《行车荷载分析》PPT课件.ppt

第二章 行车荷载的分析,概 述,道路上主要作用的荷载是？,导致路面破坏破坏的因素有哪些？,汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、持续时间、在使用期内行车的变化情况及数量。,本章要了解的内容？,1、车辆的类型、轴型及标准荷载。,2、车辆对路面的作用力。,2、交通量和轴载谱。,汽车-是路面的主要荷载对象，路面结构损坏、路基失稳 的主要因素，汽车车辆主要分为客车和货车两大 类。,2.1 车辆的类型和轴型,一、车辆的类型,小型客车,大型客车,载货汽车,包括小卧车、面包车。车速高（100km/h）、空车、满载重量小，(1.2吨)。,包括城乡客车。车速不小于60km/h、满载重量10吨。,包括载货汽车、自卸车、牵引车、拖车、平板车、集装箱车。,1、载货汽车，车速70-80km/h、满载重量为5-15吨。,2、自卸车满载重量为15-50吨，矿山、材料运输，车速40-50km/h,3、牵引车自重5吨，可牵引100吨以上的重量。,常见车辆基本参数,路面设计中，以轴重作为荷载标准，重型货车与大客车起决定作用。评定路面表面特征时，如路面的平整度、防滑性，应考虑小客车的安全性和可靠性。,各种车型评价,二、汽车的轴型、轴载,我国公路与城市道路路面设计规范中以100kN作为设计标准轴重。,轴重是路面设计的关键,不同汽车、其轴重和车轮的组合也不同。,轮轴组合主要有三大类：,1、固定车身类（整车客货车）,两个单轮组成的单轴占绝大部分，轴载一般为车身总重的1/4-1/3。极少数为双轴单轮，约占1/2，轴载一般为车身总重的一半。,有单轴、双轴、三轴类型。大部分为双轴双轮。,1)前轴：,2)后轴：,2、牵引车类,3、挂车类,通过铰连接，后可加拖车，有单后轴和双后轴，各轴由一对单轮或两对双轮组成。,在载重车后附加挂车，配有一对单轮或双轮。,数字为轴型代号,轴型分类图,2.2 车辆的重力作用,荷载怎样传递？,荷载由轮胎传递给路面、再由路面扩散到路基。,一、汽车对道路的静力作用,2、影响因素： 1）汽车轮胎的内压力。 2）轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状。 3）轮载的大小。,1、定义：静止状态的汽车对道路的作用，称为静力作用，其大小主要 取决于车轮总重。,3、半径：轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，且a、b差别不大。路面 设计中，以圆形表示。,2.接触压力,二、汽车对道路的静态压力,1.汽车处于停驻状态下静态压力。,垂直压力P：与汽车轮胎的内压力Pi、轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状、轮载的大小等有关。,直接取轮胎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。,3.轮胎与路面的接触面形状,单位压强p大致与轮胎的内压相等，一般为0.4-0.7MPa。,近似于椭圆形，在工程设计中采用圆形接触面积。,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接触压力p，轮胎与路面接触圆的半径可以按下式确定。,P-车轮荷载,p-轮胎汽压,-接触面当量圆半径,轮胎与路面接触面的近似计算,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,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,1）行车荷载和自重是作用在路基的两种主要外力，对于路基都按照竖直荷载考虑？,三、路基受力状况,2）行车荷载产生附加应力，对于路基的扰动影响随深度降低；自重应力随深度变大,3）附加应力作用是瞬时的，自重应力作用是永久的；,4）行车荷载或车轮荷载可变，对于某一深度的路基土体影 响较大，我们将这样的深度叫做路基工作区，确切深度大约 在附加应力为自重应力的1/101/5左右。,1. 点荷载下的荷载,（1）单圆荷载柔性板,圆形均布荷载的压强为p，半径为，利用集中荷载公式，通过积分建立距荷载中心点r处的弯沉。,2.圆形均布荷载作用下的荷载,（2）单圆荷载刚性板,刚性板的板底压强呈鞍形分布，平均为柔性板的 ，故其板底弯沉为 单圆柔性板中心处的,（3）双圆荷载,四、等代荷载,一般将车辆荷载换算成等代均布土层厚度计算。见第六章和第七章。,2.3 行车的动态影响,行车条件下除了重力，还有动力作用、水平力及瞬时和重 复性等。,一、运动车辆对道路的动力作用,因为路面不平整车身震动，车轮实际上是以一定的频率和 振幅在路面上跳动，轮载成动态波动。,车辆行驶，路面的弯沉随荷载带度变化而变化。,图 车速同路面变形的关系 1水泥混凝土路面，角隅弯沉量 或边缘应变量随车速变化； 2沥青路面，表面总弯沉量随车速的变化。,轮载的动态变动可以看作为正态分布，主要影响因素有：,1、行车速度-车速越高，变异越大,2、路面的平整度-平整度越差，变异越大,3、车辆的震动特性-轮胎越软，减震好，变异越小,二、轮载作用的瞬时性,车辆行驶，路面某点所受轮载的时间很短，一般只有0.01-0.1s。而路面以下不同深度应力持续时间较长。,图 竖向应力脉冲时间随车速和深度的变化 （曲线上数字为车速，km/h）,行车荷载的重复作用,1、弹性材料：疲劳性质。,2、弹塑性材料：变形累积。,三、水平荷载,使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏，要求面层材料有足够的抗裂强度。,（1）车轮与路面间的摩擦引起的水平力； （2）车轮与路面不平整处撞击引起的水平力； （3）车轮制动引起的水平力； （4）车辆急转弯侧向摩擦引起水平荷载。,当车辆在路面行驶时，除垂直荷载外，还有水平力，包括：,水平荷载的作用效应？,根据汽车行使条件可知，水平力的最大值不能超过垂直力与路面车轮间的摩擦系数的乘积。该值在汽车紧急制动和启动时为最大，可达到竖直力的7580%。水平力的作用沿深度消失的很快，一般破坏现象都发生在路面表层，所以提高路面材料的抗剪强度才能消除它对路面表层的破坏作用。,2.4 交通分析,一、交通调查分析,二、交通量的统计与预测,1、交通量：一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面 的数量。对于路面结构设计，不仅要求收集交通总量，还必 须区分不同的车型。,1）N1初始年平均日交通量；,Ni每日实际交通量；,2）Ne设计年限内累积交通量,平均交通量增长率；,等效原则换算：某一种路面结构在不同荷载作用下达到相同的损坏程度为根据的。,二、轴载的组成与等效换算：,标准：双轮组单轴载100KN作为标准轴载。,新规范修订： 1）近年交通量增长很快，重车增长多，货车超载现象严重，应考虑重车对路面的影响。 2）由于广泛采用半刚性基层结构，承载力提高，轻型车对路面的疲劳损伤减小。本次修订取消了60KN的标准，统一采用100KN的标准。,标准轴载：BZZ-100双轮组单轴载。,标准轴载设计参考,标准轴载 P（KN）100 轮胎接地压强 p(MPa)0.70 单轮传压面当量圆直径d 21.30 两轮中心区 1.5d,不同重量的轴载给路面结构带来不同程度的损坏作用。因而，对路面设计来说，感兴趣的不单是设计年限内的总车辆数，更重要的是不同大小和各级轴载所占的比例。对于后者，称之为轴载组成或轴载谱。,三、轴载谱,通过室内或野外的荷载重复作用试验，可以建立荷载级位同达到损坏时的作用次数间的关系。依据这一关系(称作疲劳方程)，可以推演出不同轴载的作用次数等效地换