摘要：水泥混凝土路面在設計、施工、管理等過程中存在許多的不確定因素，為了更好地考慮這些不確定性，新版水泥混凝土路面設計規范，以可靠度概念取代了傳統的安全系數，從而使路面設計更科學。本文以影響水泥混凝土路面可靠度的主要結構參數為隨機變量，采用疲勞概率分析模型，分析了隨機變量的變異性和概率分布，編程計算某公路水泥混凝土路面的可靠度指標。
關鍵詞：水泥混凝土路面 可靠度 結構參數 隨機變量
1．引言
公路工程是國家主要的基礎設施之一，建造費用高、使用周期長是公路工程結構獨特的特點，要保證公路結構在規定的使用期內能夠承受設計的各種作用，滿足設計要求的各項使用功能，是設計、施工等人員追求的目標。而公路工程結構在施工上具有長距離線性分布野外的特點，路用材料的不均勻性及施工管理水平的差異、混凝土路面的各項材料性能參數和結構幾何尺寸等都不是某一確定的單值變量，具有多種不確定性和模糊性。1984 年和1994年的水泥混凝土路面設計規范采用了安全系數來考慮眾多的不確定，然而安全系數是公路工作者通過多年積累的經驗得出，即其取值是靠設計者的知識和經驗，因此安全系數本身具有不確定性。經過研究人員多年的努力，用來表示工程可靠的程度，即路面在使用年限內不會出現損壞的概率，出現在新版的水泥混凝土設計規范中，這就是可靠度。姚祖康結合路面結構的特點，把路面可靠度相應定義為：在規定的設計基準期內，在規定的交通和環境條件下，路面使用性能滿足預定水平要求的概率。
本文通過實例進行分析可靠度在水泥混凝土路面中的應用。
2．工程概況
湖南湘東地區某二級公路，本項目全線不分干燥、潮濕路段，路面采用24cm 厚，C30水泥混凝土基層為17cm 厚、5%水泥穩定砂礫，墊層為15cm 級配碎石，基層上鋪設0.6cm瀝青封層，路肩采用10cm 厚、C30混凝土硬化。水泥混凝土板塊劃分：板長為5.0m，特殊路段根據需要調整為4.5~5.0m，機動車道板寬度為2× 4.5m 。
下面我們就圍繞這兩個關鍵問題進行詳細論述。
3．主要結構參數
水泥混凝土路面的主要結構參數為混凝土板厚( h )、混凝土抗彎拉強度( fr )、混凝土抗彎拉彈性模量(Ec ) 和地基強度(Et )。為了盡可能保證所收集的結構參數的真實性和代表性，真實地反映實際施工水平，事先已和施工單位說明。
板厚的變異主要是由于基層頂面不平整所引起。正在施工的水泥混凝土路面，采用板邊中部基層頂面和路面板頂面兩次水準測高的方法實測板厚。已完工的路段采用鉆孔取樣，測量試樣的高度，如試件不平整，須測量三點高度后取平均值。混凝土抗彎拉強度的量測如下：正在施工的混凝土路面，按交通部標準實測齡期28 天標準試件的小梁抗彎拉強度，小梁的成型養生盡可能模擬現場施工工藝。已完成的混凝土路面采用鉆孔劈裂試驗，計算劈裂抗彎拉強度后按公式換算成標準小梁的抗彎拉強度，最后按不同齡期、抗彎拉強度的增長曲線和換算關系換算成標準28 天的小梁抗彎拉強度。抗彎拉彈性模量試件的取樣、成型、養生和抗彎拉小梁試件相同。地基回彈模量一般采用彎沉法，用貝克曼梁測量回彈彎沉。由于南方地區一般采用水泥穩定類基層，基層的強度隨養生時間而增長，因此大都測量基層頂面回彈模量。
4．可靠度分析
對該水泥混凝土路面進行可靠度分析時，采用疲勞概率分析模型，以荷載作用表示作用 效應，以路面疲勞壽命表示路面結構的綜合抗力。由結構可靠度分析理論知，功能函數可表 示為：
Z =R−S (1)
設水泥混凝土路面在荷載作用下，抗力效應R 為混凝土路面的廣義抗力，一般為混凝土板的抗彎拉強度fr。荷載效應S為廣義荷載效應，它是水泥混凝土路面板厚、基礎強度、使用年限內荷載作用次數、溫度梯度等結構參數的函數，即
編程求允許誤差ε = 0.1，功能函數近似為0 時，可靠度指標的值。計算得知，該公路的可靠度指標為1.16，可靠度與可靠度指標有一一對應的關系,根據規范中安全等級和可靠度、可靠度與可靠度指數之間的關系可知，該公路的可靠度為87.5%，公路水泥混凝土路面設計規范(JTG D40-2002)中二級公路目標可靠度是85%，合乎規范要求。
4 結論
傳統的設計方法是通過安全系數來加以考慮的，但安全系數并不能真正反映結構實際的安全性，且其取值主要基于以往的經驗。以可靠性理論為基礎的設計方法，承認和揭示了結構屬性中存在的不確定性，并在結構設計中充分考慮到施工管理水平的影響，使得設計結果更趨科學和合理。實例證明該方法實用性強，可靠度分析基本上反映了該公路施工質量的實際情況，用于分析道路路面結構的可靠度是可行的，在類似的路面工程可靠度模擬計算中具有推廣價值。
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