武汉理工大学                胡幼常 第二章 行车荷载、环境、土基、路面材料 行车荷载  轴载   轴载作用次数 环境   公路自然区划  温度  湿度 土基    湿度状况   力学强度特性    承载能力 路面材料强度特性  疲劳特性  变形特性    行车荷载的分析 基本要求 了解车辆的类型、轴型，明确我国路面设计规范选用的标准轴载。 了解车辆对路面的作用力及动态特点，熟悉轴载、轮载、轮压、接触面积的计算和换算，建立荷载的单圆图式和双圆图式的概念。 区分交通量和轴载谱的含义，建立轴载换算和轮迹横向分布的基本概念，熟悉设计使用期内累计轴载作用次数的计算方法。  车辆的类型 客车 小客车重量轻  车速快 中客车6－20座 大客车20座以上 货车 整车货箱与发动机为整体 牵引式挂车牵引车与挂车分离 牵引式半挂车牵引车与挂车分离，但通过铰接相互连接，牵引车的后轴也担负部分荷载，货车箱的后部有轮载系统，前部铰接悬挂在牵引车上。 车辆的类型 车辆类型对路面设计的影响 重型货车与大客车对路面起决定作用，轻型货车与中、小客车影响很小。 考虑路表面特性要求时，如平整度、抗滑性等，以小汽车为主要研究对象。 汽车的重量主要以车轴与车轮传递给路面，所以路面设计主要以轴重为荷载标准。 汽车的轴型 轴型（如图2－1） 前轴 绝大部分车辆的前轴为单轮单轴 轴重约为汽车总重的1/3 后轴 单轴、双轴、三轴 大部分汽车的后轴为双轮组 我国汽车的后轴轴载在60－130KN，大部分在100KN以下。   汽车的轴型 标准轴载 将不同车型组合而成的混合交通量，换算成统一轴载的当量轴次，这种作为换算的统一轴载称为杯准轴载。  路面设计规范中均以单轴双轮100KN作为设计标准轴重，车辆的轴限为100KN。        称为BZZ-100     汽车的轴型 目前的情况及发展趋势 超载（超过汽车的额定载重）与超限（超过路面结构的容许承载能力即轴限） 我国公路上的汽车超重严重，在车轴数不变的情况下，单轴轴重急剧增大，有的超载达10倍以上，公路上的载货车几乎100％超载。导致路面损害严重。 汽车货运向大型重载、多轴多轮的方向发展。  我国常用汽车路面设计参数表2－1 汽车对道路的静态压力 轮胎对路面垂直压力的影响因素 轮载的大小 轮胎的充气内压力 标准静内压力pi=(0.4~0.7)Mpa 通常轮胎与路面的接触压力p=(0.8~0.9) pi 滚动时p =(0.9~1.1) pi 轮胎的刚度、轮胎与路面的接触形状 路面设计中，取汽车对路面的静态压力为轮胎的静内压力pi                           压力在接触面上均匀分布  汽车对道路的静态压力 轮胎和路面的接触面积 接触面形状近似于椭圆形 路面设计中简化为圆形接触面 车轮荷载简化为与椭圆形荷载相当的圆形均布荷载 此圆形即为当量圆－－单圆、双圆 对于双轮组车轴， 若每一侧的双轮用一个圆表示称为单圆荷载 若每一侧的双轮用两个圆表示称为双圆荷载   对于双圆式(参见下页图), 因为  所以                                               (2-2)  对于单圆式, 因为    所以                                                        (2-3)  对于BZZ-100, kN, p= 700 kPa 所以,  d=0.213m,    D=0.320m 汽车对道路的静态压力 车轮荷载的计算图式 单圆图式 双圆图式 运动车辆对道路的动态影响 行驶状态下对路面的水平力 向前的水平力，   向后的水平力，   侧向水平力 水平力的大小(总力)     面积力   P—轮重；φ—轮胎与路面的附着系数 水平力对路面的影响     使面层结构内产生剪应力，若面层结构的抗剪强度不足，会使路面产生推挤、拥包、波浪、车辙等病害。 运动车辆对道路的动态影响 行驶状态下对路面的振动力 行车速度 路面的平整度 车辆的振动特性 《桥规》中冲击系数 按动载频率确定，在 0.05-0.45之间 运动车辆对道路的动态影响 瞬时性 作用时间很短，大约只有0.01～0.10s左右 与静态荷载作用相比，动荷载作用下路面的变形量相对减小。 运动车辆对道路的动态影响 荷载对路面的多次重复作用效应 虽然一次作用的影响较小， 但在成千上万次甚至百千万次的重复荷载作用下，路面结构会出现 疲劳破坏－材料在低于其极限强度的重复荷载作用下发生破坏的现象。（导致疲劳开裂等） 变形累积－在重复荷载作用下，将呈现出变形的逐渐增大（土基、沥青路面、粒料类路面） 交通分析 道路上行驶的汽车种类繁多，轴重各不相同。路面设计时，必须将我国现有的、普遍存在的混合交通组成中各种车型的不同轴载作用次数等效换算为某一标准轴载作用次数。调查时要解决两个问题：一是道路的交通量；二是各种车辆的轴重。 交通量（Traffic Volume) 的调查及统计—确定道路未来的年平均日交通量AADT,据此计算设计使用期末的AADT，以确定公路等级。 轴载作用次数--路面设计时采用设计车道设计使用年限内标准轴载累计作用次数 交通分析 交通量的统计与预测 交通量调查将车辆分成11类：小型货车、中型货车、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、人力车和畜力车。  交通分析 交通量的统计与预测 调查年的交通量 交通量年平均增长率 设计使用初年交通量 设计年限使用期末交通量 设计年限内累积交通量     交通量预测 在路面设计中通常采用一个固定的年平均交通量增长率来推算设计年限内各年的交通量，继而算出设计年限内的累计交通量。   式中 N1—通车初年的年平均日交通量；     γ—设计年限内交通量平均年增长率。 所以，设计年限t 内的累计交通量    为                                                                                                        （等比级数前t项的和）      因为 所以                                                    （2-7） 交通分析 各级轴载组成与各级轴载作用次数的确定 方法一：在交通量观测站配置自动化的轴载仪直接记录通行车辆的轴数和轴载大小，然后统计出各级轴载的作用次数－－轴载谱调查     但我国现在尚缺乏能广泛用于测定不同轴载的测试仪器，人工测录工作量大，影响道路的通行能力，不太可行。 轴载自动记录仪 车辆轴重分布规律（以U1.1为例，U1.1表前后轴均为单轴的整车） 胎压调查结论 交通分析 各级轴载组成与各级轴载作用次数的确定 方法二：设计时，在交通量观测站的 资料中，对每一类车型选择某一种车为代表车，将其轴载换算为标准轴载，再将这一类车型数量换算为标准轴载作用次数，累计各类车型的标准轴载作用次数，从而得到道路上的轴载交通量，作为路面结构设计的依据。        显然，这种处理方法的误差是比较大的。 交通分析 各级轴载组成与各级轴载作用次数的确定 方法三：根据工可报告中的已换算为中型载重标准车的交通量AADT，将此中型载重车选定为某一种中型载重车，如EQ140

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