《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 汽车对路基路面的作用主要包括 自重和载重 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 10 1 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75 80 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d21 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