行车荷载、环境因素、材料的力学性质

第 二 章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质第一节 行车荷载第二节 环境因素影响第三节 土基的力学强度特性第四节 土基的承载能力第五节 路基的变形、破坏及防治第六节 路面材料的力学强度特性第七节 路面材料的累积变形与疲劳特性1第一节 行车荷载一、车辆和类型和轴型（一）车辆的种类客 车(bus) 小客 车 自重和 满载 重量小， 车 速高， 120km/h以上中客 车 6 20个座位大客 车 20个座位以上， 长 途客运和城市公共交通货车(truck)整 车 货 箱与汽 车发动 机一体。牵 引式挂 车 牵 引 车 与挂 车 分离牵 引式半挂 车 牵 引 车 与挂 车 分离， 铰 接。2n 路面结构的设计主要以轴载作为荷载标准。重型货车与大客车起决定作用，轻型货车与中、小客车影响很小，有时可以忽略不计。n 评定路面表面特征时，如路面的平整度、防滑性，应考虑小客车的安全性和可靠性。3不同轴型的货车示意图二、汽车的轴型我国以 100kN作为设计标准轴重。4三、汽车对道路的静态压力1. 轮载静态压力影响因素1） 轮载的大小2） 汽车轮胎的内压力3） 轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状5（ a） 6.5-16走向花纹 （ b） 6.5-16横向花纹 （ c） 11.00-20横向花纹6810kpa/1328kg 810kpa/2500kg 810kpa/5000kg 典型测试结果：典型测试结果： 11.00-20走向花纹轮胎接地压力分布实测7典型测试结果：典型测试结果： 11.00-20横向花纹轮胎接地压力分布实测810kpa/1900kg 810kpa/2500kg 810kpa/5000kg 2. 轮载静态压力的简化8简化为单圆 简化为双圆单圆当量圆直径 双圆 当量圆直径3. 路面设计的标准轴载标 准 轴 载 BZZ100标 准 轴载 （ kN） 100轮 胎接地 压 强 p（ MPa） 0.70单轮传压 面当量 圆 直径 d（ cm）21.30两 轮 中心距（ cm） 1.5d9四、运动车辆对道路的动态影响纵向水平力 横向水平力水平力： QmaxP ，P 车轮垂直压力 ， 路面附着系数 的最大值一般不超过 0.7 0.8 ； 干燥状态的值比潮湿状态高；车速提高时， 将减小1. 轮载对路面的水平力102. 动态轮载的波动性轴载的动态变化车速为 60km/h;轮胎着地长度 23cm（着地时间 0.014s）路面中等平整度11动载波动性即变异系数 (标准离差与轮载静载之比 )的影响因素：(1) 行车速度(2) 路面平整度(3) 车辆的振动特性振动轮载的最大峰值与静载之比称为 冲击系数 。在设计路面时，有时以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。123. 轮载作用的瞬时性车速同路面变形的关系1 水泥混凝土路面，角隅弯沉量或边缘应变量随车速变化；2 沥青路面，表面总弯沉量随车速的变化。134. 轮载作用的重复性车轮通过路面上任一点，路面承受荷载的时间只有 0.010.10s左右。动荷载作用下路面变形量的减小，可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者是路面结构强度的相对增大。路面材料在重复荷载作用下，呈现出材料的疲劳性质，即材料的强度随荷载重复次数增加而降低；弹塑性材料，如土基和柔性路面，呈现出变形的累积。在设计中要予以考虑。14五、交通分析交通量调查，将车辆分成 11类： 小型货车 、中型货车、大型货车、 小型客车 、大型客车、拖挂车、 小型拖拉机、大中型拖拉机、自行车、人力车和畜力车 。路面结构设计中，要考虑设计年限内，车辆对路面的综合累计损伤作用，必须对现有的交通量、轴载组成及增长规律进行调查和预估，并通过适当的方式将它们换算成当量标准轴载的累积作用次数。151. 交通量调查车型对路面造成损坏的主要是 2轴 4轮以上 的客车和货车， 2轴4轮和 4轮以下的车辆对路面损坏很小， 道路结构设计 可以不考虑这部分车辆的影响。2轴 4轮以上的客车和货车：按 车型 可分为整车类、半挂车类和全挂车类；按车辆的 轴型 可以分为单轴、双联轴和三联轴；按车轴的 轮型 可分为单轮和双轮组。16不同轴型货车代表车型：二轴车三轴车四轴车17五轴车六轴车18拖挂车代表车型 ：三轴车 四轴车五轴车 六轴车192. 交通（轴载）量调查方法根据实测道路通过轴载次数和重量，获得 典型轴载谱 。 轴载谱20u方法一 (以轴型为基础 )：按照不同的轴轮类型把车轴分类 (单轴单轮、单轴双轮、双联轴双轮、三联轴双轮 )，然后对所有车轴进行称重调查，按照轴型归类得到各类轴的轴载谱；方法 (1)的直接对象是轴，适合于对轴型有较好识别能力的快速自动称重仪器。 u方法二（以车辆类型为基础）：把车辆按照轴型组成和轴数进行分类 (如三轴整车、三轴半挂等 )，分别调查各类车辆的通过数，并在各类车辆中抽取一定数量进行称重调查，再统计得到各类轴的轴载谱。 方法 (2)把车辆按照轴型进行分类，调查时统计的是车辆数，便于识别，适合于人工配合进行的移动或慢速固定设备测定，并与交通量观测数据协调。 213. 轴载换算调查得到的轴载与通行次数可以按等效原则换算为 标准轴载当量通行次数 ，我国水泥混凝土路面设计规范和沥青路面设计规范均选用 单轴双轮组轴载 100kN（BZZ-100） 作为标准轴载。u各种轴载的作用次数进行 等效换算的原则 是：第一，换算以达到相同的临界状态为标准，即对同一种路面结构，甲轴载作用 N1次后路面达到预定的临界状态，乙轴载作用使路面达到相同临界状态的作用次数为 N2，此时甲乙两种轴载作用是等效的；第二，对某一种交通组成，不论以哪种轴载的标准进行轴载换算，由换算所得轴载作用次数计算的路面厚度是相同的。22轴载换算系数 i 式中： ii 级轴载换算为标准轴载的换算系数；Ps 标准轴载重， kN；Ns 标准轴载作用次数；Pii 级轴载重， kN；Nii 级轴载作用次数； 反映轴型 (单轴、双轴或三轴 )和轮组轮胎数 (单轮或双轮 )影响的系数；n 同路面结构特性有关的系数。沥青路面、水泥混凝土路面和半刚性路面的结构特性不同，损伤的标准也不同，因而系数 和 n取值各不相同。234. 沥青路面竣工后第一年 双向日平均当量轴次新建公路 根据 工程可行性研究报告 提供的交通量 OD调查资料，可得到大客车、中型货车、大型货车、拖挂车等各种车型组成的比例，以及预估第一年或设计年末的日平均汽车交通量。设计时应对各种车型的轴重分布情况进行调查，并应根据交通载重的实际情况，计入空载、满载、超载等因素，更真实地预估设计交通量。对 改建工程 可根据有代表性的月、日、时的实测轴载谱，或调查的各类型车的轴载分布资料（可将单轴大于或等于25KN的各种车辆分别按轴重每 10KN分级排列）。24轴载换算方法：1) 当以弯沉进行厚度设计及沥青层层底拉应力验算时式中：N 标准轴载的当量轴次，次 /日；ni 被换算车辆的各级轴载作用次数，次 /日；P 标准轴载 100KN； Pi 被换算车辆的各级轴载， KN；k 被换算车辆的类型数；C1 轴载系数， C1=1+1.2(m-1),m是轴数。当轴间距大于 3米时，按单独的一个轴载计算，当间距小于 3米时，按双轴或多轴计算。C2 轮组系数，单轮组为 6.4，双轮组为 1，四轮组为 0.38。不计 25KN以下轴载252) 当进行半刚性基层层底拉应力验算时不计小于 50KN的轴载式中： C1 轴数系数； 当间距小于 3米时，按双轴或多轴计算 C1 =1+2(m-1), m是轴数。C2轮组系数，双轮组为 1.0，单轮组为 18.5，四轮组为 0.09 。上述轴载换算公式，适用于单轴轴载小于 130kN，双轴轴载小于 220kN，三轴轴载小于 260kN的情况。265. 水泥混凝土路面 设计车道 使用初期的设计轴载日作用次数1) 各类车辆 按轴型称重和统计 时，随机统计 3000辆 2轴 6轮及以上车辆中单轴、双联轴和三联轴等不同轴型出现的单轴次数（双联轴按 2次单轴计，三联轴按 3次单轴计），并分别称取其单轴轴重，按单轴轴重级位统计整理后得到轴载谱。不同单轴轴重级位 i的设计轴载当量换算系数 kp,i：式中： Pi 单轴级位 i的轴重（ kN）Ps 设计轴载的轴载（ kN）27依据单轴轴载谱和相应的设计轴载当量换算系数，计算得到设计车道使用初期的设计轴载日作用次数 Ns轴次 /(车道 日 )式中： ADTT 设计车道的年平均日货车交通量 辆 /(车道 日 )；n 随机调查 3000辆 2轴 6轮以上车辆中出现的单轴总轴数；Pi 单轴轴重级位 i的频率 (以分数计 )。设计车道 为道路行车道内承受交通最繁重的一个车道，是整个路面的最不利车道。初期年平均日货车交通量（ 双向 ）乘以 方向分配系数 和 车道分配系数 ，即为设计车道的年平均日货车交通量 (ADTT)。282) 以车辆类型为基础 进行各种轴型的