路面管理系统第四章

第四章路面使用性能预估

主讲教师：xxx学

科

专

业：道路与铁道工程

意义

要知道何时该采取养护和改建措施以及采取什么措施合适。这就要预先估计路面在采用新建、设加铺层或其它各种养护和改建对策后，其使用性能随时间或轴载作用次数的变化规律。

第一节使用性能模型的概念

一、使用性能模型的类型确定型:路面寿命或某项使用性能指标预估出一个数值；确定型模型包括基本反应、结构性能、功能性能和使用寿命模型等。概率模型:预估它们的状态分布。概率模型包括残存曲线、马尔可夫和半马尔可夫模型。1.基本反应模型：预估路面在荷载和气候因素作用下的基本反应，如弯沉、应力和应变等。

2.结构性能模型：可以预估路面各种单项损坏，如开裂、车辙等．也可以预估路面的综合损坏状况，如PCI等。

3.功能性能模型：用于预估路面行驶质量指数RQl或现时服务能力指数PSI，表面抗滑性能等4.使用寿命模型：这类模型用于预估路面达到某预定损坏状况或服务水平时的使用寿命。如应用轴载作用次数指标，则适用于设计路面的养护和改建方案；如选用时间指标，则较多用于路面各种养护和改建方案之间的经济评价。5.残存曲线模型6.马尔可夫模型

7.半马尔可夫模型

7.半马尔可夫模型：除了假设转移过程仅在某一小时段内是静态的之外，在其它方面都和马尔可夫模型相同。由于它承认路面状况及气候和交通的变化都能引起转移过程的改变，半马尔可夫模型更吻合实际情况。二、影响使用性能的因素

路面结构组成：结构组成是指路面面层的厚度、基层类型及土基状况等。环境因素：环境因素主要指路面的温度是湿度。由于各地的温度、降雨量等气候因素不同，造成路面性能变化规律亦不相同。施工质量和养护水平

第二节建模方法法下面介绍目前常用用的几种(1)力学－经验验法：利用由结构构分析得到的路面面在荷载作用下的的应力、应变或位位移的反应，预估估使用性能变量随随时间的变化。这种建模方法由两两部分组成。第一一部分是力学分析析，确定路面各结结构层的模量值，，计算在设计条件件下的临界应力、、应变或位移值。。第二部分是建立立路面反应（应力力或应变等）同使使用性能参数变坏坏速率之间的经验验关系。(2)回归分析法法：利用多元回归归分析技术建立回回归方程，以预估估使用性能变量随随某些影响变量（（如年数，交通，，路面结构等）的的变化[15]。所考虑的影响变变量数多时，可采采用逐步回归分析析技术筛选出有统统计意义的变量。。(3)利用马尔可可夫过程建立预估估模型：将使用性性能变量变化范围围分成若干个离散散的状态。依据以以往的观测资料和和工程经验，估算算采取某种改建措措施后，使用性能能变量在单位时间间内由一种状态转转移到另一种状态态的概率。利用此此估算概率，可以以计算出在不同时时段处于不同状态态的路段的概率[16]。这种马尔可夫链链分析技术还可以以同回归分析结合合在一起应用。首首先建立使用性能能变量同影响变量量之间的回归方程程，然后利用此方方程计算马尔可夫夫链转移概率。采采用这种方法建立立的模型，也可称称作概率型预估模模型[17]。2.1路面使用性性能标准衰变方程程2.1.1路路面使用性能衰变变典型模式图路面使用性能能的典型衰变模式式图a为凹形曲线(先快后慢型)。。路面使用性能为为早期衰减很快，，后期变慢，这种种形式在我国极为为普遍。早期较快快的性能衰减使路路面的服务能力迅迅速下降，养护管管理部门不得不投投入较多的资金进进行路面维护，以以减缓其恶化速度度。这样，路面将将较长时间地以较较低的水平提供服服务。图b为凸形曲线(先慢后快型)。。这种形式反映出出在使用初期，路路面结构能力充足足，有效地抵御了了包括行车荷载、、环境因素在内的的各种损耗，路面面衰减很慢，随着着时间的推移，路路面上的结构性损损坏(裂缝)将不不断增多，这不仅仅降低了路面的结结构能力，降低了了抵抗荷载作用的的能力。而且也使使抵抗雨水、温差差等环境因素破坏坏的能力锐减，所所以，路面使用性性能衰减速度越来来越快。图c为反S形曲线线。路面早期衰减减缓慢，然后加剧剧。后期由于路面面恶化严重，难以以维持一定的服务务能力，故增加了了养护投资，减缓缓了恶化速度，故故呈反S形。图d描述的是路面面投入使用后短时时间内有较快的衰衰减速率，这是各各类新产品的共性性。不稳定期一般般在1年之内，随随后即进入稳定工工作状态。由于不不稳定期极短，故故通常按图中虚线线考虑，此时即退退化为图b或图c所示的形状。2.1.2路面使使用性能的衰变方方程2.1.2.1方方程选择原则作为一个标准的(通用的)路面使使用性能方程，应应该满足的条件是是：(1)能够正正确反映路面使用用性能衰变的全过过程，能够描述图图2-1所示各种种模式的衰变曲线线。(2)随着使使用年数或累计标标准轴次的增加，，路面使用性能指指数(或)单调减减小。(3)满足足边界条件要求。。(4)方程形式式简单，方程参数数具有明确的数学学和物理含义，能能够为路面性能的的进一步深入研究究奠定基础。2.1.2.2方方程选择根据上述原则，参参考国内外已有的的大量使用性能方方程，本文提出的的衰变方程形式如如下[21]：(2-1)式中：PCI—路路面损坏状况指指数；PCI—初始损损坏状况指数；Y—使用年数数；A,B—回归归系数。式(2-1)能够够满足上面所提的的要求。当A，B0时，式(2-1)单调减小；当当时，，当时，；；A,B具有明确确的数学、物理意意义；当A,B取取不同的数值时，，可以拟合图(2-1)所示的各各类路面衰变模式式。2.2典型路面面使用性能预估2.2.1回归归模型式中图2-7各级级公路平均PCI衰变曲线图2-9一级路路平均PCI衰变变曲线图2-10二级路路平均PCI衰变变曲线图2-11三级级路平均PCI衰衰变曲线2.4大中修年年限计算下面根据路面状况况评价标准和衰变变方程来计算一级级路大、中修年限限。根据养护规范范对于一级路评价价为中等的路段，，应进行中修罩面面处理。当评价为为次、差等的路段段，应该对路面进进行大修补强，计计算结果如图2-12。图2-12一一级路大、中修平平均年限

中修(年)大修(