0.2~0.23
石灰土 10%~12% 500~600 0.2~0.23
皂化渣穩(wěn)定土 25% 250~350 0.2~0.25
表2常用面層材料設(shè)計(jì)參數(shù)推薦表
材料名稱 材料類型 抗壓模量E(MPa) 劈裂強(qiáng)度
δip(MPa)
20℃ 15℃
細(xì)粒密級(jí)配瀝青
混凝土 AC-13I 1200-1600 1800-2200 1.2-1.6
中粒密級(jí)配瀝青混凝土 AC-16I 1000-1400 1600-2000 0.8-1.2
4.1數(shù)據(jù)模型
將單位面積路面結(jié)構(gòu)的綜合造價(jià)作為目標(biāo)函數(shù),設(shè)計(jì)變量(各層路面結(jié)構(gòu)層厚度)與目標(biāo)函數(shù)成線性關(guān)系:
(1)
—第層路面結(jié)構(gòu)單位厚度、單位面積造價(jià),單位()
—第層路面結(jié)構(gòu)厚度,單位
—各層造價(jià)敏感因子,(引入這個(gè)變量是為控制優(yōu)化出的結(jié)果符合施工要求),單位元/層
引入瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中及上述設(shè)計(jì)原則中的一些約束條件,得到尋求合理結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型:
目標(biāo)函數(shù):(2)
約束條件:
—面層合適厚度,其值確定可根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、各地區(qū)路面結(jié)構(gòu)實(shí)際使用狀況進(jìn)行確定;
、—分別為路面整體性結(jié)構(gòu)層可能產(chǎn)生的最大彎拉應(yīng)力和路面材料允許彎拉應(yīng)力;
—第層材料的最小允許結(jié)構(gòu)層厚度;
、—分別為路面結(jié)構(gòu)總厚度與路面結(jié)構(gòu)防凍層厚度。
、—分別為路面表面實(shí)有彎沉和路面表面允許彎沉;
式中其它指標(biāo)的含義同公式(1)。
4.2數(shù)學(xué)模型的解法
4.2.1解法一
在路面合理結(jié)構(gòu)中,彎沉和彎拉應(yīng)力的約束條件是非線性的,屬于隱性約束,另外不同等級(jí)、不同地區(qū)的路面設(shè)計(jì)參數(shù)不同,技術(shù)要求也不同,約束具有相對(duì)不穩(wěn)定性,這種數(shù)學(xué)模型宜采用直接計(jì)算方法,可變?cè)试S誤差法可用于求解本課題。為此編制了通村公路半剛性瀝青路面合理結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序RDP,對(duì)各種可能結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行厚度優(yōu)化,按目標(biāo)函數(shù)由大到小的順序輸出個(gè)方案的優(yōu)化結(jié)果,以達(dá)多方案的優(yōu)化目的。
4.2.2解法二
1. 優(yōu)化模型的簡(jiǎn)化
利用現(xiàn)有的瀝青路面設(shè)計(jì)程序,按照路面各結(jié)構(gòu)層的組合原則,進(jìn)行試算,一次列出各種可行性方案,這樣就可把優(yōu)化模型簡(jiǎn)化為:
目標(biāo)函數(shù):
約束條件:
式中各指標(biāo)意義同公式(2)。
用EXCEL的優(yōu)化分析工具進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算
EXCEL是美國(guó)Microsoft公司推出的office軟件之一的電子表格,是基于Windows操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件。通過(guò)EXCEL的分析工具“規(guī)劃求解”可以準(zhǔn)確的計(jì)算出簡(jiǎn)化后的優(yōu)化模型的結(jié)果。從而得到最佳方案。打開EXCEL后,在“工具”下拉菜單中查找是否有“規(guī)劃求解”項(xiàng),如果沒有,可單擊“加載宏”命令,在“加載宏”對(duì)話框中,選定“規(guī)劃求解”復(fù)選框加載即可。其具體計(jì)算方法可參照有關(guān)的EXCEL書籍。
5.典型結(jié)構(gòu)圖式及程序設(shè)計(jì)
典型結(jié)構(gòu)研究的最終成果是可用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)、施工的路面典型結(jié)構(gòu)推薦圖。在對(duì)保定市各縣現(xiàn)有的瀝青路面進(jìn)行詳細(xì)的路況調(diào)查,總結(jié)使用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,針對(duì)本地區(qū)的氣候特點(diǎn)、地理狀況及筑路材料供應(yīng)條件等,經(jīng)分析、計(jì)算優(yōu)化擬定了適用于保定地區(qū)的通村公路半剛性基層瀝青路面典型結(jié)構(gòu)圖和使用指南,可供生產(chǎn)部分使用。
為方便公路設(shè)計(jì)人員使用,作者編制了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序,該CAD程序選用VB6.0作為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言及開發(fā)工具。在程序的結(jié)構(gòu)劃分、界面顯示、輸出形式、容錯(cuò)手段等各個(gè)環(huán)節(jié)都充分考慮了工程技術(shù)人員的實(shí)際應(yīng)用水平和習(xí)慣,使程序便于應(yīng)用,對(duì)輸入、輸出界面采用清晰明了的窗口設(shè)計(jì),并配合大量的中文提示,使用戶操作更加方便、安全,避免了非法輸入引起的不可預(yù)見錯(cuò)誤而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰現(xiàn)象,使本系統(tǒng)更有利于推廣使用。
6.結(jié)束語(yǔ)
1. 典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法能夠綜合理論分析、工程和地區(qū)特點(diǎn),具有先進(jìn)性和實(shí)用性。文中提出的設(shè)計(jì)原則和方法可用于制定通村公路設(shè)計(jì)指南。
2. 土基回彈模量E0和交通量的合理劃分使設(shè)計(jì)有良好的可操作性,并保持與現(xiàn)行規(guī)范的一致性,結(jié)果合理,方法可行。
3. 對(duì)幾種有代表性的典型結(jié)構(gòu)材料的物理力學(xué)特性進(jìn)行了系統(tǒng)性室內(nèi)試驗(yàn),得到和推薦了各類半剛性材料的設(shè)計(jì)參數(shù)。
4. 在通村公路半剛性基層瀝青路面的合理結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型中,指出了考慮最大壓實(shí)度的造價(jià)敏感因子。增加了對(duì)比不同層數(shù)路面結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可能性。
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