TCI 280-2024 沥青路面结构多指标可靠度蒙特卡洛法评价规程.docx

ICS93.080CCSPS-W团体标准TC1280-2024沥青路面结构多指标可靠度蒙特卡洛法评价规程Multi-indexReliabilityEvaluationSpecificationforAsphaltPaveiiicntStructurebyMonteCarlomethod2024-03-28实施2024-03-28发布中国国际科技促进会1lmttttttttIII范围32规范性引用文件33术语和定义34符号和缩略语55册本规定56极限状态设计原Wl67沥青路面参数变异性78新青路面可挑度分析与评价9前言本文件按照GB/T1.1-2020标准化工作导则第I部分：标准化文件的结构和起草规则2的规定起草.请注意本文件的某些内容可能涉及专利.本文件的发布机构不承担识别专利的五任。本文件由河北交通投资集团有限公司提Jlk本文件由中国国际科技促进会归口.本文件起草单位：河北交通投资集团有限公司、河北雄安京决高速公路有限公司、重庆交通大学、河北交通职业技术学院、山东高速基础设施建设有限公司、四川省交通建设集团有限贲任公司、同济大学、西南科技大学、国科联盟（北京）国际信息科学研究院，本文件主要起草人：王国清、秦禄生、邱文利、张权、何兆益、张庆宇、汤雄、张晓、许忠印、路剧、李海冬、秦旻、王氟张莹、董立强、张悒蜡、向浩、黄刚、李通、刘明、杨志强、刘静、马利豪.本文件为首次发布.沥青路面结构多指标可靠度蒙特卡洛法评价规程1血本文件确定了浙力路面结构笠指标可靠度极限状态设计原则，规定了材料、结构和交通参数变异性确定方法，提出了蒙特卡洛法分析沥青路面结构多指标可攀度的技术要求.本文件适用于使用蒙特卡洛法进行各等级油均路面结构可触度评价，可与JTG2120-20204公路工程结构可靠性设计统一标准和JTGD50-20I7公路新为路面设计规范配套使用，增覆沥青路面结构可季度的针对性、实用性，2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件的必不可少的条款.其中.注日期的引用文件，仪该日期时应的版本适用于本文件：不注日期的引用文件，其生新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。JTGE20-20U公路工程浙声.及浙市混合科试脸规程JTGD30-2015公路路票设计规范lTCho2001公路浙百路面施工技术规范JTGD5O-2O17公路沥青路面设计规范JTG£51-2009公路工程无机结合科稳定材料试验规程.JTGF80/1-2017公路工程所出检脸评定标准第一册土建工程.JTG21202020内河航标技术规范JTG3450-2019公路路葩路面现场浏送规程3*WRX下列术语和定义适用于本文件。3.1叟鼻性variability沥青路面工程中因实际施工质Ift管理和控制水平等因索差舁路面材料及结构等实测参数与其设计水平不一致的特性。&2叟鼻系我coefficientofvariation样本数据集的标准差与其平均值之比，用于度量平均数不同的两个或多个样本数据集间变异程度的相对统计愤.TCI2O2O24正态分布normaldistribution一维断机变量X服从均值为X,标准差为0的概率分布，其概率密度函数为“X)C1.i则称随机变htx服从正态分布97iw3.1沥青路面设计使用年限designworking,servicelifeOfpavement在正常设计施工、使用和养护条件下沥青路面不需要结构性维修的预定使用年限15当量轴次equivalentsingleaxleloads按当中损坏原则，将不同车型轴我作用次数换修为设计箱我的当量作用次数。3.6当量设计轴载累计作用次数CUiiulativeCqUNakMNSiIlKk、axleloads在设计使用年限内,沥？?路面设计车道上当量轴次的总和.3.7极限状态方程limitslateequation沥声路面不同材料的结构层中,满足设计规定和使用要求的结构失效益界状态关系式.3.8失效概率probabilityoffailure在设计使用年限内路面结构不能完成预定功能的概率.&9可靠度IPlidjility路面结构在规定的时间和规定的条件下完成预定功能的概率。XlOSl旃T靠度UiTgplreliability沏青路面结构在设计阶段要求达到的可施度，Xll可靠指标reliabilityindex为保证所设计的路面结构具有规定的可雅度,在沥声路面结构极限状态设计表达式中采用的可靠度参数指标.3.12安全等级safetyclasses根据路面结构的重要性和破坏可能产生后果的严重程度而划分的设计等级。4符号和G语下列符号适用于本文件.41tMMh-惇度/mE“模眼MPa42AWMP一目标可猷指标<.均值0N抽样次数/次Pl-失效概率43»SM2lXttMR.结构或构件的抗力S-作用的效应N,-设计年限内设计车道上的当收轴栽累计作用次数/次g(x)-极限状态功能函数Cp-变异系数55.1 TMtt5.1.1沥青路面结构设计应涵足公路工程结构设计中的各项功能要求,5.1.2沥普路面结构在正常设计、正黏施工和IE常使用条件下的功能要求应符合现行C公路工程结构可掂性设计统一标准X(JTG21202020)第3.1.2条的有关规定.5.1.3沥青路面结构设计其他相关规定应符合现行公跖工程结构可,靠性设计统一标准3(JTG2120-2020)第3.1.3条的有关规定.&2目5.2.1各等级沥青路面结构的设计安全等级及承裁能力极限状态的目标可靠度(%)和目标可靠指标B.应符合表1的规定.二级及二级以下公路路面结构破坏可能产生很严重后果时，可提高一级安全等级。,'CI280-2024表1目标可靠度和目标可靠指标公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路安全等级一级一媛二级三级三掇目标可靠度仪9590858070目标可靠指标R1.651.281.M0.840.52注：引自公路沥者路面设计规范B(JTGD5(112017)½3.0.15.2.2新建沏育路面结构设计使用年限应符合现行公路沥青跖面设计规范JHJTGD50-2017)第3.0.2条的彳!关规定，对于永久性沥青路面结构或长寿命沥青路面结构设计使用年限应不低于40年：改建跖面结构设计可根据工程实际情况选取适宜的设计使用年限。6极限状态设计原则6.1 极限状态1. 1.1沥青路面结构的极限状态设计原则应符合现行4公路工程结构可推性设计统一标准3(JTG2120-2020)第4.1.1条的有关规定。2. 1.2沥青路面结构的各种极限状态,均应规定明确的极限状态标准或限值。6. 1.3对沥青路面结构的极限状态的舞，应符合现行4公路沥者路面设计规范为(JTG口50-2017)第3.0.5条和附录B的有关规定.6.2 极限状态方程6. 2.1沥青路面结构的极限状态可采用下列极限状态方程来描述：Z=g(X1,X2.n)(6.2.1-1)式中：Z或g(A结构的功能函数：xi(i=l,2,n卜影响结构功能的基本变IS,包括荷我、材料、环境和岩土性能、结构几何参量、计算模式不定性系数等随机变量.当极限状态方程中的若干变量组合为作用效应和结构抗力两个综合变量时，极限状态方程可表达为：Z=g(R.S=R-S=O(azl-2)式中：R-若干变量组合的结构抗力：S-若干变质组合的作用效度.6.2.2新疗路面按极限状态议计时,应以规定的可很位满足下列要求：Z=g(Xl.X2.,X7AO或Z=R-S>0(j1.22-2)7洞膏毫flE变鼻性7.1 交通希«7.1.1沥青路面的交通数据网查应包括交通量及年平均增长率、方向系数、车道系数、车辆类型小成、轴栽俎成和轴重等。7.1.2交通数据调点一段应结合当地交通观测站的观测和统计资料，或通过实地设立站点进行观测和统计，无条件时可参考路面设计文件中交通量相关资料,交通数据调有应满足现行彳公路沥青路面设计规范3(JTG0502017)附录A的有关规定.7.1.3 交JttlM因索变痢如tt结合现场交通观测站观测和统计资朴确定“初始年平均H交通收AADrr(辆”、一方向系数DDF”、“车道系数1.DF”、“车辆类型分布系数VCDF-,”车辆当盘设计柏裁按豫系数EA1.Fnf”设计使用限内交通盘年平均增长率Y”等影响因素均伯、变异系数及分布模型.7.1.4 ttHMtlt计作用次数N:变鼻性定结台现场交通数据获得的影响因素均侦和变异系数，按照现行£公路沥有路面设计规范(JTGD50-2017)附录A中式A3l、A4I和A.4.2计算设计使用年限内面层疲劳、基层疲劳和路基永久变形的交通量累计当量轴次.若无法确定现场交通Jft调杳数据的变异性.可根据路面设计文件交通量资料.结合实际工程经验论证确定交通量IK计当盘轴次的变异性参数，变异系数一般可取0.20.4。7.2 MlUUmM7.z路面结构厚度变异性的统计样本应根据结构各层物收拈取芯样数据或雷达检测数据分析获得，成方法、样本量和数据处珅.应符合现行公路路君路面现场测试规程3(JTG3450-2CII9)、d公路沥皆跖面施工技术规范(JTGFIO-2004)的有关规定。统计各结构层以度均值n、最大值hmax、班小值Mn、标准差。和变异系数C。通过假设检验，采用正态分布确定路面各结构层厚度的分布模型.7.2.2近IHl合科班黜Im变异性的嵬浙声混合科动态压缩模量变异性的统计样本采用施工中取料,室内成型试件或现场钻取芯样测玳获得，测试方法应符合现行£公路浙竹路面设计规莅3(JTGD50-2017)基层设计年限内设计车道当量轴弑累计作用次数,按第6,1条规定确定和8.21节获取的嵌断分布模型进行阴机抽样计算,&3&&1按照蒙特卡洛法计算沥青路面结构多指标可靠度，预先确定初始抽样次数N.,逐步增加样次数迭代计算，得到失效概率曲哪小nNG=I、2、3),宜至前后两次N、N2)的失效概率P;误差小于0.我即得到稳定的可鸵度抽样次数或对应的可靠度P;计算结果.a3.2沥青路面结构的失效概率结构层失效概轨为Pr=I-fs()(,tab：x)dx=fby(D,a.h：x)dx假&2D和：Df为功能函数g(x)<0的失效区境他潮出绵帙效次如尔爆数，/以川-(*公；.其中gi为7.1节沥青路面结构极限功能函数。N次蒙特后由样计算中沥青路面结构各层失效概率的无偏估计值Pr为P1=fcU()l=.,.:做区式中I闫、2、3对应M为沥青面层疲劳开裂寿命失效概率：Pfi为沥青路面基层疲劳开裂失效概率：Ph为沥青路面路基永久变形失效概率。沥青路面结构各层的可季度为I-PJe8.3.3路面结构多指标可靠度沥青路面结构符合串联系统结构的可匏度，多指标可靠度分析中，而层、基层和路基任一层结构失效均会导致路面结构体系失效。因此，沥青路面结构多指标系统的可靠度为(I-Pr,)min83.4沥吉路面结构可靠度计算流程图附录A(资料性)蒙特卡洛敢断分布随机数产生方法本附录给出了基于裁断分布的可靠度计算随机数抽惮方法。考虑到浙青路面工程实际工程参曜样本的有限性，为修正数学概率分布模型，使用概率等效方法引入裁断分布理论P(1.o.a,bjx);将正态或对数正态等分布模也左侧的负值或右例的无穷大值榭弃,以其实准确的描述工程参量随机特性。蒙特R洛鼓断分布l½机数产生方法实施如下：路面结构极限状态函数虱X)含布n维Kfi机变Si：x=x1X2.x,其失效区域F=xg(x)<0,若VA1.N相互独立且服从均值为U，标准差加的截断正态或对数正态分布，a、b分别为Ki机变值截断下界(参数试验样本最小值)和截断上界(参数试验样本最大值,则N的概率密度函数平(TombixiMl累积分叫JiP(R.ab;Xi)如£栉WaaamXl)=IPa<X1<b(E-I)F血相:为)尸3,整;a)FEb)一户3.叫a)X<(J1.V,a,b.xl)=axbbx(E-I)K1-f11a.jx)dx1-F(Z,o?:b)-F(a.oJ;a)为正则化常数，使X的V<ZTabx:)在区间EbJ的累积概率为1,式中f、F、“、可分别为x,时分布的概率密度函数、累积分布函数、均值和方差设P为91上服从均匀分布的随机数,则指定范围正态分俗随机数Xi的产生方式如下：P-(P,Jr,albiXl)F叫MF吗;叫FauriAFOjHq(E-3)(E-4)Xi=F-1(,2jF(11,<ra)+px(F(11,jb)-F(11,¾a)=-,(11,a,bip)若随机变录y,服从对数正态分布，共均值为y,变异系数为G则Xi=In。为正态分(In(I+唠)；称准花%=In(启),通过循环式(E-3)至(E-4)产生符合区间hb的班机数x：后，截断正态分布随机数为yi=e.13