摘要：水泥混凝土路面在设计、施工、管理等过程中存在许多的不确定因素，为了更好地考虑这些不确定性，新版水泥混凝土路面设计规范，以可靠度概念取代了传统的安全系数，从而使路面设计更科学。本文以影响水泥混凝土路面可靠度的主要结构参数为随机变量，采用疲劳概率分析模型，分析了随机变量的变异性和概率分布，编程计算某公路水泥混凝土路面的可靠度指标。
关键词：水泥混凝土路面 可靠度 结构参数 随机变量
1．引言
公路工程是国家主要的基础设施之一，建造费用高、使用周期长是公路工程结构独特的特点，要保证公路结构在规定的使用期内能够承受设计的各种作用，满足设计要求的各项使用功能，是设计、施工等人员追求的目标。而公路工程结构在施工上具有长距离线性分布野外的特点，路用材料的不均匀性及施工管理水平的差异、混凝土路面的各项材料性能参数和结构几何尺寸等都不是某一确定的单值变量，具有多种不确定性和模糊性。1984 年和1994年的水泥混凝土路面设计规范采用了安全系数来考虑众多的不确定，然而安全系数是公路工作者通过多年积累的经验得出，即其取值是靠设计者的知识和经验，因此安全系数本身具有不确定性。经过研究人员多年的努力，用来表示工程可靠的程度，即路面在使用年限内不会出现损坏的概率，出现在新版的水泥混凝土设计规范中，这就是可靠度。姚祖康结合路面结构的特点，把路面可靠度相应定义为：在规定的设计基准期内，在规定的交通和环境条件下，路面使用性能满足预定水平要求的概率。
本文通过实例进行分析可靠度在水泥混凝土路面中的应用。
2．工程概况
湖南湘东地区某二级公路，本项目全线不分干燥、潮湿路段，路面采用24cm 厚，C30水泥混凝土基层为17cm 厚、5%水泥稳定砂砾，垫层为15cm 级配碎石，基层上铺设0.6cm沥青封层，路肩采用10cm 厚、C30混凝土硬化。水泥混凝土板块划分：板长为5.0m，特殊路段根据需要调整为4.5~5.0m，机动车道板宽度为2× 4.5m 。
下面我们就围绕这两个关键问题进行详细论述。
3．主要结构参数
水泥混凝土路面的主要结构参数为混凝土板厚( h )、混凝土抗弯拉强度( fr )、混凝土抗弯拉弹性模量(Ec ) 和地基强度(Et )。为了尽可能保证所收集的结构参数的真实性和代表性，真实地反映实际施工水平，事先已和施工单位说明。
板厚的变异主要是由于基层顶面不平整所引起。正在施工的水泥混凝土路面，采用板边中部基层顶面和路面板顶面两次水准测高的方法实测板厚。已完工的路段采用钻孔取样，测量试样的高度，如试件不平整，须测量三点高度后取平均值。混凝土抗弯拉强度的量测如下：正在施工的混凝土路面，按交通部标准实测龄期28 天标准试件的小梁抗弯拉强度，小梁的成型养生尽可能模拟现场施工工艺。已完成的混凝土路面采用钻孔劈裂试验，计算劈裂抗弯拉强度后按公式换算成标准小梁的抗弯拉强度，最后按不同龄期、抗弯拉强度的增长曲线和换算关系换算成标准28 天的小梁抗弯拉强度。抗弯拉弹性模量试件的取样、成型、养生和抗弯拉小梁试件相同。地基回弹模量一般采用弯沉法，用贝克曼梁测量回弹弯沉。由于南方地区一般采用水泥稳定类基层，基层的强度随养生时间而增长，因此大都测量基层顶面回弹模量。
4．可靠度分析
对该水泥混凝土路面进行可靠度分析时，采用疲劳概率分析模型，以荷载作用表示作用 效应，以路面疲劳寿命表示路面结构的综合抗力。由结构可靠度分析理论知，功能函数可表 示为：
Z =R−S (1)
设水泥混凝土路面在荷载作用下，抗力效应R 为混凝土路面的广义抗力，一般为混凝土板的抗弯拉强度fr。荷载效应S为广义荷载效应，它是水泥混凝土路面板厚、基础强度、使用年限内荷载作用次数、温度梯度等结构参数的函数，即
编程求允许误差ε = 0.1，功能函数近似为0 时，可靠度指标的值。计算得知，该公路的可靠度指标为1.16，可靠度与可靠度指标有一一对应的关系,根据规范中安全等级和可靠度、可靠度与可靠度指数之间的关系可知，该公路的可靠度为87.5%，公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2002)中二级公路目标可靠度是85%，合乎规范要求。
4 结论
传统的设计方法是通过安全系数来加以考虑的，但安全系数并不能真正反映结构实际的安全性，且其取值主要基于以往的经验。以可靠性理论为基础的设计方法，承认和揭示了结构属性中存在的不确定性，并在结构设计中充分考虑到施工管理水平的影响，使得设计结果更趋科学和合理。实例证明该方法实用性强，可靠度分析基本上反映了该公路施工质量的实际情况，用于分析道路路面结构的可靠度是可行的，在类似的路面工程可靠度模拟计算中具有推广价值。
参考文献
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