行车荷载(朱明浩、叶庭庭)

1、Page 2道路上道路上通行的通行的汽车主汽车主要分为要分为客车客车货车货车小客车小客车中客车中客车大客车大客车整车整车牵引式挂牵引式挂车车牵引式牵引式半挂车半挂车Page 3小客车小客车：自身重量与满载总重都比较轻，但车速高，一般可达：自身重量与满载总重都比较轻，但车速高，一般可达120km/h有的高档小车可达有的高档小车可达200km/h以上。以上。中客车中客车：一般包括：一般包括6个座至个座至20个座位的中型客车。个座位的中型客车。大客车大客车：一般是指：一般是指20个座位以上的大型客车（包括铰接车和双层客车），个座位以上的大型客车（包括铰接车和双层客车），主要用于长途客运与城市公共交通

2、。主要用于长途客运与城市公共交通。整车整车：整车的货厢与汽车发动机为一整体。：整车的货厢与汽车发动机为一整体。牵引式挂车牵引式挂车：牵引式挂车的牵引车与挂车是分离的，牵引车提供动力，：牵引式挂车的牵引车与挂车是分离的，牵引车提供动力，牵引后挂的挂车，有时可以拖挂两辆以上的挂车。牵引后挂的挂车，有时可以拖挂两辆以上的挂车。牵引式半挂车牵引式半挂车：牵引式半挂车的牵引车与挂车也是分离的，但是通过铰：牵引式半挂车的牵引车与挂车也是分离的，但是通过铰接相互连接，牵引车的后轴也担负货车的重量，货车厢的后部有轮轴接相互连接，牵引车的后轴也担负货车的重量，货车厢的后部有轮轴系统，而前部通过铰接悬挂在牵引车上

3、。系统，而前部通过铰接悬挂在牵引车上。Page 4铰接车铰接车整车整车Page 5牵引式挂车牵引式挂车牵引式半挂车牵引式半挂车Page 6 汽车的总荷载通过车轴与车轮传递给路面，所汽车的总荷载通过车轴与车轮传递给路面，所以路面结构的设计主要以轴载作为荷载标准。在以路面结构的设计主要以轴载作为荷载标准。在道路上行驶的多种车辆的组合中，重型货车与大道路上行驶的多种车辆的组合中，重型货车与大客车起决定作用，轻型货车与中、小客车影响很客车起决定作用，轻型货车与中、小客车影响很小，有时可以不计。但是在考虑路面表面特性要小，有时可以不计。但是在考虑路面表面特性要求是，如平整性、抗滑性等，以小汽车为主要对求

4、是，如平整性、抗滑性等，以小汽车为主要对象，因为小汽车的行驶速度高，所以要求在高速象，因为小汽车的行驶速度高，所以要求在高速行车条件小具有良好的平稳性与安全性。行车条件小具有良好的平稳性与安全性。Page 7 无论是客车还是货车，车身的全部重力都通过车轴上无论是客车还是货车，车身的全部重力都通过车轴上的轮子传给路面，因此，对于路面结构设计而言，更加重的轮子传给路面，因此，对于路面结构设计而言，更加重视汽车的轴载。由于轴载的大小直接关系到路面结构的设视汽车的轴载。由于轴载的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度，为了统一设计标准和便与交通管理，计承载力与结构强度，为了统一设计标准和便与交通

5、管理，各个国家对于轴载的最大限度均有明确的规定。据国际道各个国家对于轴载的最大限度均有明确的规定。据国际道路联合会路联合会1989年公布的统计数据，在年公布的统计数据，在141个成员国个成员国 和地区中，轴限最大的为和地区中，轴限最大的为140kN,近近40%执行执行 100kN轴限，我国公路与城市道路路面设轴限，我国公路与城市道路路面设 计规范中均以计规范中均以100kN作为设计标准轴重。作为设计标准轴重。 通常认为我国的道路车辆轴限为通常认为我国的道路车辆轴限为100kN。Page 8 通常，整车形式的客、货车车轴分前轴和后轴。绝大通常，整车形式的客、货车车轴分前轴和后轴。绝大部分车辆的前

6、轴为两个单轮组成的单轴，轴载约为汽车总部分车辆的前轴为两个单轮组成的单轴，轴载约为汽车总重力的重力的1/3。极少数汽车的前轴由双轴单轮组成，双前轴。极少数汽车的前轴由双轴单轮组成，双前轴的轴载约为汽车总轴载的一半。汽车的后轴有单轴、双轴的轴载约为汽车总轴载的一半。汽车的后轴有单轴、双轴和三轴三种，大部分汽车后轴由双轮组成，只有少量车型和三轴三种，大部分汽车后轴由双轮组成，只有少量车型由单轮组成后轴。每一根后轴的轴载大约为前轴轴载的两由单轮组成后轴。每一根后轴的轴载大约为前轴轴载的两倍。目前，在我国公路上行驶的货车的后轴轴载，一般在倍。目前，在我国公路上行驶的货车的后轴轴载，一般在60130kN

7、范围内，大部分在范围内，大部分在 100kN以下。以下。Page 9Page 10汽车对道路的作用可分为停驻状态和行驶状汽车对道路的作用可分为停驻状态和行驶状态。态。当汽车处于停驻状态时，对路面的作用当汽车处于停驻状态时，对路面的作用力为静态压力，主要是由轮胎传给路面的垂力为静态压力，主要是由轮胎传给路面的垂直压力直压力p，它的大小受下述因素的影响。，它的大小受下述因素的影响。（1）汽车轮胎汽车轮胎的内压力的内压力pi（2）轮胎的刚度轮胎的刚度和轮胎与路和轮胎与路面接触的形面接触的形态态（3）轮载的大轮载的大小小Page 11汽车轮胎的内压力汽车轮胎的内压力货车轮胎的标准静内压货车轮胎的标准静

8、内压力：一般在力：一般在0.40.40.7MPa0.7MPa范围内。范围内。通常轮胎与路面接触面通常轮胎与路面接触面上的压力上的压力p p略小于内压力略小于内压力pi,pi,约为约为(0.8(0.80.9)pi0.9)pi。在轮胎软而旧，或轮载在轮胎软而旧，或轮载超荷，或实际内压力比超荷，或实际内压力比标准低很多，接触压力标准低很多，接触压力p p才达到才达到(1.1(1.11.3)pi.1.3)pi.车轮在行驶过程中，内车轮在行驶过程中，内压力会因轮胎充气温度压力会因轮胎充气温度升高而增加，因此，滚升高而增加，因此，滚动的车轮接触压力也有动的车轮接触压力也有所增加，达到所增加，达到(0.9(

9、0.91.1)pi. 1.1)pi. Page 12n 轮胎的刚度随轮胎的新旧程度而有别，接触面的轮胎的刚度随轮胎的新旧程度而有别，接触面的形态和轮胎的花纹也会影响接触压力的分布，一形态和轮胎的花纹也会影响接触压力的分布，一般情况下，接触面上的压力分布是不均匀的。不般情况下，接触面上的压力分布是不均匀的。不过在路面设计中，通常忽略上述因素的影响。而过在路面设计中，通常忽略上述因素的影响。而直接取内压力作为接触压力，并假定在接触面上直接取内压力作为接触压力，并假定在接触面上压力是均匀分布的。压力是均匀分布的。Page 13Page 14双圆荷载当量圆的直径和半径双圆荷载当量圆的直径和半径P P

10、作作用在车用在车轮上的轮上的荷载荷载p p轮胎轮胎接触压接触压力力接接触面当触面当量圆半量圆半径径当量圆半径：当量圆半径：pPPage 15 双圆荷载当量圆直径双圆荷载当量圆直径 单圆荷载当量圆直径单圆荷载当量圆直径在标准轴载在标准轴载BZZ-100的的P=100/4kN，p=700kPa，则，则d=0.213m，D=0.302m。dpPD28pPd4对于双轮组车轴，每一侧的双轮用一个圆表示，对于双轮组车轴，每一侧的双轮用一个圆表示，称为单圆荷载；则称双圆荷载。其当量圆直径称为单圆荷载；则称双圆荷载。其当量圆直径分别按下式计算：分别按下式计算：Page 16一、行驶状态的汽车除了施加给路面垂直

11、静压力之外，还给路面施加水一、行驶状态的汽车除了施加给路面垂直静压力之外，还给路面施加水平力、振动力。这些动力影响还有瞬时性的特征。平力、振动力。这些动力影响还有瞬时性的特征。二、汽车在道路上等速行驶，车轮受到路面给它的滚动摩阻力，路面也二、汽车在道路上等速行驶，车轮受到路面给它的滚动摩阻力，路面也相应受到车轮施加于它的一个向后的水平力；相应受到车轮施加于它的一个向后的水平力；三、汽车在上坡行驶，或者在加速行驶过程中，为了克服重力与惯性力，三、汽车在上坡行驶，或者在加速行驶过程中，为了克服重力与惯性力，需要给路面施加向后的水平力，相应在下坡行驶或者在减速行驶过程中，需要给路面施加向后的水平力，

12、相应在下坡行驶或者在减速行驶过程中，为了克服重力与惯性力的作用，需要给路面施加向前的水平力。为了克服重力与惯性力的作用，需要给路面施加向前的水平力。四、汽车在弯道上行驶，为了克服离心力，保持车身稳定不产生侧滑，四、汽车在弯道上行驶，为了克服离心力，保持车身稳定不产生侧滑，需要给路面施加侧向水平力。汽车起动和制动过程中，施加于路面的为需要给路面施加侧向水平力。汽车起动和制动过程中，施加于路面的为水平水平力。力。Page 17附着系数n 车轮施加于路面的各种水平力值与车轮的垂直压力，以及车轮施加于路面的各种水平力值与车轮的垂直压力，以及路面与车轮之间的附着系数路面与车轮之间的附着系数 有关，其最大

13、值不会超过垂有关，其最大值不会超过垂直力直力P P与与 的乘积，即：的乘积，即：n 的最大值一般不超过的最大值一般不超过0 07 70 08 8，同路面类型和湿度以，同路面类型和湿度以及行车速度有关。及行车速度有关。n 路面表面必须保持足够的附着系数路面表面必须保持足够的附着系数，这是保证正常行车的，这是保证正常行车的重要条件。但是从路面结构本身来看，附着系数的大小直重要条件。但是从路面结构本身来看，附着系数的大小直接关系结构层承受的水平力荷载。在水平荷载的作用下，接关系结构层承受的水平力荷载。在水平荷载的作用下，结构层产生复杂的应力状态，特别是面层结构，直接遭受结构层产生复杂的应力状态，特别

14、是面层结构，直接遭受水平荷载作用，若是抗剪强度不足，将会导致推挤、拥包、水平荷载作用，若是抗剪强度不足，将会导致推挤、拥包、波浪、车辙等破坏现象波浪、车辙等破坏现象。 pQmaxPage 18轴载波动n 汽车在道路上行驶，由于车身自身的振动和路面的不平整，汽车在道路上行驶，由于车身自身的振动和路面的不平整，其车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动，作用其车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动，作用在路面上的轮载时而大于静态轮载，时而小于静态轮载，在路面上的轮载时而大于静态轮载，时而小于静态轮载，呈波动状态。呈波动状态。n 轮载的这种波动，可近似地看作为呈正态分布，其变异系轮载的这种波动

15、，可近似地看作为呈正态分布，其变异系数（标准离差与轮载静载之比）主要随下述三因素而变化：数（标准离差与轮载静载之比）主要随下述三因素而变化： 1 1）行车速度：车速越高，变异系数越大；）行车速度：车速越高，变异系数越大； 2 2）路面的平整度：平整度越差，变异系数越大；）路面的平整度：平整度越差，变异系数越大； 3 3）车辆的振动特性：轮胎的刚度低，减振装置的效果）车辆的振动特性：轮胎的刚度低，减振装置的效果越好，变异系数越小。越好，变异系数越小。n 正常情况下，变异系数一般均小于正常情况下，变异系数一般均小于0.30.3。n 振动轮载的最大峰值与静载之比称为冲击系数，在较平整振动轮载的最大峰

16、值与静载之比称为冲击系数，在较平整的路面上，行车速度不超过的路面上，行车速度不超过50km50kmh h对，冲击系数不超过对，冲击系数不超过1.301.30。 n 行驶的汽车对路面施加的荷载有瞬时性。车轮通过路面上行驶的汽车对路面施加的荷载有瞬时性。车轮通过路面上任一点，路面承受荷载的时间大约只有任一点，路面承受荷载的时间大约只有0.010.010.10s0.10s左右。左右。在路面以下一定深度处，应力作用的持续时间略长一点。在路面以下一定深度处，应力作用的持续时间略长一点。n 美国美国AASHOAASHO试验路的试验结果：试验路的试验结果： 当行车速度由当行车速度由3 32km2kmh h提

17、高到提高到56km56kmh h，沥青路面的总，沥青路面的总弯沉减少弯沉减少3636；当行车速度由；当行车速度由3.2km3.2kmh h提高到提高到96.7km96.7kmh h，水泥混凝土路面的板角挠度和板边应变量减少水泥混凝土路面的板角挠度和板边应变量减少2929左右。左右。n 动荷载作用下路面变形量的减小可以理解为路面结构刚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。度的相对提高，或者是路面结构强度的相对增大。 轮载瞬态作用Page 21n 汽车荷载对路面的多次重复作用也是一项重要的动态影响。汽车荷载对路面的多次重复作用也是一项重要的动态

18、影响。 1 1、弹性材料在重复荷载作用下，呈现出材料的疲劳性质，、弹性材料在重复荷载作用下，呈现出材料的疲劳性质，也就是材料的强度将随荷载重复次数的增加而降低。也就是材料的强度将随荷载重复次数的增加而降低。 2 2、弹塑性材料，如土基和柔性路面，在重复荷载作用下，、弹塑性材料，如土基和柔性路面，在重复荷载作用下，将呈现出变形的逐渐增大，称为变形的累积。将呈现出变形的逐渐增大，称为变形的累积。n 所以对于路面设计，不仅要重视轴重静力与动力的量值，所以对于路面设计，不仅要重视轴重静力与动力的量值，道路通行的各类轴载的通行数量也是重要的因素。道路通行的各类轴载的通行数量也是重要的因素。 轮载的循环重

19、复作用Page 22路面结构设计中，要考虑设计年限内，车辆对路面结构设计中，要考虑设计年限内，车辆对路面的综合累计损伤作用，必须对现有的交通路面的综合累计损伤作用，必须对现有的交通量、轴载组成以及增长规律进行调查和预估，量、轴载组成以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并通过适当的方式将它们换算成当量标准轴载的累计作用次数。的累计作用次数。Page 23n 交通量是指一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面交通量是指一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。的数量。n 可以通过现有的交通流量观测站得到调查资料，也可以根可以通过现有的交通流量观测站得到调查资料

20、，也可以根据需要，设临时设站进行观测。据需要，设临时设站进行观测。n 根据月分布不均匀系数、日分布不均匀系数和小时分布换根据月分布不均匀系数、日分布不均匀系数和小时分布换算系数，将临时观测结果按相应的换算系数换算成年平均算系数，将临时观测结果按相应的换算系数换算成年平均日交通量。日交通量。1、交通量、交通量Page 24n 对于路面结构设计，要收集交通总量，还必须区分不同的对于路面结构设计，要收集交通总量，还必须区分不同的车型。目前各地观测站进行交通量调查，将车辆分成车型。目前各地观测站进行交通量调查，将车辆分成1111类：类：小型货车、中型货车、大型货车、小型客车、大型客车、小型货车、中型货

21、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、人力车和拖挂车、小型拖拉机、大中型拖拉机、自行车、人力车和畜力车。畜力车。n 小型货车、小型客车、拖拉机和非机动车小型货车、小型客车、拖拉机和非机动车可忽略不计，这可忽略不计，这些车辆所占的比例应从总量中扣除。其余各类列入统计范些车辆所占的比例应从总量中扣除。其余各类列入统计范畴的车辆按轴型和轴载大小分类（单后轴货车、双后轴货畴的车辆按轴型和轴载大小分类（单后轴货车、双后轴货车、牵引拖挂车、牵引半拖挂车等）和分级统计。车、牵引拖挂车、牵引半拖挂车等）和分级统计。Page 25n 有交通量观测站配置有自动化的轴载仪直接记

22、录通行车辆有交通量观测站配置有自动化的轴载仪直接记录通行车辆的轴数和轴载大小，然后按轴载大小分类统计累计轴载数，的轴数和轴载大小，然后按轴载大小分类统计累计轴载数，这种调查称为轴载谱的调查。轴载谱调查与交通量的统计这种调查称为轴载谱的调查。轴载谱调查与交通量的统计相互进行校核与补充。相互进行校核与补充。n 道路路面承受的年平均日交通量是逐年增长的，要确定路道路路面承受的年平均日交通量是逐年增长的，要确定路面设计年限内的总交通量，还需要预估该年限内交通的发面设计年限内的总交通量，还需要预估该年限内交通的发展。展。Page 26交通量的计算 初始年平均交通量初始年平均交通量1N36536511ii

23、NNiN每日实际交通量每日实际交通量然后通过调查研究，分然后通过调查研究，分析论证，以确定交通量析论证，以确定交通量年平均增长率年平均增长率。1)1 (3651teNNeN设计年限内的累计交通量设计年限内的累计交通量1N设计的初始年平均日交通量设计的初始年平均日交通量tN设计的末年年平均日交通量设计的末年年平均日交通量设计年限内交通量年平设计年限内交通量年平均增长率均增长率t设计年限设计年限Page 272轴载组成与等效换算轴载组成与等效换算n 不同重力的轴载给路面结不同重力的轴载给路面结构带来的损伤程度是不同构带来的损伤程度是不同的。对于路面结构设计，的。对于路面结构设计，除了设计期限的累计

24、交通除了设计期限的累计交通量之外，另一个重要的交量之外，另一个重要的交通因素便是各级轴载所占通因素便是各级轴载所占的比例在轴载组成或轴载的比例在轴载组成或轴载谱。谱。n 由交通调查得到某类车辆由交通调查得到某类车辆每日通行的轴载数，乘以每日通行的轴载数，乘以相应的轴载谱百分率，即相应的轴载谱百分率，即可推算出所有车辆各级轴可推算出所有车辆各级轴载的作用次数。载的作用次数。Page 28n 道路上行驶的汽车轴载与通行次数可以按照等效原则换算道路上行驶的汽车轴载与通行次数可以按照等效原则换算为某一标准轴载的当量通行次数，我国水泥混凝土路面设为某一标准轴载的当量通行次数，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双轮组单轴轴载计规范和沥青路面设计规范均选用双轮组单轴轴载l00kNl00kN作为标准轴载。作为标准轴载。n 各种轴载的作用次数进行等效换算的原则是，同一种路面各种轴载的作用次数进行等效换算的原则是，同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度。n 沥青路面、水泥混凝土路面和半刚性路面的结构特性不同，沥青路面、水泥混凝土路面和半刚性路面的结