行车荷载环境因素与土基的承载能力路基路面工程实用教案

1、会计学1行车荷载环境因素与土基的承载能力路行车荷载环境因素与土基的承载能力路基路面基路面(lmin)工程工程第一页，共60页。2021-12-8第1页/共60页第二页，共60页。2021-12-8路基路基(lj)路面路面工程工程参考教材参考教材(jioci)：路基路面工程，主编：邓学钧，人民交通出版：路基路面工程，主编：邓学钧，人民交通出版社，社，2005第2页/共60页第三页，共60页。2021-12-8第3页/共60页第四页，共60页。2021-12-8n2）汽车的总重量通过车）汽车的总重量通过车轴与车轮传递给路面，所以路面轴与车轮传递给路面，所以路面结构的设计主要结构的设计主要(zhyo

2、)以轴重以轴重作为荷载标准，作为荷载标准，n3）在设计时：结构设计，）在设计时：结构设计，主要主要(zhyo)考虑重型车考虑重型车n路面表面特性路面表面特性(平平整性，抗滑性整性，抗滑性)：以小汽车为主要：以小汽车为主要(zhyo)对象。对象。客车客车小客车小客车自重和满载重量小，车速高，自重和满载重量小，车速高，120km/h中客车中客车620个座位个座位大客车大客车20个座位以上，长途客运和城市公共交通个座位以上，长途客运和城市公共交通货车货车整车整车货箱与汽车发动机一体。货箱与汽车发动机一体。牵引式挂车牵引式挂车牵引车与挂车分离，牵引车提供动力，牵引牵引车与挂车分离，牵引车提供动力，牵引

3、后挂的拖车后挂的拖车牵引式半挂车牵引式半挂车牵引车与挂车分离，铰接，牵引车的后轴也牵引车与挂车分离，铰接，牵引车的后轴也担负部分货车的重量担负部分货车的重量第4页/共60页第五页，共60页。2021-12-8的统计数据，在141个成员国和地区中，轴限最大的为140KN，近40%执行100KN轴限。n我国公路与城市道路路面设计规范中均以100KN作为设计标准轴重。通常认为我国的道路车辆轴限为100KN。第5页/共60页第六页，共60页。2021-12-8nc、轮载的大小。n货车轮胎的标准静内压力pi一般在0.40.7MPa范围内。第6页/共60页第七页，共60页。2021-12-8一般接触面上的

4、压力分布是不均匀的。n在路面设计中，通常忽略上述因素的影响，认为p=pi，并假定在接触面上，压力是均匀分布的。第7页/共60页第八页，共60页。2021-12-8第8页/共60页第九页，共60页。2021-12-8n每一侧双轮用两个圆表示，称为双圆荷载：n注：P作用在车轮上的荷载，kN。第9页/共60页第十页，共60页。2021-12-8中等平整度路面，车速60km/h，轮胎(lnti)着地长23cm通过时间0.0138s第10页/共60页第十一页，共60页。2021-12-8对路面施加一定的水平力。对路面施加一定的水平力。n后果：水平力易使路面产生波浪后果：水平力易使路面产生波浪(blng)

5、(blng)、拥包、推挤等损坏，要、拥包、推挤等损坏，要求面层材料有足够的抗剪强度求面层材料有足够的抗剪强度城城市道路市道路n大小：与垂直压力大小：与垂直压力P P、轮与路面、轮与路面附着系数附着系数有关有关nqmaxpqmaxp第11页/共60页第十二页，共60页。2021-12-8n车辆的振动特性：轮胎刚度，车辆的振动特性：轮胎刚度，减振装置效果。减振装置效果。n正常情况下，变异系数一般均正常情况下，变异系数一般均小于小于0.30.3。nb b、冲击系数：振动轮载的最大、冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比。在较平整的路面峰值与静载之比。在较平整的路面上，行车速度不超过上，行车速度不超过

6、50km/h50km/h时，时，冲击系数不超过冲击系数不超过1.301.30。n路面设计时，有时要计入冲击路面设计时，有时要计入冲击系数的影响。系数的影响。n以静轮载乘以冲击系数作为设以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。计荷载。第12页/共60页第十三页，共60页。2021-12-8不及传递到较深的土层，路面变形不及传递到较深的土层，路面变形量减小；可以理解为路面结构刚度量减小；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提高，或者是路面结构强度的相对提高。的相对提高。n重复作用：材料的疲劳重复作用：材料的疲劳/ /弹塑性弹塑性材料变形的累积材料变形的累积n路面设计，不仅要重视轴重

7、静路面设计，不仅要重视轴重静力与动力的量值，道路通行的各类力与动力的量值，道路通行的各类轴载的累积作用次数也是路面设计轴载的累积作用次数也是路面设计的重要参数。的重要参数。第13页/共60页第十四页，共60页。2021-12-8注：注：Ne乘以方向系数乘以方向系数(xsh)和车道系数和车道系数(xsh)后即可得到车道交通量。后即可得到车道交通量。方向系数方向系数(xsh)：一个行车方向的交通量与行车道交通量的比例。：一个行车方向的交通量与行车道交通量的比例。第14页/共60页第十五页，共60页。2021-12-8调 查 得 到 ( d do)的各类车辆的日交通量乘以与相应的轴载谱百分率各类车辆

8、各级轴载的相应日作用次数。轴载谱的应用(yngyng)：轴载调查轴载谱各级轴载作用次数； “实践理论实践”第15页/共60页第十六页，共60页。2021-12-8别道勘交通量折算车辆占用道路(dol)净空)n换算公式：n式中：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；nn同路面结构特性有关的系数。n不同路面结构换算公式不同，具体公式见相应规范章节。nsiisippNN第16页/共60页第十七页，共60页。2021-12-8组成，车道宽度、交通管理规则等。nc ）轮迹横向分布系数：取轮迹横向分布频率曲线中二个条带的宽度50cm(20+10+20)的条带频率之和称为轮迹横向

9、分布系数。第17页/共60页第十八页，共60页。2021-12-8第18页/共60页第十九页，共60页。2021-12-8第19页/共60页第二十页，共60页。2021-12-8第20页/共60页第二十一页，共60页。2021-12-8轴载（kN）轴次数轴载换算系数当量轴次数单轴2000.00160 204000.00810 406010.06250 608060.24011 801001440.656194 100110161.215519 11012011.7492 双轴40140.00320 4080210.01620 80120440.1256 120160420.480220 160

10、180441.04446 180200211.62934 2002201012.431246 220240433.498150 累计当量轴次数619 解：由规范，取标准轴载为100KN。（1）交通调查，由题目给出；（2）轴载组成分析，如表：（3）计算各种轴载的换算系数(xsh)，结果如表：（4）轴载换算，计算各种轴载的当量轴载次数；见表：（5）求和，可得累计当量轴载作用次数；（6）则等效轴载换算系数(xsh)为：619.31/165=3.75所 以 ， 其 等 效 轴 载 换 算 系 数(xsh)为3.75第21页/共60页第二十二页，共60页。2021-12-8第22页/共60页第二十三页，

11、共60页。2021-12-8解：由规范，取标准轴载为100KN。（1）交通调查，由题目给出；（2）计算(j sun)各种车型的等效轴载换算系数，结果如表：（4）轴载换算，计算(j sun)各种车型的当量轴载次数见表：（5）由题可知t=15，查表取交通量年平均增长率r=4%，可计算(j sun)各种车型的当量轴载在设计年限内累计作用次数Ne，见表；（5）求和，可得设计年限内标准轴载累计作用次数Ne=6,172,345辆。所以，设计年限内标准轴载累计作用次数为6,172,345辆。车辆类型初始交通量等效轴载换算系数标准轴载作用次数N1设计年限内累计作用次数Ne2轴公共汽车480.512324.59

12、04179,722 3轴公共汽车251.117827.945204,239 2轴4轮货车16050.019230.816225,222 2轴6轮货车5180.7041364.7232,665,624 3轴货车1951.11216.451,581,948 3轴牵引式半拖车400.710828.432207,798 4轴牵引式半拖车251.546438.66282,551 5轴牵引式半拖车52.152510.762578,659 4轴货车+拖车650.820453.326389,739 5轴货车+拖车170.978516.6345121,575 5轴以上货车+拖车261.238132.190623

13、5,269 合计25696,172,345 第23页/共60页第二十四页，共60页。2021-12-8n2）温度应力、湿度应力第24页/共60页第二十五页，共60页。2021-12-8第25页/共60页第二十六页，共60页。2021-12-8第26页/共60页第二十七页，共60页。2021-12-8第27页/共60页第二十八页，共60页。2021-12-8第28页/共60页第二十九页，共60页。2021-12-8第29页/共60页第三十页，共60页。2021-12-8第30页/共60页第三十一页，共60页。2021-12-8n处的最高温度，；n Ta.max相应的日最高气温， ；n Q相应的太

14、阳日辐射热，J/；n a，b，c回归常数。n特点：不包含所有复杂因素，精度有地区局限性，只可在条件相似的地区参考使用。第31页/共60页第三十二页，共60页。2021-12-8第32页/共60页第三十三页，共60页。2021-12-8第33页/共60页第三十四页，共60页。2021-12-8n水泥路面：板底出现局部脱空引起断裂；n3）路面结构总变形中，路基变形占7090%n正确的设计思路：应使路基所受的力在路基弹性限度范围内，即当车辆驶过后，路基能恢复变形。保证路基相对稳定，路面不致引起破坏。第34页/共60页第三十五页，共60页。2021-12-8第35页/共60页第三十六页，共60页。20

15、21-12-8n式中：Za路基工作区深度(shnd)，m；nP一侧轮重荷载，kN；nK系数，通常取k=0.5；n土的容重，kN/m3；nn系数，n=5-10。3aKnPZ第36页/共60页第三十七页，共60页。2021-12-8第37页/共60页第三十八页，共60页。2021-12-8lpDE)1 (2EE3112第38页/共60页第三十九页，共60页。2021-12-8割线模量：以某一应力相应(xingyng)的曲线上的点同起始点相连的割线的斜率，反映土基在工作应力范围内的应力-应变的平均状态 线；回弹模量：应力卸除阶段，应力-应变曲线的割线模量 线。 注：注：前三种模量：应变前三种模量：应

16、变=塑性塑性+回弹变形回弹变形路基沉降计算路基沉降计算回弹模量：回弹变形回弹模量：回弹变形反映土的弹性性质反映土的弹性性质路面结构分析路面结构分析第39页/共60页第四十页，共60页。2021-12-8nC）一般情况下，土基的流变影响可以不予考虑（原因：车轮荷载作用时间短暂）。第40页/共60页第四十一页，共60页。2021-12-8n2）影响因素：n土的性质(土类)和状态(含水量/密实度/结构状态)n重复荷载的大小：以相对荷载即重复荷载与一次静载时的极限强度之比表示；n荷载作用(zuyng)的性质：加载速度/持续时间/作用(zuyng)频率n侧向应力的大小。第41页/共60页第四十二页，共6

17、0页。2021-12-8nN数。n4）回弹(hu dn)模量ER的确定：重复加载的三轴压缩试验n应力施加频率20-30次/分；每次持续0.1-0.2S 重复应力作用600-1000次后回弹(hu dn)变形量回弹(hu dn)模量ER值(适应车轮荷载重复作用特点)Nbalg1第42页/共60页第四十三页，共60页。2021-12-8-n地基反应(fnyng)模量k (土基受力后的变形性质)n加州承载比CBR (土基承载能力)第43页/共60页第四十四页，共60页。2021-12-8载板挠度量测比较方便，压力也易于控制。承载板直径则常采用标准轴载当量圆半径(刚性路面路基较大直径承载板)。n逐级加

18、载卸载法：每级增加0.04MPa卸载稳定1min后读取回弹弯沉值下一级荷载回弹变形值超过1mm时停止加载绘出荷载-回弹弯沉曲线。iilpDE214第44页/共60页第四十五页，共60页。2021-12-8第45页/共60页第四十六页，共60页。2021-12-8第46页/共60页第四十七页，共60页。2021-12-8由试验求得(如表P49)。nnn注：计算CBR值时，取贯入度为0.254cm，但是当贯入度为0.254cm时的CBR值小于贯入度为0.508cm时的CBR值时，应采用后者为准。（按照施工时的含水量，浸泡(jnpo)四天，饱水状态）第47页/共60页第四十八页，共60页。2021-

19、12-8nB）原因：n路基沉缩：软弱地基的沉降(chnjing)；路堤内有过度饱水区；压实不足；施工方法不合理等。n地基沉陷：天然地面承载力不足路基(lj)沉陷路基沉缩地基沉陷第48页/共60页第四十九页，共60页。2021-12-8第49页/共60页第五十页，共60页。2021-12-8岩层的性质不适应、存在粘土层与蓄水砂石层交替分层及有倾向于路堑方向的斜坡层理、边坡超载。第50页/共60页第五十一页，共60页。2021-12-8状，边坡表面下沉n6）不良地质水文条件造成路基破坏：泥石流、溶洞、大暴雨地区（较大自然灾害）。第51页/共60页第五十二页，共60页。2021-12-8n自然因素的

20、作用(含水量变化、温度变化)。第52页/共60页第五十三页，共60页。2021-12-8入路基工作区范围；入路基工作区范围；n正确正确(zhngqu)(zhngqu)进行排水设进行排水设计计( (包括地面排水、地下排水、路面包括地面排水、地下排水、路面结构排水及地基特殊排水结构排水及地基特殊排水) )；n设置隔水层以阻断毛细水上设置隔水层以阻断毛细水上升到通路；设置隔温层，减少路基升到通路；设置隔温层，减少路基冰冻深度和水分积聚，设置砂垫层冰冻深度和水分积聚，设置砂垫层以疏干土基；以疏干土基；n采取边坡加固措施、修筑挡采取边坡加固措施、修筑挡土构筑物以提高路基整体稳定性。土构筑物以提高路基整体稳定性。第53页/共60页第五十四页，共60页。2021-12-8第54页/共60页第五十五页，共60页。2021-12-8n当沥青混合料承受较大的应力作用，且应力作用时间较长时，其应力应变关系分别呈现出弹性、弹粘性、弹粘