交通荷载及路面设计参数课件

1、第6章 交通荷载及路面设计参数6.1 交通荷载及其对路面的作用6.2 交通数据调查6.3 标准轴载及轴载换算6.4 路面材料设计参数6.1 交通荷载及其对路面的作用1、车辆种类：道路上行驶的车辆汽车无轨电车拖拉机摩托车自行车专用车特种车汽车和挂车类型的术语和定义(GB/T 3730.1-2001) 汽车：由动力驱动，具有4个或4个以上车轮的非轨道承载的车辆，主要用于：载运人员和（或）货物；牵引载运人员和(或)货物的车辆；特殊用途。什么是汽车？6.1 交通荷载及其对路面的作用1、车辆种类：汽车客车小客车中客车大客车货车整车牵引式全挂车牵引式半挂车小客车又称“轿车”。一般指9座及以下的小型轻便载客

2、汽车。车长小于6米且核定载客人数（含司机）10座（含）以上，19座（含）以下的客运车辆。车长大于等于6米或者核定载客人数大于等于20人的载客汽车。a) 整车；b) 整车带全挂；c) 牵引式半挂车；d) 牵引式半挂车和全挂6.1 交通荷载及其对路面的作用1、车辆种类：6.1 交通荷载及其对路面的作用1、车辆种类：货车-整车牵引式半挂车牵引式半挂车牵引式全挂车牵引式全挂车6.1 交通荷载及其对路面的作用1、车辆种类：不同车辆，占用的时间、空间不同，道路设计时，如何增加可比性，建立统一标准？6.1 交通荷载及其对路面的作用1、车辆种类：注：畜力车、人力车、自行车等非机动车按路侧干扰因素设计。公路上行

3、驶的拖拉机每辆折算为4辆小客车。表6-10 各汽车代表车型与车辆折算系数标准车汽车代表车型小客车中型车大型车汽车列车折算系数1.01.52.54.0说明座位19座的客车和载质量2t的货车座位19座的客车和2t载质量7t的货车7t载质量20t的货车载质量20t的货车6.1 交通荷载及其对路面的作用2、交通量：每日实际交通量(辆/d)交通量：为单位时段内通过道路上某断面的车辆数。按照所取时段单位的不同，交通量可表述为：小时交通量（HT）单位小时内的车辆数（辆/小时）；年平均日交通量（AADT）在一年内每日交通量的平均数（辆/天），即一年内通过的车辆总数除以365天；6.1 交通荷载及其对路面的作用

4、2、交通量：以车辆数为对象的交通量调查的作用？用于公路和城市道路的规划（如公路技术等级、车道数等的确定）、可行性研究编制。路面结构层设计中，最关心的指标是什么？轴载轴载轴载6.1 交通荷载及其对路面的作用3、汽车的轴型：汽车的总重量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重作为荷载标准。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求时，如平整性、抗滑性等，以小汽车为主要对象，因为小车的行驶速度高，所以要求在高速行车条件下具有良好的平稳性与安全性。6.1 交通荷载及其对路面的作用3、汽轴轴型单轴单轮

5、单轴双轮双轴单轮双轴双轮多轴多轮6.1 交通荷载及其对路面的作用3、汽轴轴型6.1 交通荷载及其对路面的作用3、汽轴轴型由于汽车货运向大型重载方向发展，货车的总重有增加的趋势，因此出现了各种多轴的货车。平板挂车，采用多轴多轮，以便减轻对路面的压力。6.1 交通荷载及其对路面的作用3、汽轴轴型6.1 交通荷载及其对路面的作用3、汽轴轴型整车形式的客、货车车轴分前轴和后轴。绝大部分车辆的前轴为二个单轮组成的单轴，轴载约为汽车总重力的1/3。极少数汽车的前轴由双轴单轮组成，双前轴的载重约为汽车总重的一半。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组成，只有少量轻型货车由单轮组成后轴。每

6、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60130kN范围内，大部分在100kN以下。 6.1 交通荷载及其对路面的作用3、汽轴轴型据国际道路联合会1989年公布的统计数据，在141个成员国和地区中，轴限最大的为140kN，近40执行100kN轴限。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。6.1 交通荷载及其对路面的作用4、汽车对道路的静态压力汽车对道路的作用可分为停驻状态和行驶状态。当汽车处于停驻状态下，对路面的作用力为静态压力。主要是由轮胎传给路面的垂直压力P，它的大小受下述因素的影响

7、。汽车轮胎的内压力pi ；轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状；轮载的大小；6.1 交通荷载及其对路面的作用4、汽车对道路的静态压力1）汽车轮胎的内压力货车轮胎的标准静内压力：一般在0.40.7MPa范围内。通常轮胎与路面接触面上的压力p略小于内压力pi,约为(0.80.9)pi。车轮在行驶中，内压力会因轮胎充气温度升高而增加，因此，滚动的车轮接触压力也有所增加，达到(0.91.1) pi. 6.1 交通荷载及其对路面的作用4、汽车对道路的静态压力2）轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状影响轮胎的刚度的因素：轮胎的新旧程度，接触面的形状和轮胎的花纹等等。接触面上的压力分布是不均匀的。轮胎与路面的接触面

8、形状轮廓近似于椭圆形，因其长轴与短轴的差别不大，在工程设计中以圆形接触面积来表示。将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，并采用轮胎内压力作为轮胎接触压力。6.1 交通荷载及其对路面的作用4、汽车对道路的静态压力双轮组车轴： 每一侧双轮用一个圆表示，称为单圆荷载。 每一侧双轮用两个圆表示，称为双圆荷载。双圆当量圆直径式中：P作用在车轮上的荷载，kN；p 轮胎接触压力，kPa；单圆当量圆直径规范规定标准轴载BZZ-100。则：P=100/4kN p=700kPa得到：D=0.302m d=0.213m 6.1 交通荷载及其对路面的作用5、运动车辆对道路的动态影响道路上行驶的汽车除给路面施加垂直静压力

9、外，还施加水平力和振动力，对路面固定点而言，这种影响又具有瞬时性和重复性。图6-2 车轮作用于路面的垂直压力与水平压力a)停驻；b)启动、一般行驶、加速；c)减速、制动；d)转向PPPPVQQa)b)c)d)6.1 交通荷载及其对路面的作用5、运动车辆对道路的动态影响车轮施加于路面的各种水平力值与车轮的垂直压力P，以及路面与车轮之间的附着系数有关，其最大值不会超过垂直力P与 的乘积，即：的最大值一般不超过0.7-0.8，同路面类型和湿度以及行车速度有关。1）水平力路面状况路面类型车速（km/h）123264干燥碎石0.60沥青混凝土0.701.000.500.65水泥混凝土0.700.850.

10、600.80潮湿碎石0.40沥青混凝土0.400.650.100.50水泥混凝土0.600.700.350.55路表与车轮的附着系数6.1 交通荷载及其对路面的作用5、运动车辆对道路的动态影响1）水平力6.1 交通荷载及其对路面的作用5、运动车辆对道路的动态影响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。 1）水平力6.1 交通荷载及其对路面的作用5、运动车辆对道路的动态影响汽车在道路上行驶，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，作用在路面上的轮载时而大

11、于静态轮载，时而小于静态轮载，呈波动状态。2）动载特性（垂直力）轴载的动态波动（车速60km/h；路面平整度中等；轮胎着地长23cm，通过时间0.0138s）6.1 交通荷载及其对路面的作用轮载的这种波动，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：行车速度：车速越高，变异系数越大；路面的平整度：平整度越差，变异系数越大；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。正常情况下，变异系数一般均小于0.3。振动轮载的最大峰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50km/h对，冲击系数不超过1.30。5、运动车辆对道路

12、的动态影响2）动载特性（垂直力）6.1 交通荷载及其对路面的作用5、运动车辆对道路的动态影响路面点的车轮作用时间约为0.010.10s，结构变形来不及呈现，瞬时作用利于结构，但多次重复作用又易使其疲劳。3）瞬时性车速与路面变形的关系当车速由3.2km/h提高到56km/h，沥青路面的总弯沉减少36%；当车速由3.2km/h提高到96.7km/h，水泥混凝土路面的板角挠度和板边应变量减少29%左右。原因：动载作用下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。6.2 交通数据调查6.2 交通数据调查一、调查方法人工千斤顶称重地磅静态称重桥涵感应式车辆称重劳动强度高、称重精度低、称重过程不

13、安全要求车辆静止，影响正常交通需要事先标定车辆以一定速度运动时的质量，精度较低，结果同时与车辆运动速度有关。6.2 交通数据调查一、调查方法主流称重技术：1952年美国研发的WIM技术。6.2 交通数据调查二、交通量第1步：获得初始年（通车第一年）的年平均日交通量。6.2 交通数据调查二、交通量第2步：剔除2轴4轮及以下的客、货运车辆交通量，得到2轴6轮及以上车辆的交通量，作为设计用双向初期年平均日交通量（AADTT）。计算获得设计车道的年平均日货车交通量。6.2 交通数据调查二、交通量方向系数DDF的取值：6.2 交通数据调查二、交通量车道系数LDF的取值：6.2 交通数据调查二、交通量第3

14、步：计算获得设计年限内设计车道累积交通量Q。轴载谱的应用：交通调查某类车辆每日通行的轴载数，即可推算出所有车辆各级轴载的作用次数。轴载谱：调查交通量时，同时记录车型，计算获得通过轴载次数和相应的轴重，绘制不同轴载的作用次数频率分布图即为轴载谱。6.2 交通数据调查三、车型与轴载组成轴载谱水泥路面：还需获得最重轴载和货车中占主要份额特重车型轴载。沥青路面：还需获得车型分布系数。6.2 交通数据调查三、车型与轴载组成沥青路面：车型分布系数。6.2 交通数据调查三、车型与轴载组成6.2 交通数据调查四、轮迹横向分布 车辆在道路上行驶时，车轮的轨迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右摆动，由于轮迹的宽

15、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上，而是按一定规律分布在车道横断面上，称为轮迹的横向分布。 6.2 交通数据调查四、轮迹横向分布图6-6 轮迹横向分布频率曲线（单向行驶一个车道）图6-7 轮迹横向分布频率曲线（混合行驶双车道）如何表征轮迹横向分布频率对路面结构设计的影响？6.2 交通数据调查四、轮迹横向分布轮迹横向分布系数：轮迹横向分布频率图中，取宽度为两个条带的频率之和称为轮迹横向分布系数。表6-9 水泥混凝土路面轮迹横向分布系数6.3 标准轴载及轴载换算标准轴载：双轮组单轴载100KN作为标准轴载，轮胎接地压力0.7MPa，

16、单轮接地当量圆直径213mm，两轮中心距离319.5mm。等效原则换算：等破坏原则：同一种路面结构在不同轴载标准作用下在使用末期达到相同的损伤程度（破坏状态）；等厚度原则：不同轴载标准设计的路面结构厚度相同。换算公式：6.3 标准轴载及轴载换算三、沥青路面轴载换算方法：主要步骤：第一步：获得沥青路面轴载换算系数；第二步：计算当量设计轴载累计作用次数6.3 标准轴载及轴载换算三、沥青路面轴载换算方法：第一步：获得沥青路面轴载换算系数6.3 标准轴载及轴载换算三、沥青路面轴载换算方法：6.3 标准轴载及轴载换算三、沥青路面轴载换算方法：6.3 标准轴载及轴载换算三、沥青路面轴载换算方法：6.3 标

17、准轴载及轴载换算三、沥青路面轴载换算方法：最终计算m类车辆的当量设计轴载换算系数：6.3 标准轴载及轴载换算三、沥青路面轴载换算方法：6.3 标准轴载及轴载换算三、沥青路面轴载换算方法：沥青路面设计轴载累积作用次数：6.3 标准轴载及轴载换算三、沥青路面轴载换算方法：沥青路面设计轴载累积作用次数：6.3 标准轴载及轴载换算4）交通荷载分级分级原因由于不同等级道路承受不同的交通荷载作用，为了判别道路承受荷载的轻重，公路 沥青路面设计规范和公路水泥混凝土路面设计规范分别进行了交通荷载等级的划分。6.3 标准轴载及轴载换算4）交通荷载分级具体分级沥青路面交通荷载分级旧版分级水泥混凝土路面交通荷载分级

18、 沥青路面交通荷载分级最新版分级6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料无机结合料稳定材料（包括稳定细粒土、中粒土和粗粒土）的无侧限抗压强度：按照预定干密度和压实度采用静力压实法制备试件（试件为高：直径=1:1的圆柱体）、养生试件为7d（养生温度为20oC2oC，最后一天将试件泡水，水面超过试件顶面2.5cm）、侧向没有围压时的单轴抗压强度。无侧限抗压强度细粒土试件：50mm*5 0mm；中粒土试件： 100mm*100mm；粗粒土试件： 150 mm*150mm。6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料（1）仪器设备 路面材料强度试验仪、反力框架机、脱模器、养护箱、试模（50h5

19、0、100h100、150h150） 、天平、电子称等。无侧限抗压强度6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料（1）仪器设备 路面材料强度试验仪、反力框架机、脱模器、养护箱、试模（50h50、100h100、150h150） 、天平、电子称等。无侧限抗压强度6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料（2）试件制备 无侧限抗压强度6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料（2）试件制备 无侧限抗压强度（3）试验1）养生结束，取出试件，擦去多余水分，量取试件高度、称量质量。2）加载测定，加载速度为1mm/min，直到试件破坏，记录破坏时仪器的最大读数。6.4 路面材料设计参数1、无机

20、结合料稳定材料无侧限抗压强度（3）计算6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料无侧限抗压强度（3）计算6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料无侧限抗压强度（3）计算6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料无侧限抗压回弹模量按照预定干密度和压实度采用静力压实法制备试件（试件为高：直径=1:1的圆柱体）、养生试件为7d（养生温度为20oC2oC，最后一天将试件泡水，水面超过试件顶面2.5cm）、侧向没有围压时通过逐级加载卸载试验计算得到的抗压回弹模量。6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料无侧限抗压回弹模量试验准备：将用拟施加的最大荷载的一般进行两次加卸载试验，使加载顶

21、板与试件表面紧密接触。第二次卸载后等待60s，将千分表调零。无侧限抗压试验的破坏荷载。6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料无侧限抗压回弹模量加卸载过程：（1）将预定的单位压力等分成56份，实际施加的荷载应较预定级数增加一级。对于无机结合料稳定基层材料，采用0.50.7MPa；对于无机结合料稳定底基层材料，采用0.20.4MPa；（2）施加第一级荷载，持荷时间60s，记录千分表读数，同时卸除荷载，让试件的弹性变形恢复。（3）卸荷30s时，再次读取千分表读数。该级荷载下回弹变形值=加荷时读数-卸荷时读数。6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料无侧限抗压回弹模量（4）施加第二级荷载

22、，持荷时间60s，记录千分表读数，同时卸除荷载，让试件的弹性变形恢复。（5）卸荷30s时，再次读取千分表读数。，直致试验完成。式中：p单位压力，MPa；H试件高度，mm；l试件回弹变形，mm。6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料弯拉强度测定方法：采用压力机或万能试验机对梁式试件进行三分点加压测定。试件尺寸：细粒土：50mm50mm200mm；中粒土： 100mm100mm400mm；粗粒土： 150mm150mm500mm；6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料弯拉强度试件数量：小梁试件，不少于6根；中梁试件，不少于12根；大梁试件，不少于15根；养生龄期：水泥稳定类、水泥粉

23、煤灰稳定类，养生龄期90d；石灰稳定类、石灰粉煤灰稳定类，养生龄期180d；养生环境：养生温度为20oC2oC，最后一天将试件泡水，水面超过试件顶面2.5cm ；6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料弯拉强度加载速度：50mm/min，连续加载，直致破坏，记录破坏极限荷载P。弯拉强度：6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料弯拉回弹模量试验过程和无侧限抗压回弹模量测试过程类似。6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料弹性模量公路沥青路面设计规范：采用侧面法单轴压缩弹性模量试验来测试获取无机结合料稳定类材料的弹性模量。试件尺寸：直径高度=100mm150mm；直径高度=150

24、mm150mm；直径高度=150mm300mm；试件来源：按公路工程无机结合料稳定材料试验规程的成型方法制作；从梁式试件或路面现场钻取。6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料弹性模量养生过程：同“无侧限抗压强度试验”；要求：试件养生后与成型时质量相差不应大于2%，否则试件失效；试验过程：将试件中心与加载架中心对齐，压力机以1mm/min的加载速度连续均匀施加荷载，直致破坏。6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料弹性模量6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料动态抗压回弹模量动弹模量是指在动态加载条件下测定的材料模量值。试件尺寸：细粒土、中粒土混合料：直径高度=100mm100mm；粗粒土混合料：直径高度=150mm150mm；试件数量和养生条件，同“无侧限抗压回弹模量试验”的要求。6.4 路面材料设计参数1、无机结合料稳定材料动态抗压回弹模量加载过程：（1）进行“无侧限抗压强度试验”，记录试件破坏时的压力，以此作为动态模量试验的破坏压力P 。（2）输