TCI 280-2024 瀝青路面結(jié)構(gòu)多指標可靠度蒙特卡洛法評價規(guī)程

Multi-indexReliabilityEvaluationSpecification2024-03-28發(fā)布2024-03-28實施中國國際科技促進會I II 32規(guī)范性引用文件 33術(shù)語和定義 34符號和縮略語 55基本規(guī)定 56極限狀態(tài)設(shè)計原則 67瀝青路面參數(shù)變異性 78瀝青路面可靠度分析與評價 9本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔識別專利的責任。本文件由河北交通投資集團有限公司提出。本文件由中國國際科技促進會歸口。本文件起草單位：河北交通投資集團有限公司、河北雄安京德高速公路有限公司、重慶交通大學、河北交通職業(yè)技術(shù)學院、山東高速基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有限公司、四川省交通建設(shè)集團有限責任公司、同濟大學、西南科技大學、國科聯(lián)盟(北京)國際信息科學研究院。本文件主要起草人：王國清、秦祿生、邱文利、張權(quán)、何兆益、張慶宇、湯雄、張曉、許忠印、路鵬、李海冬、秦旻、王鑫、張瑩、董立強、張艷娟、向浩、黃剛、李通、劉麗、楊志強、劉靜、馬利豪。本文件為首次發(fā)布。3T/CI280-2024瀝青路面結(jié)構(gòu)多指標可靠度蒙特卡洛法評價規(guī)程本文件確定了瀝青路面結(jié)構(gòu)多指標可靠度極限狀態(tài)設(shè)計原則，規(guī)定了材料、結(jié)構(gòu)和交通參數(shù)變異性確定方法，提出了蒙特卡洛法分析瀝青路面結(jié)構(gòu)多指標可靠度的技術(shù)要求。本文件適用于使用蒙特卡洛法進行各等級瀝青路面結(jié)構(gòu)可靠度評價，可與JTG2120-2020《公路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》和JTGD50-2017《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》配套使用，增強瀝青路面結(jié)構(gòu)可靠度的針對性、實用性。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件的必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。JTGE20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程JTGD30-2015公路路基設(shè)計規(guī)范JTGF40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范JTGD50-2017公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTGE51-2009公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程JTGF80/1-2017公路工程質(zhì)量檢驗評定標準第一冊土建工程JTG2120-2020內(nèi)河航標技術(shù)規(guī)范JTG3450-2019公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。變異性variability瀝青路面工程中因?qū)嶋H施工質(zhì)量管理和控制水平等因素差異，路面材料及結(jié)構(gòu)等實測參數(shù)與其設(shè)計水平不一致的特性。變異系數(shù)coefficientofvariation樣本數(shù)據(jù)集的標準差與其平均值之比，用于度量平均數(shù)不同的兩個或多個樣本數(shù)據(jù)集間變異程度的相對統(tǒng)計量。4T/CI280-2024=e(?())，則稱隨機變量X服從正態(tài)分布。瀝青路面設(shè)計使用年限designworking/servicelifeofpavement在正常設(shè)計、施工、使用和養(yǎng)護條件下，瀝青路面不需要結(jié)構(gòu)性維修的預(yù)定使用年限。當量軸次equivalentsingleaxleloads按當量損壞原則，將不同車型軸載作用次數(shù)換算為設(shè)計軸載的當量作用次數(shù)。當量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)cumulativeequivalentsingleaxleloads在設(shè)計使用年限內(nèi)，瀝青路面設(shè)計車道上當量軸次的總和。極限狀態(tài)方程limitstateequation瀝青路面不同材料的結(jié)構(gòu)層中，滿足設(shè)計規(guī)定和使用要求的結(jié)構(gòu)失效臨界狀態(tài)關(guān)系式。失效概率probabilityoffailure在設(shè)計使用年限內(nèi)，路面結(jié)構(gòu)不能完成預(yù)定功能的概率?？煽慷萺eliability路面結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間和規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率。3.10目標可靠度targetreliability瀝青路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段要求達到的可靠度。3.11可靠指標reliabilityindex為保證所設(shè)計的路面結(jié)構(gòu)具有規(guī)定的可靠度，在瀝青路面結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計表達式中采用的可靠度參數(shù)指標。3.12安全等級safetyclasses根據(jù)路面結(jié)構(gòu)的重要性和破壞可能產(chǎn)生后果的嚴重程度而劃分的設(shè)計等級。5T/CI280-20244符號和縮略語下列符號適用于本文件。4.1材料參數(shù)??模量/MPa4.2統(tǒng)計學參數(shù)??目標可靠指標??目標可靠指標??抽樣次數(shù)/次??失效概率4.3交通量參數(shù)及其他參數(shù)??結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力??作用的效應(yīng)Ne??設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道上的當量軸載累計作用次數(shù)/次??極限狀態(tài)功能函數(shù)??變異系數(shù)5基本規(guī)定5.1一般規(guī)定5.1.1瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足公路工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的各項功能要求。5.1.2瀝青路面結(jié)構(gòu)在正常設(shè)計、正常施工和正常使用條件下的功能要求應(yīng)符合現(xiàn)行《公路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》(JTG2120-2020)第3.1.2條的有關(guān)規(guī)定。5.1.3瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計其他相關(guān)規(guī)定應(yīng)符合現(xiàn)行《公路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》(JTG2120-2020)第3.1.3條的有關(guān)規(guī)定。5.2目標可靠指標5.2.1各等級瀝青路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計安全等級及承載能力極限狀態(tài)的目標可靠度(%)和目標可靠指標,應(yīng)符合表1的規(guī)定，二級及二級以下公路路面結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生很嚴重后果時，可提高一級安全等級。6T/CI280-2024表1目標可靠度和目標可靠指標公路等級高速公路一級公路二級公路三級公路四級公路安全等級一級一級二級三級三級目標可靠度(%)959070目標可靠指標β1.651.281.040.840.52注：引自《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)表3.0.15.2.2新建瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)第3.0.2條的有關(guān)規(guī)定，對于永久性瀝青路面結(jié)構(gòu)或長壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限應(yīng)不低于40年；改建路面結(jié)構(gòu)設(shè)計可根據(jù)工程實際情況選取適宜的設(shè)計使用年限。6極限狀態(tài)設(shè)計原則6.1極限狀態(tài)6.1.1瀝青路面結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計原則應(yīng)符合現(xiàn)行《公路工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標準》(JTG2120-2020)第4.1.1條的有關(guān)規(guī)定。6.1.2瀝青路面結(jié)構(gòu)的各種極限狀態(tài)，均應(yīng)規(guī)定明確的極限狀態(tài)標準或限值。6.1.3對瀝青路面結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)驗算，應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)第3.0.5條和附錄B的有關(guān)規(guī)定。6.2極限狀態(tài)方程6.2.1瀝青路面結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可采用下列極限狀態(tài)方程來描述：=(1,2,...,)(6.2.1?1)式中：Z或(?)??結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)；xi(i=1,2,...,n)??影響結(jié)構(gòu)功能的基本變量，包括荷載、材料、環(huán)境和巖土性能、結(jié)構(gòu)幾何參量、計算模式不定性系數(shù)等隨機變量。當極限狀態(tài)方程中的若干變量組合為作用效應(yīng)和結(jié)構(gòu)抗力兩個綜合變量時，極限狀態(tài)方程可表達為：=(,)=?=0(6.2.1-2)式中：R??若干變量組合的結(jié)構(gòu)抗力；S??若干變量組合的作用效應(yīng)。6.2.2瀝青路面按極限狀態(tài)設(shè)計時，應(yīng)以規(guī)定的可靠度滿足下列要求：=(1,2,...,)>0(7T/CI280-2024或=?≥07瀝青路面參數(shù)變異性7.1交通荷載參數(shù)7.1.1交通數(shù)據(jù)調(diào)查內(nèi)容瀝青路面的交通數(shù)據(jù)調(diào)查應(yīng)包括交通量及年平均增長率、方向系數(shù)、車道系數(shù)、車輛類型組成、軸載組成和軸重等。7.1.2交通數(shù)據(jù)調(diào)查方法交通數(shù)據(jù)調(diào)查一般應(yīng)結(jié)合當?shù)亟煌ㄓ^測站的觀測和統(tǒng)計資料，或通過實地設(shè)立站點進行觀測和統(tǒng)計，無條件時可參考路面設(shè)計文件中交通量相關(guān)資料。交通數(shù)據(jù)調(diào)查應(yīng)滿足現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)附錄A的有關(guān)規(guī)定。7.1.3交通量影響因素變異性確定結(jié)合現(xiàn)場交通觀測站觀測和統(tǒng)計資料，確定“初始年平均日交通量AADTT(輛/d)”、“方向系數(shù)DDF”、“車道系數(shù)LDF”、“車輛類型分布系數(shù)VCDF”、“車輛當量設(shè)計軸載換算系數(shù)EALFm”、“設(shè)計使用限內(nèi)交通量年平均增長率Y”等影響因素均值、變異系數(shù)及分布模型。7.1.4當量設(shè)計軸載累計作用次數(shù)Ne變異性確定結(jié)合現(xiàn)場交通數(shù)據(jù)獲得的影響因素均值和變異系數(shù)，按照現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)附錄A中式A.3.1、A.4.1和A.4.2計算設(shè)計使用年限內(nèi)面層疲勞、基層疲勞和路基永久變形的交通量累計當量軸次。若無法確定現(xiàn)場交通量調(diào)查數(shù)據(jù)的變異性，可根據(jù)路面設(shè)計文件交通量資料，結(jié)合實際工程經(jīng)驗論證確定交通量累計當量軸次的變異性參數(shù),變異系數(shù)一般可取0.2~0.4。7.2結(jié)構(gòu)及材料參數(shù)7.2.1瀝青路面結(jié)構(gòu)厚度變異性的確定路面結(jié)構(gòu)厚度變異性的統(tǒng)計樣本應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)各層驗收鉆取芯樣數(shù)據(jù)或雷達檢測數(shù)據(jù)分析獲得，試驗方法、樣本量和數(shù)據(jù)處理應(yīng)符合現(xiàn)行《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》采用正態(tài)分布確定路面各結(jié)構(gòu)層厚度的分布模型。7.2.2瀝青混合料動態(tài)壓縮模量變異性的確定瀝青混合料動態(tài)壓縮模量變異性的統(tǒng)計樣本采用施工中取料，室內(nèi)成型試件或現(xiàn)場鉆取芯樣測量獲得，測試方法應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)8T/CI280-2024第5.5.11條的有關(guān)規(guī)定。統(tǒng)計瀝青混合料動態(tài)壓縮模量樣本的均值a、最大值Ea,max、最小值Ea,min、標準差σ和變異系數(shù)Cv，通過假設(shè)檢驗，采用正態(tài)分布確定瀝青面層模量的分布模型。7.2.3瀝青飽和度變異性的確定青層瀝青飽和度樣本值的均值VFA、最大值VFAmax、最小值VFAmin、標準差σ和變異系青層瀝青飽和度樣本值的均值VFA、最大值VFAmax、最小值VFAmin、標準差σ和變異系數(shù)Cv，通過假設(shè)檢驗，采用正態(tài)分布確定瀝青飽和度的分布模型。7.2.4無機結(jié)合料穩(wěn)定基層材料抗壓回彈模量變異性的確定無機結(jié)合料穩(wěn)定基層材料抗壓回彈模量變異性的統(tǒng)計樣本采用施工中取料，室內(nèi)成型、標準養(yǎng)護試樣或施工現(xiàn)場鉆取芯樣測量獲得，試驗方法和數(shù)據(jù)處理應(yīng)符合現(xiàn)行《公大值Eb,max、最小值Eb,min、標準差σ和變異系數(shù)Cv，通過假設(shè)檢驗，采用正態(tài)分布確定路面基層回彈模量的分布模型。7.2.5無機結(jié)合料穩(wěn)定基層材料彎拉強度變異性的確定無機結(jié)合料穩(wěn)定基層材料彎拉強度變異性的統(tǒng)計樣本可采用施工中取料，室內(nèi)成型、標準養(yǎng)護的試件測量獲得，測試應(yīng)符合現(xiàn)行《公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程》變異系數(shù)Cv，通過假設(shè)檢驗，采用正態(tài)分布確定路面基層彎拉強度的分布模型。7.3路基特性參數(shù)7.3.1路基動態(tài)回彈模量變異性的確定統(tǒng)計路基模量樣本均值0、最大值E0,max、最小值E0,min、標準差σ和變異系數(shù)統(tǒng)計路基模量樣本均值0、最大值E0,max、最小值E0,min、標準差σ和變異系數(shù)Cv，通過假設(shè)檢驗，采用正態(tài)分布確定路基模量的分布模型。7.4環(huán)境參數(shù)7.4.1溫度調(diào)整系數(shù)9T/CI280-2024溫度作用的影響采用溫度調(diào)整系數(shù)等效代替，其中瀝青混合料層疲勞、無機結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞和路基豎向壓應(yīng)變指標中的溫度調(diào)整系數(shù)應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)附錄G的有關(guān)規(guī)定。7.4.2季節(jié)性凍土地區(qū)調(diào)整系數(shù)凍土效應(yīng)的影響采用季節(jié)性凍土地區(qū)調(diào)整系數(shù)等效代替，其中瀝青混合料層疲勞和無機結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞指標中的季節(jié)性凍土地區(qū)調(diào)整系數(shù)應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)表B.1.1的有關(guān)規(guī)定。8瀝青路面可靠度分析與評價8.1路面結(jié)構(gòu)極限功能函數(shù)構(gòu)建瀝青混合料面層疲勞開裂壽命、無機結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂壽命和路基頂面豎向壓應(yīng)變驗算應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)附錄B的有關(guān)規(guī)定。8.1.1瀝青混合料面層疲勞開裂壽命極限狀態(tài)功能函數(shù)1=6.32×1015.96?0.29×a×b××()3.97×()1.58()2.72?e1(8.1.1-1)式中：Ne1??瀝青面層設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道當量軸載累計作用次數(shù)，按本文件第6.1條規(guī)定確定；??目標可靠指標，根據(jù)公路等級按表1取值；Ka??季節(jié)性凍土地區(qū)調(diào)整系數(shù)；εa??瀝青混合料層層底拉應(yīng)變(10-6)，應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)第6.2.2條的技術(shù)規(guī)定并按式(B.1.1-3)計算。Kb??疲勞加載模式系數(shù)，按式(7.1.1-2)計算；b=3.33ha??瀝青混合料層厚度(mm)；Ea??瀝青混合料20℃、10Hz條件下的動態(tài)壓縮模量(MPa)；VFA??瀝青混合料的計算結(jié)構(gòu)層瀝青飽和度(%)；KT1??溫度調(diào)整系數(shù)，應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)附錄G的有關(guān)規(guī)定。8.1.2無機結(jié)合料穩(wěn)定層疲勞開裂壽命極限狀態(tài)功能函數(shù)：式中：Ne2??基層設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道當量軸載累計作用次數(shù)，按第6.1條規(guī)定確定；T/CI280-2024Ka??季節(jié)性凍土地區(qū)調(diào)整系數(shù)，應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)表B.1.1的有關(guān)規(guī)定;KT2??溫度調(diào)整系數(shù)，應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)附錄G的有關(guān)規(guī)定;RS??無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料的彎拉強度(MPa)；m,n??疲勞試驗回歸參數(shù)；Kc??現(xiàn)場綜合修正系數(shù)，不同類型無機結(jié)合料穩(wěn)定材料的Kc應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)式(B.2.1-2)的有關(guān)規(guī)定；,hb??分別為瀝青混合料層和計算點以上無機結(jié)合料穩(wěn)定層厚度；β??目標可靠指標，根據(jù)公路等級按表1取值；?無機結(jié)合料穩(wěn)定層的層底拉應(yīng)力(MPa)，應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)第6.2.2條的技術(shù)規(guī)定并按式(B.2.1-3)計算。8.1.3路基頂面豎向壓應(yīng)變極限狀態(tài)功能函數(shù)：3=1.25×104?0.1×(T3×e3)?0.21?Z式中：Ne3??路基設(shè)計使用年限內(nèi)設(shè)計車道當量軸載累計作用次數(shù)，按第6.1條規(guī)定確定；β??目標可靠指標，根據(jù)公路等級按表1取值；KT3??溫度調(diào)整系數(shù)，應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)附錄G的有關(guān)規(guī)定;εZ??路基頂面壓應(yīng)變(10-6)，應(yīng)符合現(xiàn)行《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)第6.2.2條的技術(shù)規(guī)定，并按式(B.4.2)計算。8.2瀝青路面結(jié)構(gòu)參數(shù)隨機特性8.2.1工程實際截斷分布模型獲得瀝青路面結(jié)構(gòu)各層的厚度hi、模量Ei、瀝青混合料的瀝青飽和度VFA、無機結(jié)合料穩(wěn)定類材料的彎拉強度RS和路基頂面的回彈模量E0等參數(shù)分布模型，按照附錄A式E.1~E.4得到考慮實際瀝青路面工程各參量的截斷分布模型。8.2.2路面結(jié)構(gòu)參數(shù)隨機抽樣瀝青路面結(jié)構(gòu)多指標可靠度按照圖1所示蒙特卡洛法流程計算。各參量根據(jù)附錄A和8.2.1節(jié)獲取的截斷分布模型進行隨機抽樣計算。8.3瀝青路面結(jié)構(gòu)可靠度計算8.3.1蒙特卡洛抽樣次數(shù)T/CI280-2024按照蒙特卡洛法計算瀝青路面結(jié)構(gòu)多指標可靠度，預(yù)先確定初始抽樣次數(shù)N0，逐步增加抽樣次數(shù)迭代計算，得到失效概率曲線Pf,i=Nfail/Ni,(i=1、2、3),直至前后兩次Ni,(n-1)、Ni,(n)的失效概率Pf誤差小于0.5%，即得到穩(wěn)定的可靠度抽樣次數(shù)Ni,(n)及對應(yīng)的可靠度Pi計算結(jié)果。8.3.2瀝青路面結(jié)構(gòu)的失效概率結(jié)構(gòu)層失效概率Pf為=...()(,,,;)=(,,,;)(8.3.2-1)式中：Df為功能函數(shù)(x)<0的失效區(qū)域。g為統(tǒng)計結(jié)構(gòu)失效次數(shù)的示性函數(shù)，=，其中為7.1節(jié)瀝青路面結(jié)構(gòu)極限功能函數(shù)。N次蒙特卡洛抽樣計算中瀝青路面結(jié)構(gòu)各層失效概率的無偏估計值pf為式中：i=1、2、3對應(yīng)1為瀝青面層疲勞開裂壽命失效概率；2為瀝青路面基層疲勞開裂失效概率；3為瀝青路面路基永久變形失效概率。瀝青路面結(jié)構(gòu)各層的可靠度為1-pfi。8.3.3路面結(jié)構(gòu)多指標可靠度瀝青路面結(jié)構(gòu)符合串聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠度，多指標可靠度分析中，面層、基層和路基任一層結(jié)構(gòu)失效均會導致路面結(jié)構(gòu)體系失效。因此，瀝青路面結(jié)構(gòu)多指標系統(tǒng)的可靠度為(1-pfi)min。8.3.4瀝青路面結(jié)構(gòu)可靠度計算流程圖T/CI280-2024瀝青飽和度