2.1路面行车载荷环境因素材料的力学特性ppt课件

1、不同轴型的货车示意图不同轴型的货车示意图图图22 成重高速剪应力等值线图成重高速剪应力等值线图图图23 京津塘高速剪应力等值线图京津塘高速剪应力等值线图不同刚度路面双轮组荷载压力的分布不同刚度路面双轮组荷载压力的分布2.轮载静态压力的简化轮载静态压力的简化简化为单圆简化为单圆简化为双圆简化为双圆单圆当量圆直径单圆当量圆直径双圆当量圆直径双圆当量圆直径3.路面设计的标准轴载路面设计的标准轴载轮载对路面的水平力轮载对路面的水平力纵向水平力纵向水平力横向水平力横向水平力水平力：水平力：QmaxP ，P轮载重量，轮载重量，路面附着系数路面附着系数 的最大值一般不超过的最大值一般不超过0.70.8 ，车

2、速提高时，车速提高时， 将减小将减小水平力在路面产生的剪应力只分布水平力在路面产生的剪应力只分布 在最上层，向下迅速衰减。在最上层，向下迅速衰减。设计时应予考虑设计时应予考虑由于车身自身的震动由于车身自身的震动和路面的不平整，车和路面的不平整，车轮实际上是以一定的轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上频率和振幅在路面上跳动。其偏离静荷载跳动。其偏离静荷载的机会是均等的，设的机会是均等的，设计时仍然按照静荷载计时仍然按照静荷载考虑。考虑。动态轮载不均匀性动态轮载不均匀性动荷载作用下路面变形减小动荷载作用下路面变形减小疲劳破坏或变形积累疲劳破坏或变形积累1. 交通量交通量（1初始年平均日交通量：初始

3、年平均日交通量：365NN3651ii1（2-6）（2设计年限内累计交通量：设计年限内累计交通量：1-1365NNt1e1-11365NNt1tte（2-7） 一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量2. 轴载组成与等效换算轴载组成与等效换算（1轴载谱轴载谱（2轴载作用次数：轴载作用次数：每日通行的轴载数每日通行的轴载数相应的轴载谱百分率相应的轴载谱百分率不同重量的轴载给路面结构的损伤程度是不同的，对于路面不同重量的轴载给路面结构的损伤程度是不同的，对于路面结构设计，除了设计期限内的交通量之外，另一个重要的因结构设计，除了设计期限内的交通量之外，另一个重要的因素就是各级轴载所占的比例。素

4、就是各级轴载所占的比例。（3标准轴载当量作用次数标准轴载当量作用次数标准轴载：双轮组单轴轴载标准轴载：双轮组单轴轴载100kN等效换算原则：同一种路面结构在不同轴载作用下达到相等效换算原则：同一种路面结构在不同轴载作用下达到相 同的损伤程度同的损伤程度 轴载换算系数：轴载换算系数： nsiisiPPNN（2-8）式中：式中： Ps 标标准准轴载轴载重，重，kN； Ns 标标准准轴轴作用次作用次数数； Pi、Ni i级轴载级轴载重及作用次重及作用次数数 反映反映轴轴型和型和轮组轮轮组轮胎胎数数影影响响的系的系数数； n 同路面同路面结构结构特性有特性有关关的系的系数数。 3. 轮迹横向分布轮迹横

5、向分布 车轮的轨迹总在横断面中心附近一定范围内左右摆动，由车轮的轨迹总在横断面中心附近一定范围内左右摆动，由于轮迹的宽度远小于车道的宽度，因而总的轴载通行次数既不于轮迹的宽度远小于车道的宽度，因而总的轴载通行次数既不会集中在横断面上某一固定位置，也不可能平均分配到每一点，会集中在横断面上某一固定位置，也不可能平均分配到每一点，而是按一定规律分布在车道横断面上而是按一定规律分布在车道横断面上 单向行驶一个车道单向行驶一个车道混合行驶双车道混合行驶双车道温度对沥青路面弹性模温度对沥青路面弹性模量的影响量的影响湿度对路基刚度的影响湿度对路基刚度的影响观测结果分析：观测结果分析： 路表温度变化与气温大

6、致同步，但温度较气温高路表温度变化与气温大致同步，但温度较气温高 不同深度处的温度同样随气温变化呈周期变化，升降幅不同深度处的温度同样随气温变化呈周期变化，升降幅度随深度增加而减小，峰值出现也随深度增加而滞后度随深度增加而减小，峰值出现也随深度增加而滞后 沥青面层温度日变曲线沥青面层温度日变曲线水泥混凝土面层温度日变曲线水泥混凝土面层温度日变曲线观测结果分析：观测结果分析： 顶面与底面之间的温差，在一天内经历了由负到正，再顶面与底面之间的温差，在一天内经历了由负到正，再由正到负的循环变化由正到负的循环变化 温度梯度变化与气温变化大致同步，具有周期性特点温度梯度变化与气温变化大致同步，具有周期性

7、特点 2. 影响温度状况的因素影响温度状况的因素外部因素：太阳辐射、气温、风速、降水量等外部因素：太阳辐射、气温、风速、降水量等内部因素：结构层材料的热物理特性参数内部因素：结构层材料的热物理特性参数（1影响因素影响因素（2路面温度状况预估方法路面温度状况预估方法统计方法和理论方法统计方法和理论方法 统计方法：通过连续观测及气象资料收集，建立不统计方法：通过连续观测及气象资料收集，建立不同深度处各种路面温度指标的回归方程同深度处各种路面温度指标的回归方程: Tmax= a + bTamax + cQ（2-9）理论方法：应用热传导理论方程式推演出各项气象资料理论方法：应用热传导理论方程式推演出各

8、项气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程式和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程式 二二 、湿度影响或水分的影响）、湿度影响或水分的影响）1. 影响湿度状况的因素影响湿度状况的因素降水、地面积水、地下水侵入降水、地面积水、地下水侵入地下水影响高度：地下水影响高度： 粘土：粘土：6m，砂质粘土或粉土：，砂质粘土或粉土：3m，砂土：砂土：0.9m。2. 保持路基路面干燥的主要方法保持路基路面干燥的主要方法（1设置良好的地面排水和路面排水设施设置良好的地面排水和路面排水设施（2采用不透水面层采用不透水面层（3处置路肩，防止水渗入处置路肩，防止水渗入路面材料路面材料 松散颗粒型材料及块

9、料松散颗粒型材料及块料 沥青结合料沥青结合料 无机结合料无机结合料1. 剪切破坏剪切破坏路路面结构层较薄，刚度不足，车轮荷载通过薄层传递路路面结构层较薄，刚度不足，车轮荷载通过薄层传递给土基的剪应力过大，导致路基路面整体发生剪切破坏给土基的剪应力过大，导致路基路面整体发生剪切破坏 无结合料的粒料基层因层位不合理，内部剪应力过大而无结合料的粒料基层因层位不合理，内部剪应力过大而引起部分结构层产生剪切破坏引起部分结构层产生剪切破坏 面面层结构的材料抗剪强度较低，经受较大的水平推力面面层结构的材料抗剪强度较低，经受较大的水平推力时，面层材料产生纵向或横向推移等各种剪切破坏时，面层材料产生纵向或横向推

10、移等各种剪切破坏 2. 抗剪强度：抗剪强度：tgc式中： c 材料的粘结力，kPa； 材料的内摩阻角沥沥青混合料的抗剪强度与沥青沥沥青混合料的抗剪强度与沥青的粘度、用量、试验温度、加荷速的粘度、用量、试验温度、加荷速率等因素有关率等因素有关 沥青含量越多，沥青含量越多，值下降越多，值下降越多，而集料级配良好，有助于提高而集料级配良好，有助于提高 1. 抗拉强度来源：抗拉强度来源：由混合料中结合料的粘结力提供由混合料中结合料的粘结力提供2. 抗拉强度测试试验抗拉强度测试试验直接拉伸试验直接拉伸试验间接拉伸试验劈裂试验）间接拉伸试验劈裂试验）hDPt2APt2水泥混凝土：水泥混凝土：式中：式中：

11、P 破坏荷载，kN； l 支点间距，m 水泥混凝土抗折强度标准试件尺寸为水泥混凝土抗折强度标准试件尺寸为150mm150mm550mm，集料粒径应不大，集料粒径应不大于于40mm。 试验规程：试验规程： 2tPlbh路面材料处于弹塑性路面材料处于弹塑性工作状态，重复荷载工作状态，重复荷载作用引起塑性变形积作用引起塑性变形积累，累积变形超出一累，累积变形超出一定限度时，出现破坏定限度时，出现破坏极限状态极限状态路面材料处于弹性工作状路面材料处于弹性工作状态，重复荷载作用下虽不态，重复荷载作用下虽不产生塑性变形，但结构内产生塑性变形，但结构内部产生微量损伤，微量损部产生微量损伤，微量损伤达到一定限

12、度时，路面伤达到一定限度时，路面结构发生疲劳断裂结构发生疲劳断裂路面结构在重复荷载作用下处于何种破坏极限状态，路面结构在重复荷载作用下处于何种破坏极限状态，与路面所用材料、大气温度、湿度等均有关系。与路面所用材料、大气温度、湿度等均有关系。易产生车辙或沉陷易产生车辙或沉陷1. 碎、砾石混合料碎、砾石混合料 级配良好的混合料在重复级配良好的混合料在重复加载试验中，当偏应力低于加载试验中，当偏应力低于某一值时，塑性变形随作用某一值时，塑性变形随作用次数增加而增加，且逐渐趋次数增加而增加，且逐渐趋于稳定。偏应力较大时，塑于稳定。偏应力较大时，塑性变形量随作用次数的增加性变形量随作用次数的增加而不断增

13、加，直至破坏。而不断增加，直至破坏。级配不良或含有细粒过多级配不良或含有细粒过多的混合料，在应力重复作用的混合料，在应力重复作用多次后，塑性变形累积过大，多次后，塑性变形累积过大，不宜修筑路面。不宜修筑路面。2. 沥青混合料沥青混合料 塑性变形量随重复作用次塑性变形量随重复作用次数的增加而增加。数的增加而增加。温度越高，塑性变形累积温度越高，塑性变形累积量越大。量越大。同一温度下，控制累积应同一温度下，控制累积应变量的是加荷时间总和，而变量的是加荷时间总和，而不仅是重复作用次数。不仅是重复作用次数。影响累积变形的因素，除影响累积变形的因素，除温度、施加应力大小及加荷温度、施加应力大小及加荷时间

14、外，同集料的状况也有时间外，同集料的状况也有关。关。关于疲劳的几个概念：关于疲劳的几个概念：疲劳：对弹性状态的路面材料承受重复应力作用时，可疲劳：对弹性状态的路面材料承受重复应力作用时，可能在低于静载一次作用的极限应力时出现破坏，这种材能在低于静载一次作用的极限应力时出现破坏，这种材料强度的降低现象称为疲劳。料强度的降低现象称为疲劳。疲劳破坏：由于材料微结构局部不均匀，诱发应力集中疲劳破坏：由于材料微结构局部不均匀，诱发应力集中而出现微损伤，在应力重复作用下微损伤逐步累积扩大，而出现微损伤，在应力重复作用下微损伤逐步累积扩大，导致结构破坏。导致结构破坏。疲劳强度：出现疲劳破坏的重复应力值。疲劳

15、强度：出现疲劳破坏的重复应力值。疲劳极限：材料在应力重复一定次数后，疲劳强度不再疲劳极限：材料在应力重复一定次数后，疲劳强度不再下降，趋于稳定值，此温度值为疲劳极限。下降，趋于稳定值，此温度值为疲劳极限。1. 水泥混凝土及无机结合料处治的混合料水泥混凝土及无机结合料处治的混合料 应力比增大，出现疲劳破坏的重复作用次数降低。应力比增大，出现疲劳破坏的重复作用次数降低。重复应力级位相同时，重复应力级位相同时，Nf变化幅度较大，试验结果离散，但概变化幅度较大，试验结果离散，但概率分布基本符合对数正态分布。率分布基本符合对数正态分布。疲劳方程：疲劳方程：ffrNlgNf107时，应力比为时，应力比为0

16、.55，此，此时尚未发现疲劳现象。时尚未发现疲劳现象。应力比小于应力比小于0.75时，重复应力施时，重复应力施加的频率对试验结果影响很微小。加的频率对试验结果影响很微小。2. 沥青混合料沥青混合料 疲劳特性室内试验采用简支小梁疲劳特性室内试验采用简支小梁或圆柱体试验等方法，有两种试或圆柱体试验等方法，有两种试验方法：控制应力与控制应变。验方法：控制应力与控制应变。控制应力试验，材料的疲劳破坏控制应力试验，材料的疲劳破坏以试件出现断裂为标志；而控制应以试件出现断裂为标志；而控制应变试验，可以以劲度模量下降到初变试验，可以以劲度模量下降到初始值的始值的50作为疲劳破坏的标准。作为疲劳破坏的标准。条

17、件相同试验中，控制应变试验所条件相同试验中，控制应变试验所得疲劳寿命大得多。得疲劳寿命大得多。较厚的沥青面层，宜采用控制应较厚的沥青面层，宜采用控制应力试验方法；较薄的沥青面层，力试验方法；较薄的沥青面层，宜采用控制应变的试验方法。宜采用控制应变的试验方法。brfAN1drfCN13. 曼诺定律曼诺定律 问题的提出：室内疲劳试验一般采用单一不变的应力问题的提出：室内疲劳试验一般采用单一不变的应力或应变作为重复加载的基本模式，而实际路面受到的是或应变作为重复加载的基本模式，而实际路面受到的是重力不同的车辆荷载，所以需解决如何综合不同荷载的重力不同的车辆荷载，所以需解决如何综合不同荷载的疲劳作用问题。疲劳作用问题。曼诺定律：各级荷载作用下材料所出现的疲劳损坏可线曼诺定律：各级荷载作用下材料所出现的疲劳损坏可线性