（道路与铁道工程专业论文）天津集疏港道路重载沥青路面结构研究.pdf

摘要 随着国民经济和公路交通运输事业的发展，我国运输车辆中大型重载货车辆所占比 例越来越大，同时车辆超限、超载现象也非常严重，造成路面疲劳、车辙等早期损害， 降低了路面的使用寿命和服务水平。论文针对这种亟待解决的问题，结合重载条件下天 津海滨大道的工程实际，通过交通量轴载调查、轴载谱分析，对重载作用下的沥青路面 的荷载图式、轴载换算等方面进行分析，提出重载的整车超限率等重载特性指标；通过 对半刚性基层沥青路面的力学响应研究，分析不同结构参数对路面结构的敏感性影响规 律，为路面结构组合设计提供一定的指导性意见；计算路面结构在最大荷载作用下的使 用寿命，从而分析超重车辆对沥青路面使用寿命的影响；依据天津集疏港道路常用路面 结构形式力学响应分析，推荐重载作用下天津集疏港道路适宜的路面结构类型。 关键词：重载交通轴载换算轴载谱沥青路面结构参数结构组合寿命 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m ya n dh i g h w a yt r a f f i c ，m o r ea n dm o r e l a r g e s c a l ev e h i c l e sa r eu s e di nt h ec a r t i e rv e h i c l ei no u rc o u n t r y , a tt h es a m et i m e ， o v e r r u n n i n ga n do v e r l o a d i n gp h e n o m e n o no fv e h i c l e sa r ev e r ys e r i o u s ，c a u s i n gr o a df a t i g u e ， r u t t i n g ，a n do t h e re a r l yd a m a g e st h u sr e d u c et h el i f e s p a na n ds e r v i c el e v e lo ft h er o a d a i m i n g a ts o l v i n gt h i sp r o b l e m ，c o n s i d e r i n gt h ep r o j e c tr e a l i t yo ft i a n j i ns e a s h o r ea v e n u eu n d e r h e a v y - d u t yc o n d i t i o n ，a f t e ri n v e s t i g a t i n g t h et r a f f i cv o l u m ea x l el o a d ，t h ea n a l y s i so f a x l el o a ds p e c t r u m ，t h el o a ds c h e m eo fb i t u m i n o u sp a v e m e n ta sw e l la st h ea n a l y s i so f a x l ec o n v e r s i o n ，t h i sp a p e rp r o p o s e st h eh e a v y - d u t yc h a r a c t e r i s t i cg u i d e l i n eo fu l t r al i m i t i n g r a t e ，a n a l y z e st h es e n s i t i v ei n f l u e n c em l eo ft h ep a v e m e n ts t r u c t u r ec a u s e db yd i f f e r e n t s t r u c t u r ep a r a m e t e ra sw e l la sp r o v i d e sc e r t a i ng u i d a n c eo p i n i o nf o rt h ep a v e m e n ts t r u c t u r e u n i t i z e dd e s i g n ；a n dc a l c u l a t e st h e l i f e s p a no fp a v e m e n ts t r u c t u r eu n d e rb i g g e s tl o a d i n f l u e n c ei no r d e rt o a n a l y z et h ei n f l u e n c eo nt h eb i t u m i n o u sp a v e m e n td u r a b i l i t yt h a t c a u s e db y o v e r w e i g h tv e h i c l e ；f i n a l l yt h i sp a p e rr e c o m m e n d st h es u i t a b l et y p eo fp a v e m e n t s t r u c t u r e ，w h i c hi sb a s e do nm e c h a n i c sr e s p o n s ea n a l y s i so fp a v e m e n ts t r u c t u r et h a t c o m m o n l yu s e di nt i a n ji n k e yw o r d s ：h e a v y l o a dt r a f f i c ；a x l ec o n v e r s i o n ；a x i a ll o a dd i s t r i b u t i o n ；a s p h a l tp a v e m e n t ；s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s ；s t r u c t u r ec o m b i n a t i o n ；l i f e s p a n i l 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：曹梦醒嬲年乡月争日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 曹梦醒 似：& 2 卯8 年月争日 矽占年月季日 长安大学硕：i ：学位论文 第一章绪论 1 1 问题的提出及研究意义 随着国民经济水平的提高及公路交通运输事业的快速发展，交通运输中的车型日益 复杂化，并向大型、重载方面发展，尤其是在港口、矿山的连接线以及运煤路线等重载 交通已日益形成规模。同时，受市场经济的冲击，运输部门片面追求经济效益，加之公 路部门监控管理的局限性，运输车辆中大型货运车辆的比重日益增加，车辆超载、超限 现象在全国范围内普遍存在且十分严重。 初步调查显示，天津市8 t 以上的车辆普遍存在超载现象，平均超载车辆占全部重 车的3 5 以上，最大超载为额定荷载的2 0 0 左右，大都超过6 0 ( 车辆中以运煤、钢材 等重物为主) 。一些个体户的运货汽车中有6 0 的车辆私自增加钢板弹簧片( 最多加3 - 4 片) ；5 0 的车辆栏板加高了5 0 - - - 8 0 c m 。由于车辆重载、超载的作用，使得多数道路在 使用初期就出现破坏，引起了养护维修费用的逐年增加，道路使用寿命大大缩短，造成 较大的经济损失和不良的社会影响。 天津港作为北方地区的集装箱和现代物流的重要港口，2 0 0 4 年货物吞吐量2 0 6 亿 吨，集装箱3 8 1 5 万标箱。经预测到2 0 2 0 年港口吞吐量达到4 亿吨，其中集装箱吞吐量 达到2 0 0 0 万标箱，所有这些货物大多需要通过集疏港道路疏导，由于进出港区的多为 重载( 特种车) 、超载车辆，大量的重载、超载车辆造成路面结构的过早损坏，为交通事 故发生埋下了隐患，造成巨大的经济和人民生命财产的损失。 天津集疏港道路作为天津市重载、超载道路典型的代表，由于多为不收费道路，在 管理上很难采取措施避免重载、超载车辆的行驶。由于这些超重的轴载与常规轴载对路 面结构的破坏规律不同，按一般规范方法进行轴载换算势必产生较大误差，因而有必要 对之进行研究，以便在路面结构设计中准确反映重载的影响。 1 2 国内外研究现状 重载交通是个世界性的问题，不仅在中国，世界上其他国家的专家都在努力的研究 重载交通作用下的长寿命路面。许多国家、地区和独立研究机构对此进行了有益的尝试 和探讨，随着研究工作的不断深入，一些设计理论、设计方法和结构组合模式越来越趋 向于满足重载交通的需要。 1 2 1 国外研究现状 早在1 9 5 8 年美国各州公路工作者协会( 简称a a s h t o ) 通过环道试验就提出了反映汽 第一章绪论 车轴重与道路路面破坏之间关系的著名“四次方法则，得出如下结论：车辆对路面的 破坏性与轴载的m 次方成正比，即 等n = ” ， l 鼻 式中： 0 、只一分别为标准车的通行次数及轴载； m 、只一分别为某一种车的通行次数及轴载； m 一试验系数，沥青路面结构m = 4 ，水泥路面结构m = 1 6 。 继美国之后，一些国家又对汽车对路面的破坏作用进行了一系列补充性试验，其结 果表明，不同轴重值和不同车型的车辆对用不同结构形式和材料修筑的路面的破坏作用 有不同幂指数，一般在2 - - 6 之间。北欧国家在试验室对粘性土路基做过试验，发现就 永久变形而言，汽车对路面破坏的轴荷指数达1 0 - - 2 0 次方。 南非早在7 0 年代就开始采用动态称重系统( w i m ) 进行公路车辆荷载的调查。他们 认为，由于在路面设计中对实际车辆轴载预测的不准确，低估了标准轴载的作用次数， 因而导致了路面设计厚度不足，以至于出现提前破坏。南非的研究建立在力学分析的基 础上，并且用材料试验模拟机研究了不同的荷载型式和荷载级别条件下的路面结构的力 学疲劳效应，根据相应的疲劳方程进行单轴荷载等效系数计算。9 0 年代，南非建立了可 以用于超重荷载和多联轴型式的当量损坏系数( e d f s ) 的计算式。 加拿大安大略省在8 0 年代对本省的车辆尺寸和荷载分布情况做了长期调查，发现 在允许一定程度的超重时测得公路车辆荷载分布明显偏重，并且通过对车辆总重和轴载 分布的数据分析提出了某种车型的总重和各组荷载分布的关系。对于超限部分的轴荷 载，采用力学分析方法研究路面在超重交通作用下的力学反应变化，并以此作为衡量路 面损坏的标准，建立了力学模型以计算不同级别荷载产生的力学损耗。 1 2 2 国内研究现状 我国在管理方面出台了有关的规范和法规，但在实际运做中执行的并不尽如人意， 特别是重载交通对道路损坏程度的定量分析还没能进行一定量的实地现场检测。 陕西、广东、山东、河北四省对重载交通道路进行了深入的研究，先后铺筑了试验 路及实体工程，这些试验路及实体工程在经过多年的使用后，承受住了交通荷载与气候 的考验，充分验证了重载交通路面结构的研究成果。 2 长安大学硕上学位论文 邯郸市交通局与长安大学合作，对超重载交通路面结构进行研究，通过对筑路材料 的系统分析，首次提出了重载路面的设计参数确定方法与推荐值；通过对沥青混凝土路 面结构的应力分析，提出了适用于重载沥青路面弯沉等效、弯拉等效及车辙等效的轴载 换算公式；通过对荷载应力图式、交通参数、材料参数等设计参数的研究，提出了重载 沥青路面设计办法。通过对重载试验路的观察、测试，验证了重载设计方法的正确性。 交通部公路科学研究院从目前高等级公路和国道主干线上重轴载情况的调查分析 入手，比较全面评价了我国当前国省道干线的轴载水平，分析了重载条件下沥青路面的 破坏机理，并针对现行沥青路面结构设计计算中的一些问题，进行了深层次的探讨，包 括轴载换算公式的适用性问题、荷载计算模式的选择、交通等级的划分、力学计算参数 的取值方法等，提出整套适合于重载沥青路面结构计算的设计方法。 山东省交通科学研究所总结了影响公路路面损坏的主要因素，并提出了提高公路路 面结构耐久性能的措施和养护对策；根据现场路面使用性能和交通量的调查研究，总结 出本省超载交通量与总交通量的关系，为路面结构的理论计算提供依据。通过理论分析 计算，从结构受力、使用年限、弯沉等方面综合归纳出重载交通对刚性路面和半刚性路 面的影响因素。 从力学角度考虑，国内许多学者分析了重载交通对沥青路面结构使用性能的影响。 同济大学的孙立军等人应用自己所开发的沥青路面非线性三维有限元程序n a a p s 分析 了超重车辆实际分布荷载作用下的路面结构应力，分析结果表明，复杂接触压力作用下 的剪切疲劳是造成路面过早破坏的潜在因素之一，同时指出，有必要重新研究不同车辆 之间的等效换算关系【2 4 1 。林伍湖通过对厦漳高速公路厦门段的路况调查和芯样试验，指 出过量超载是造成该公路沥青路面病害的主要原因，并对路面各层弯拉应力和剪应力进 行了验算 2 5 1 。童言白等针对当前超载运输造成路面早期破坏的现象，通过对路面设计弯 沉值、层底拉应力及其他方面( 如：一次性作用、车辙作用、剪切推移作用等) 的分析， 得出车辆的超载对折算后标准当量轴次影响很大，并通过当量轴次的换算，得出超载车 辆就其疲劳作用来讲，己远远超出正常的设计及规范允许的超载规定【2 6 1 。高英等人分别 从路表弯沉、整体性材料层底拉应力及疲劳寿命、车辙预估等方面分析了不同比例、不 同程度的超重交通荷载对路面结构的破坏性作用【2 7 1 。 这些研究成果对重载道路研究提供了参考，为道路重载研究对策提供了理论与实践 依据。 第一章绪论 1 3 依托工程概况及研究内容 1 3 1 工程概况 天津集疏港道路交通规划建设总体方案包括“三横一纵”。“三横”为：海滨大道与 京津塘高速公路二线联络线、泰达大街、新港四号路。本工程将针对“一纵 进行，即 海滨大道中段( 永定新河京津塘高速公路三线段) 。 l 天津气候 天津市位于北纬3 8 0 3 4 至4 0 0 1 5 ，东经1 1 6 0 4 3 至1 1 8 0 0 4 之间，地处太平洋西岸环渤海 湾边。天津气候属暖温带半湿润大陆季风型：年平均气温1 2 3 。c ，一月零下4 c ，七月 2 6 。c ；全年无霜期大约2 1 0 天；年平均降水量约5 5 0 6 5 0 毫米，北部山地迎风坡为华 北多雨地区，可达9 0 0 毫米；全年降水7 5 集中在夏季，春季则因降水少，气温升高， 往往发生春旱。 表1 1 天津市气候 指标 7 d 平均标准 极端最标准极端最高 标准差 极端最低 标准 年平均年平均 地区 最高温度差低气温差地表温度地表温度差降雨量风速 n 天津 3 8 9 2 1 5 2一1 5 6 1 38 6 3 2 2 5 82 9 6 2 2 o l6 0 2 1 n m3 2 6 k t 2 工程概述 海滨大道中段位于城区与港区之间，而港区内的南北向通道一跃进路尚未完全发挥 功能，港内道路与集疏港道路的衔接过分依赖海滨大道，造成了交通压力过大而导致通 行不畅或者堵车。 海滨大道中段道路现状标准较低、通行能力不足，同时车辆多以进出港口的重载、 超载车辆居多，导致路面损坏严重，路面平整度差，大大降低了道路的服务水平。该地 区的建设规模逐年扩大，未来交通量也会逐渐增长，因此道路已经不能满足交通要求， 需要对其进行改造，以满足天津港快速发展的要求。 1 3 2 主要研究内容 本文在总结国内外研究成果的基础上，采取理论与调查相结合的方法，针对海滨大 道交通特点，研究其重载交通特性，分析不同结构层参数对路面结构的敏感性以及不同 轴轮类型车在最大荷载作用下对沥青路面使用寿命的影响，最终推荐适宜目前天津集疏 港道路的重载沥青路面结构。重点研究以下内容： ( 1 ) 天津滨海新区海滨大道的重载交通特性调查和分析； ( 2 ) 重载交通沥青路面结构组合设计； 4 长安大学硕士学位论文 ( 3 ) 半刚性基层沥青路面结构力学响应规律及结构层参数对路面结构的敏感性分析； ( 4 ) 重载沥青路面结构使用寿命分析； ( 5 ) 针对天津重载交通现状，推荐适宜于天津集疏港道路的重载沥青路面结构。 第- 二章 重载交通特性调查及轴载谱分析 第二章重载交通调查及轴载谱分析 车辆是路面的服务对象，路面的主要功能是长期保证车辆快速、安全、平稳地通行。 车辆荷载又是造成路基路面结构损伤的主要原因，是影响路面使用寿命的关键因素之 一。因此，研究重载交通作用下路面结构力学分析，必须对其交通特性进行实际调查和 分析。 2 1 交通特点 2 1 1 车型分类 为了便于交通调查的分析整理，调查时将车辆轴载按照表2 1 进行详细分类。 表2 1 车辆轴载分类表 车型图示划分依据 小客车 小型客车 客车中客车6 2 0 个座位 大客车2 0 个座位以上 二轴四轮 呀一百串主 轴数为2 ，后轴为单轴单轮组 二轴六轮 h 串害 轴数为2 ，后轴为单轴双轮组 三轴1 许币 轴数为3 ，三轴1 后轴为单轴， 三轴2 锰n 三轴2 后轴为双联轴 四轴1 帅 轴数为4 ，后轴均为双联轴 货车四轴2 铀 五轴1 钿 轴数为5 ，后轴为双联轴或三联 五轴2 栅 轴 挂车 轴数为3 轴1 拖挂2 轴 口口 uu 六轴1 曰面 轴数为6 ，后轴为三联轴 六轴2佑而 2 1 2 海滨大道交通特点 海滨大道中段除现有东海路为双向六车道外，其余均为双向四车道。平交路口多： 从南到北，海滨大道中段分别与( 津晋) 高速公路、津沽一线、泰达大街、第五大街、第 九大街、第十三大街等路平交。交通现状如图2 1 所示。 6 k 安大学顾十学位论文 田2 1 海滨大道中段交通圈 海滨大道现状交通量很大，大部分为运送煤、焦炭和矿石的货车，重载、超载现象 十分严重。图22 ( a ) 、分别为远景、近景下的海滨大道交通拥堵情况。 霉豳 ( i ) 远景近景 圈2 2 海滨大道交通拥堵情况 在观测中发现，由于海滨大道交通拥堵严重，引起了其它相交道路堵塞。 黩嘲 ( - ) 赛达大街交通拥堵o ) 第九大街交通拥堵 图2 3 相交道路交通拥堵情况 第= 章事载交通特性调盎及轴拽诮分析 2 2 交通量调查 2 2 i 调查方案 本次调查采用人工观测法，时间为8 月2 4 日8 月2 6 日。为客观反映整条路交通 并考虑分流和汇流，初定五个交通观测站，其中第l 、3 站为主观测站，第2 、4 、5 为 分观测站。观测站的位置设置如图24 所示。 现状交通量调查的主要内容是： 第1 、3 观测站8 月2 4 日昼夜2 4 小时内满、空载调查及观测双向交通量情况； 2 5 日、2 6 日每天上午、下午、晚上三个观测时段双向交通量： 第2 、4 、5 观测站8 月2 4 日、2 5 日、2 6 日每天上午、下午、晚上三个观测时 段双向交通量。 图2 4 海滨大道观测站相对位置圈 2 22 调查结果 交通量观测中发现，在海滨大道及沿线区域中保税区、临港工业园和天津港是比较 集中的三个交通拥堵点。 从各站日平均交通量( a d t ) 可以看出，1 号和5 号站交通量不大，因为两站分别为 海滨大道进、出口，没有较多的交通量汇集： 2 号站从泰达大街向南进入天津港、散货物流中心的车不经该站。该站交通量由1 号站的车辆组成，所以交通量不大： 3 号站的交通量最大，是因为该站距离保税区和天津港较近，车流量比较集中，是 海滨大道上车辆进出两地的必经路段； k 女人学硕l 岸论i 4 号站部分车辆经过3 号站后沿新港立交分流出海滨大道，交通量亦不大。 囤2 5 海滨大道交通流量圈 小客车数量居多，占总交通量近1 ，3 ，中客车、大客车在交通量中数量较少：货车 中三轴1 、四轴l 、四轴2 、五轴l 、六轴1 是货车中的主要车型，占货车总量的9 0 以 上，如图2 6 所示。 4 0 “ 一3 0 * o 蓝2 0 “ l o “ 海滨大道轴堑封圈 l ，。智 憾 圈 隅硒瓦鼎婴8 冒篙世。省咽 轴塑 ；i 蟊2 。：鸶高j j ! i ；葱8 1 蠢9 i 鬟毒；? ：罂茹2 7 “”8 “ 圈2 6 海滨大道轴型分布圈 由上述交通量和交通组成调查可以看出，以海滨大道为代表的集疏港道路，其交通 特点归纳起来主要有以f ) l 方面： l 交通量太。作为集疏港道路，承担运送港口货物职贵，交通负担很重：同时港 口道路要求交通时间流量分枷差异明显，太部分集中在早7 ：0 0 至晚2 2 ：0 0 之问，约 9 第二章重载交通特性调查及轴载谱分析 占日交通量的8 5 ，其余时段车流量较少。 2 平均日交通量( a d t ) 达到2 0 3 3 8 ( 辆m ) ，最高日交通量高达2 1 4 2 8 ( 辆日) ；高峰 小时交通量达8 2 8 ( 辆4 , 时) 。 3 所有通行的1 4 种车型中，四轴1 车最多( 3 3 5 ) ，其次为小客车( 2 7 5 ) ，二轴六 轮居第三位( 1 1 5 ) ，五轴1 型车第四位( 5 8 ) ，六轴1 型车居第五位( 3 5 ) ，其余9 种车 型总计共占1 8 2 。 4 交通量中空、满载车比例接近1 ：1 l ：2 ，半载车非常少，忽略不计。 5 整体交通量中南_ 北方向与北_ 南方向流量比例接近1 ：1 2 5 。 2 3 轴载调查及轴载谱分析 2 3 1 轴载调查 海滨大道上的货车分为散装货车和集装箱货车两大类。集装箱货车占据比例较大； 散装货车以运送煤、钢材和铁矿石为主，其超载现象十分严重。为客观地反映该路段的 轴载水平，并为路面结构层厚度计算提供合理的设计参数，对几种主要车型进行了轴载 调查。 为分析路段货车的超载状况，根据交通部超限运输车辆行使公路管理规定，公 路运输部门规定的各种轴、轮型的轴限列于下表2 2 中。 表2 2 我国公路运输部门规定的货车各种轴、轮型的轴限 单轴一单轮单轴一双轮 双轴一双轮三轴一双轮 轴、轮型 ( 前轴或中轴)( 单后轴)( 双联轴)( 三联轴) 轴限( 吨) 61 01 82 2 由各轴、轮型的轴限，可以得出超限率的公式，如公式( 2 1 ) 所示。 超限率= 兰鱼三堑皇塞! 蓁霉尝1 。 ( 2 1 ) 根据超限率的大小我们可以判断货车的各轴的超限严重程度，从而为路面设计分 析提供一定的指导作用。 轴载调查检测站定位于4 号主站海河大桥收费站处，利用c l l 0 2 b 便携式超限超载 汽车轴重仪分别对不同轴型货车每轴进行称重。抽样样本量根据每种车型的交通组成比 例确定。c l l 0 2 b 便携式超限超载汽车轴重仪如图2 7 所示。轴载调查现场如图2 8 所示。 l o 长安大学碗学位论文 ( a 、前轴m 1 中轴 第二章重载交通特性调查及轴载谱分析 ( c ) 后轴 图2 9 三轴1 货车各轴轴载谱 由图2 9 ( a , b ，c ) 可以看出，三轴1 货车前轴的轴重主要集中在4 7 吨的范围内，占7 1 4 ；中轴的轴载谱近似偏正态分布，峰值为1 6 1 8 吨，占2 8 6 ；后轴轴载谱有一明显 峰值为1 0 1 2 吨，占3 1 。表2 2 列出了我国公路运输部门规定的各种轴、轮型的轴限， 与表2 2 对比后发现，三轴1 货车前轴、中轴、后轴的超限率分别达4 8 2 、9 0 5 、 7 8 6 。 ( 2 ) 三轴2 货车满载的轴载谱 三轴2 货车前轴为单轴一单轮，中轴和后轴为单轴一双轮。 ( a ) 前轴( b ) 中轴 ( c ) 后轴 图2 1 0 三轴2 货车各轴轴载谱 由图2 1 0 发现，前轴轴重主要集中在2 _ 4 吨，占6 8 8 ；中轴主要集中在4 7 吨， 1 2 长安大学硕士学位论文 占7 4 9 ，后轴的轴载谱近似于偏正态分布。与表2 2 对比后发现，三轴2 货车前轴和 中轴超限很少，后轴的超限率达2 0 。 ( 3 ) 四轴1 货车满载的轴载谱 四轴1 货车前轴为单轴一单轮，第二轴为单轴一双轮，后轴为双联轴。 ( a ) 前轴( b ) 第二轴 ( c ) 第三轴 ( d ) 第四轴 图2 1 1 四轴1 货车各轴轴载谱 根据图2 1 1 可以看出，前轴的轴载谱轴重主要集中在2 4 吨之间，占8 4 1 ；第二 轴的轴载谱存在一个明显的峰值点，为l o 1 2 吨，占3 2 4 ；第三轴的轴载谱峰值为1 0 1 2 吨，占3 5 3 ；第四轴的轴载谱存在一个明显的峰值点，为1 0 一1 2 吨，占4 5 。 ( 4 ) 四轴2 货车满载的轴载谱 四轴2 货车前轴与第二轴都为单轴一单轮，后轴为双联轴。 ( a ) 前轴 ( b ) 第二轴 第二章 重载交通特性调查及轴载谱分析 ( c ) 第三轴 ( d ) 第四轴 图2 1 2 四轴2 货车各轴轴载谱 由图2 1 2 发现，前轴轴载谱近似偏正态分布，峰值为9 1 1 吨；第二轴存在一个峰 值，为1 0 1 2 吨；其超限率为8 7 5 ；第三轴的轴载谱有个峰值为2 0 2 5 吨，几乎占3 7 5 ，第三轴超限率达9 0 6 ；第四轴的轴载谱近似于偏正态分布：第四轴与表2 2 列出 的公路部门规定各种轴、轮型的轴限对比，其超限率达9 6 9 。 ( 5 ) 五轴1 货车满载的轴载谱 五轴1 货车前轴为单轴一单轮，第二轴为单轴一双轮，后三轴为三联轴 ( a ) 前轴 ( c ) 第三轴 1 4 ( b ) 第二轴 ( d ) 第四轴 长安大学硕上学位论文 ( e ) 第五轴 图2 1 3 五轴1 货车各轴轴载谱 由图2 1 3 得出，前轴的轴载谱有一显著峰值为4 5 吨，占3 7 5 ，其超限率为4 7 5 ；第二轴的轴载谱也存在一个明显的峰值点，为1 0 1 2 吨，占3 2 5 ；第三轴的轴重 主要集中在1 0 2 5 吨的范围内，占8 7 5 ；第四、五轴的轴重集中在1 5 2 5 吨的范围内， 占6 0 ，其超限率为8 7 5 。 ( 6 ) 五轴2 货车满载的轴载谱 五轴2 货车前轴为单轴一单轮，第二轴与第三轴为双联轴，后两轴为双联轴。 ( c ) 第三轴 1 5 ( d ) 第四轴 第二章 重载交通特性调查及轴载谱分析 五轴2 货车第五轴轴我谱 4 0 0 3 5 0 震二p i 3 0 o 嚣2 5 o 蓁 丑2 0 o 1 5 o 1 0 o 一| 5 0 9 6 v v 日 ( 1 01 0 1 21 2 1 41 4 1 6 1 6 轴重范围( 吨) ( e ) 第五轴 图2 1 4 五轴2 货车各轴轴载谱 五轴2 前轴的轴载谱存在一峰值为4 5 吨，占4 6 7 ，与表2 2 对比，其超限率为 3 3 4 ；第二轴轴重主要集中在8 1 4 吨范围内，占7 3 3 ， 的轴重超限率为5 3 3 ；第四、五轴轴重主要集中在1 0 1 4 其超限率为6 6 7 ；第三轴 吨的范围内，占6 6 7 ，与 表2 2 对比后可以发现，第四、五轴轴重的超限率高达8 6 7 。 ( 7 ) 六轴1 货车满载的轴载谱 六轴l 货车前轴为单轴一单轮，第二轴与第三轴为双联轴，后三轴为三联轴 ( a ) 前轴 ( c ) 第三轴 1 6 ( b ) 第二轴 ( d ) 第四轴 长安人学硕士学位论文 ( e ) 第五轴( f ) 第六轴 图2 1 5 六轴1 货车各轴轴载谱 根据图2 1 5 ，前轴的轴载谱近似于偏正态分布，峰值为8 - 9 吨，占2 5 6 ，其超限 率高达8 6 ；第二轴轴重主要集中在1 5 2 5 吨之间，占6 9 8 ， 三轴有一显著峰值为2 0 2 5 吨，占4 6 。5 ，其超限率达 的轴载谱近似于偏正态分布，峰值为2 5 3 0 吨，与表2 2 9 3 ：六 其超限率达8 3 7 ；第 轴1 货车四、五、六轴 对比发现，其超限率均达到9 5 4 ( 8 ) 六轴2 货车满载的轴载谱 六轴2 前轴与第二轴为单轴一单轮，第三轴为双联轴，后三轴为三联轴 ( a ) 前轴 ( c 第三轴 1 7 ( b ) 第二轴 ( d ) 第四轴 第二章重载交通特性调查及轴载谱分析 ( e ) 第五轴( f ) 第六轴 图2 1 6 六轴2 货车各轴轴载谱 根据图2 1 6 发现，六轴2 前轴存在一明显峰值为4 5 吨，占6 0 9 ；第二轴的峰 值为5 6 吨，占3 9 1 ，其超载限率达2 1 7 ；第三轴的轴重主要集中在5 2 0 吨的范围 内，占7 8 2 ；第四、五、六轴的轴载谱均存在一峰值为1 5 2 0 吨，占3 0 4 ，其超限 率均为8 2 6 。 2 3 2 轴载谱分析 由八类轴型车满载货车的轴载谱可以得出，除三轴2 前两轴、六轴2 前轴不超限外， 其他轴都不同程度的存在超限现象。 由于各轴型车前轴起支撑作用，轴载相对比较小，对路面结构影响较少，而各轴型 车的双联轴，三联轴都不同程度超限，超限率大多在9 0 以上，对路面结构影响极大。 运输货车多是运输煤、钢材、矿石等较重货物，造成整车超载严重，因此分担到 各个轴的轴重都较大，远远大于公路运输部门规定的各种轴、轮型的轴限。各车型双( 三) 联轴超限状况如表2 3 所示。 表2 3 各轴型车双( 三) 联轴超限率表 车型双联轴( 18 t )三联轴( 2 2 t )车辆总数超限率 = 轴13 74 28 8 1 四轴13 13 4 9 1 2 四轴23 l3 2 9 6 9 五轴l3 84 0 9 5 o 2 , 3 轴 1 11 57 3 3 五轴2 4 , 5 轴 1 31 58 6 7 2 , 3 轴 3 94 39 0 7 六轴1 4 , 5 6 轴 3 94 39 0 7 六轴2 2 02 38 7 0 蛊火学砸学位论文 2 4 轮胎充气压力和接地压强调查 在轴载调查中发现许多重载、超载货车为获得运输利润最大化，大多进行了改装 增加了弹簧钢板，更换高强轮胎。通过测定轮胎的实际充气压力和接地面积，有利于评 价轴载对路面结构的影响。调查时采用压力表测定轮胎充气压力：采用坐标纸分别测出 货车一侧各个轴轮胎的接地面积。轮胎的接地压强为轴重与轮胎接地面积的比值。图 21 7 图2 2 6 为本次调查中部分车辆的轮胎接地图形。 一1 ；。“ 1 口4 k 、 图2 1 7 四轴l 货车第一轴 、 “j 、 - ! 搠咤 圈2 1 8 四轴l 货车第二轴 一蠲 圈2 1 四轴l 货车第三轴圈2 2 0 四轴1 货车第四轴 图2 2 1 六轴2 赞车第一轴 1 ：蔓 圈2 2 2六轴2 货车第二轴 圈22 3 六轴2 货车第三轴 图2 2 4 六轴2 货车第四轴 孽孵 豁一 第章重载交通特性调直投轴毂甫仆析 、r 一1 一 t o o m 。 、 图22 5 六轴2 货车第五轴图22 6 六轴2 货车第六轴 主要车型轮胎充气压力和轮胎接地面积的调查结果见下表所示。 表2 4 三轴1 空、满载轮胎充气压力和接地面积 午型 三轴1 r 豫j 2 2 5 3 9 ) 屯型三轴1 r 鲁d g 0 1 8 0 ) 轴轴重接地而积充气压力接地压强轴轴重接地面积 充气压力 接地压强 数r k n l k m l ( m p a ) r m p a l 数( k n )扯r 曲 f m p “ ( v n 曲 0 9 7 06 8 l0 3 4 6 3 l3 l0 3 表2 5 三轴2 空、满载轮胎充气压力和接地面积 车型 三轴2 f 冀j 2 2 3 2 9 ) 车型 三轴2 ( 冀j 2 2 3 2 9 ) 轴轴重接地面积充气压力接地压强轴轴重 接地面积充气压力接地压强 数 r k n lk m l 0 v f p a )0 v l p a )数、( e m ) ( m p a ) ( m p 曲 1 0 l6 o8 3 6 0509 7 86 表2 6 四轴1 空、满载轮胎充气压力和接地面积 车型四轴1 r 冀d 7 3 6 9 7 1车型 四轴1 ( 冀j 6 1 7 2 2 ) 轴轴重接地面积充气压力接地压强轴轴重接地面积 充气压力接地压强 数n 1k m 1 ( m p a )( m p “数 r k n lr 咖1 f m p a ) ( m p a ) 0 9 8 08 4 5 9 盘0 + 9 9 1 9 86 1 1 9 1 1 4 l0 4 表2 7 四轴2 空、满载轮胎充气压力和接地面积 午刑四轴2 f 冀j 8 5 1 3 0 1车型 四轴2 f 冀b 6 7 4 7 4 ) 憎 轴重 接地面积充气压力 接地压强 轴 轴重接地面积充气雎力接地压强 f 对 f c m l r m p a ( m p 时数 ( k n ) f c m 。1f m p a lr m p a ) ll2 8lo o 2 长安大学硕士学位论文 表2 7 四轴2 空、满载轮胎充气压力和接地面积( 续) 36 31 6 4 81 0 0 9 6 32 2 5 。45 0 3 1 3 1 。1 2 41 0 6 52 5 8 71 11 0 3 4 2 3 7 95 3 7 91 21 1 1 表2 8 五轴1 空、满载轮胎充气压力和接地面积 车型 五轴l ( 冀c 9 2 1 0 7 ) 车型 五轴1 ( 冀t 1 9 7 3 6 ) 轴轴重接地面积充气压力接地压强轴轴重接地面积充气压力接地压强 数 ( k n )( c m 2 )( m p a )( m p 小 数 ( k n ) ( c m 2 ) ( m p a )( m p a ) l3 3 81 2 0 6o 7 70 7 1 5 5 41 7 00 8 50 8 1 24 6 。91 5 3o 。9o 。7 7 2 1 5 7 f 33 6 81 1 01 0 7 33 9 31 3 71 0 8o 7 232 0 6 44 7 1 81 1 41 0 9 44 1 6 51 4 30 8o 7 3 4 1 5 8 5 53 7 61 1 41 0 5 54 1 6 51 4 0 50 80 7 451 5 8 5 53 7 2 51 1 61 0 6 表2 9 五轴2 空、满载轮胎充气压力和接地面积 车型 五轴2 ( 津a a 6 6 8 0 ) 车型 五轴2 ( 豫h 1 1 5 6 8 ) 轴轴重接地面积充气压力接地压强轴轴重接地面积充气压力。接地压强 数 0 0 n )( c m 2 )( m p a )( m p a ) 数 ( k n )( e r a 2 )( m p a )( m p a ) l2 9 21 0 7 50 8 30 6 8l9 2 32 3 41 00 9 9 23 7 11 3 1 20 9 6o 7 121 9 5 34 7 6 31 4 51 0 3 3 7 5 51 9 61 0 8o 9 632 4 3 25 7 8 61 4 61 0 5 43 6 5 1 2 4o 8 0 0 7 4 42 1 3 94 8 0 11 4 41 1 1 53 6 51 2 3 60 8 30 7 452 1 3 94 7 8 6 1 4 51 1 2 表2 1 0 六轴1 空、满载轮胎充气压力和接地面积 车型 六轴l ( 冀b 6 7 3 5 8 ) 车型 六轴1 ( 冀d 7 2 1 8 6 ) 轴轴重 接地面积充气压力 接地压强 轴轴重接地面积充气压力接地压强 数 ( k n )( c m 2 )( m p a l( m p a ) 数 ( k n )( c m 2 )( m p a )( m p a ) 15 4 5 0 1 6 9 10 9 40 8 ll8 1 0 02 0 70 9 90 9 8 25 6 2 01 7 0 61 0 10 8 22 2 3 1 4 05 2 31 1 81 11 35 6 0 01 7 0 40 9 0o 8 232 0 8 2 04 7 6 2 1 1 01 0 9 4 4 8 1 4 1 6 51 0 20 7 342 2 0 7 34 9 6 5 1 1 41 11 54 8 1 41 6 2 5 1 2 0 0 7 45 2 2 0 7 3 4 9 5 6 1 1 21 1 1 64 8 1 41 5 9 21 0 10 7 662 2 0 7 34 9 5 2 1 2 01 1 1 2 1 第二章 重载交通特性调查及轴载谱分析 表2 1 l六轴2 空、满载轮胎充气压力和接地面积 车型 六轴2 ( 蒙j 2 8 2 8 6 )车型六轴2 ( 冀e 5 6 8 8 8 ) 轴轴重 接地面积 充气压力 接地压强轴 轴重 接地面积充气压力 接地压强 数 ( k n )( e r a 2 )( m p a )( m p a ) 数 ( k n )( c m z )( m p a )( m v a ) l3 9 91 4 0 2o 8 60 7 114 4 51 5 lo 90 7 4 2 3 4 31 2 2 3 0 8 8 0 7 027 6 12 0 3 41 0 0 9 4 34 8 91 6 80 9 4o 7 331 8 4 44 6 0 11 31 o 43 5 71 2 1 40 8 50 7 441 4 1 6 73 5 8 61 10 9 9 53 5 71 1 9 5o 80 7 551 4 1 6 73 5 11 21 0 1 63 5 71 1 7o 9o 7 661 4 1 6 73 5 0 71 21 0 1 由上述主要轴型车空载、满载状况下轮胎充气压力和接地面积可以看出： 所有1 0 0 空载车辆轮胎充气压力p 0 7 m p a ，有3 1 车辆轮胎充气压力p 1 0 m p a ，空载车辆轮胎接地压强p 0 7 m p a 的占5 5 ，空载车辆轮胎接地压强p 1 0 m p a 占5 ；所有1 0 0 满载车辆轮胎充气压力p 0 7 m p a ，有8 6 满载车辆轮胎充 气压力p 1 0 m p a ，有些轴的充气压力高达1 4 6 m p a ，远远大于设计规范要求的0 7 m p a 。 对于满载车辆轮胎接地压强p 0 7 m p a 占9 4 5 ，即几乎都超过规范中所规定标准限值 ( o 7 m p a ) 。充气压力与接地压强如图2 2 7 、2 2 8 所示。 图2 2 7 空满载充气压力与接地压强( o 7 m p a ) 图2 2 8 空满载充气压力与接地压强( 1 0 m p a ) 对于所有车型，同轴型车辆空载时接地压强明显低于满载时候接地压强，这与实际 情况相符合。 2 5 重载交通的定义 重载交通在国际上叫重任务交通( h e a v yd u t yt r a f f i c ) ，它是指道路通车后交通量、 累计当量标准轴次( e s a l s ) 大大超过一般水平，路面性能衰减超常规发展的现象。在发 达国家，重载交通主要体现为货运集装箱、大型化、多轴化。在我国，重载交通通常以 车辆的超载超限为特点，主要指道路上车辆轴重超过了道路所规定限值，对路面造成一 长安火学硕士学位论文 次性破坏较为严重。由于客车及小型货车对路面危害较小，重载交通主要是指大中型货 车交通。 从交通量调查和轴载谱分析看出，海滨大道上货车大多数为大中型货车，而且根据 表2 2 可以看出，轴重多数大于道路规定的限值，轴载超限率多在1 0 0 , - - 一2 5 0 ，所以 海滨大道是典型的重载交通道路。 2 6 本章小结 本章通过调查、分析得出海滨大道的交通量和主要轴型满载货车轴载谱分布情况。 通过实测数据和分析，可以得出以下结论： 1 海滨大道作为典型的集疏港道路，不仅承担着运送港口货物的职责，而且也是 货物运输的重要过境道路。它的交通量大；平均日交通量( a d t ) 达到2 0 3 3 8 ( 辆1 3 ) ，交 通量中空、满载车辆比例接近1 ：l 1 ：2 ； 2 八种主要轴型满载货车都有其典型的轴载谱。从轴载谱可以看出，海滨大道运 营货车轴载超限现象严重。轴载超限多在1 0 0 - - 2 5 0 ，最大单轴轴重高达2 9 3 吨，超_ 限率为1 9 3 ；最大双联轴轴重为5 6 6 2 吨，超限率为2 1 4 5 ；最大三联轴轴重为7 8 6 4 吨，超限率高达2 5 7 5 ； 3 为获得运输利润最大化，重载货车多更换高强轮胎，造成车辆轮胎的充气压力 和接地压强远远大于0 7 m p a ，对路面结构影响显著； 4 根据海滨大道轴载谱及超限率，海滨大道是典型的重载交通道路。 第三章重载交通沥青路面结构组合设计 第三章重载交通沥青路面结构组合设计 路面结构组合设计是路面设计的基本内容之一，也是重载交通道路设计研究的基础 和关键，其目的是使路面结构在设计使用期间既能承受行车荷载( 特别是重载、超载) 和 各种自然因素的作用，又能充分发挥各结构层的最大效能，做到技术上可行、经济上合 理。