路基路面工程课件--XX- 副本

1、路基路面工程 2013.12.162013.12.16教师：教师：X X专专 业：业：X X120014001000900112520011259006001400800120400589.50 589.50582.76582.96574.56574.16565.59564.961:1.751:1.501002.41:2.01:1.751:1.501:2.0100砂泥岩互层中风化【0】=0.7MPa580.27砂泥岩互层中风化【0】=0.7MPa砂泥岩互层中风化【0】=0.4MPa12658.880.5%204017070低液限粘土【0】=0.15MPa65690.34644.51006.48

2、365250.5%第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质第一节 行车荷载第二节 环境因素影响第三节 土基的力学强度特性行车荷载主要掌握的内容：1.车辆种类；2.汽车的轮重与轴重，不同车型的车轴布置；3.汽车对道路的静态压力；4.运动车辆对道路的动态影响；5.交通分析。第一节 行车荷载研究行车荷载的原因：1.汽车是路基路面的服务对象。路基路面的主要功能是保证车辆快速、安全、舒适、平稳通行。2.汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原因。要做好路基路面结构设计，必须对行车荷载进行分析。第一节 行车荷载车辆的种类1.车辆的种类客车 小客车车速高，自重和满载

3、重量轻，120km/h 中客车620个座位 大客车20个座位以上，长途客运和城市公共交通货车 整车货箱与汽车发动机一体。 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，铰接。道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。 汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构设计主要以轴重作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重型货车和大客车起决定作用。对于小客车，则主要对路面的表面特性如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求。轴重的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度，各个国家均对轴重的最大限度有明确的规定。我国公路与城市道路设计规范中均以100kN作为标准轴重。目前我国公路行使的车

4、辆，后轴轴载一般在60130kN范围内。2.汽车的轴型2.汽车的轴型不同轴型的货车示意图补充资料汽车货运向大型重载方向发展，货车的总重量有增加趋势，超载运输问题在我国日益突出。向多轴多轮化方向发展。对超载的定义：2000年2月，交通部超限运输车辆行驶公路管理条例规定：“单轴（每侧单轮胎）载质量6000kg，单轴（每侧双轮胎）载质量10000kg，双联轴（每侧双轮胎）载质量18000kg。”附则第二十九条规定，单轴轴载最大不得超过13000kg。2.汽车的轴型补充资料：中华人民共和国国家标准道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值GB 15892004 2.汽车的轴型补充资料：中华人民共和国国家标准道路

5、车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值GB 15892004 2.汽车的轴型补充资料：中华人民共和国国家标准道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值GB 15892004 2.汽车的轴型补充资料：中华人民共和国国家标准道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值GB 15892004 2.汽车的轴型1、定义： 静止状态的汽车对道路的作用，称为静态压力，其大小主要取决于车轮总重。2.静态压力P(轮胎传给路面的垂直压力)的影响因素：1）汽车轮胎内压；2）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态；3）轮载的大小。3.汽车对道路的静态压力半径：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。3.汽车对道路的静

6、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。双圆当量圆直径双圆当量圆直径P作用在车轮作用在车轮 上的荷载上的荷载,KN；p 轮胎接触压力轮胎接触压力,kPa;d/D-接触面当量圆直径接触面当量圆直径,m.单圆当量圆直径单圆当量圆直径 每一侧双轮用两个圆表示，称为双圆荷载。 3.汽车对道路的静态压力路面设计的标准轴载标 准 轴 载BZZ100 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（cm）21.30 两轮中心距（cm）1.5d双轮组单轴载BZZ1004.运动车辆对道路的动态影响1. 水平力对路面造成的影响： 面层材料抗剪强度不足时，在水平

7、荷载作用下，会产生面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产生推移、拥包、波浪、车辙等病害。推移、拥包、波浪、车辙等病害。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在最上层，向下迅速衰减。设计时应予考虑4.运动车辆对道路的动态影响2.轮载的动态（振动）1）轮载动态变化的影响因素：车速、路面平整度、车辆的振动特性。2）冲击系数：振动轮载的最大值与静载的比值。在较平

8、整的路面上，车速小于50km/h时，冲击系数不超过1.3.由于车身自身的震动和路面的不平整，车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动。其偏离静荷载的机会是均等的，设计时仍然按照静荷载考虑。动态轮载不均匀性4.运动车辆对道路的动态影响 3. 轮载作用的瞬时性 车轮通过路面的时间约为0.010.1s左右，当应力出现的时间很短时，来不及传递分布，其变形特性不能像静载作用那样完整表现出来。试验表明：随着车速的提高，路基路面变形比停车状态要小很多，这个影响量在设计中要予以考虑（可以考虑为路面结构刚度的相对提高 ）。对于弹塑性材料，由于应力作用的瞬时性，允许按弹性结构分析。 动荷载作用下路面变形减小4.

9、运动车辆对道路的动态影响 4.车辆荷载作用的重复性 弹性路面材料在重复荷载作用下，呈现出材料的疲劳性质；弹塑性材料，如土基和柔性路面，呈现出变形的累积。在设计中要予以考虑。疲劳破坏或变形积累5.交通分析1. 交通量（1）初始年平均日交通量：365NN3651ii1（2-6）（2）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5.交通分析2. 轴载组成与等效换算（1）轴载谱（2）轴载作用次数：每日通行的轴载数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，对于路面结构设计，除了设计期限内的交通量之外

10、，另一个重要的因素就是各级轴载所占的比例。5.交通分析（3）标准轴载当量作用次数标准轴载：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同的损伤程度 轴载换算系数： nsiisiPPNN（2-8）式中：Ps 标准轴载重，kN； Ns 标准轴作用次数； Pi、Ni i级轴载重及作用次数 反映轴型和轮组轮胎数影响的系数； n 同路面结构特性有关的系数。 5.交通分析3. 轮迹横向分布 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，而是按一定规律分布在车道横断

11、面上。 单向行驶一个车道混合行驶双车道第二节 环境因素影响 路基路面结构直接暴露在大气当中，必然要经受着自然环境因素的影响。路基和路面材料的刚度和强度随着路面结构内部温度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。温度对沥青路面弹性模量的影响湿度对路基刚度的影响第二节 环境因素影响一、温度的影响作用 1.影响机理 路基土和路面材料的体积会随着路基路面结构内部的温度和湿度的升降而产生膨胀和收缩。 由于温度和湿度在路基路面结构内部的变化沿深度方向是不均匀的，所以不同深度处胀缩的变化也是不同的。 当这种不均匀胀缩受到某种原因的约束而不能实现时，路基路面结构内部就会产生附加应力，即温度应力和湿度应力，进而对路基

12、路面产生破坏。第二节 环境因素影响观测结果分析： 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水泥混凝土面层温度日变曲线第二节 环境因素影响观测结果分析： 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 第二节 环境因素影响2. 影响温度状况的因素外部因素：太阳辐射、气温、风速、降水量等内部因素：结构层材料的热物理特性参数（1）影响因素（2）路面温度状况预估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

13、收集，建立不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和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程式 第二节 环境因素影响二 、湿度影响（或水分的影响）1. 影响湿度状况的因素降水、地面积水、地下水侵入地下水影响高度： 粘土：6m，砂质粘土或粉土：3m，砂土：0.9m。2. 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（2）采用不透水面层（3）处置路肩，防止水渗入第三节 土基的力学强度特性一.土基的力学强度特性 （一）路基受力状况：1、路基受力：自重和车辆荷载 P：一侧轮轴荷载（k

14、N）；K:系数，一般取0.5；Z：荷载中心下应力作用点的深度（m）。2z 第三节 土基的力学强度特性2、正确的设计：应使路基所受的力在路基弹性限度范围内，即当车辆驶过后，路基能恢复变形。保证路基相对稳定，不致引起路面破坏。3、路基受力计算：车辆荷载为均布垂直荷载，路基为弹性均质半空间体。 （二）路基工作区：在路基某一深度处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为10%20%时候，该深度范围内的路基称为路基工作区。 n= = 要求： 1 ）对工作区深度范围内的土质选择，路基压实度提出较高要求。 2 ）当工作区深度大于填土高度时，荷载不仅施加于路堤而且施加于天然地基上，所以天然地基也应充分压实。 2第三节 土基的力学强度特性（三）路基土的应力应变特性 弹性变形和塑性变形 提高路基土的抗变形能力是提高路基路面整体强度和刚度重要方面。 压入承载板试验三轴压缩试验土的应力应变关系曲线第三节 土基的力学强度特性 非线性变形局部线性体 即在曲线的一个微小线段内近似视为直线，以其斜率为模量1、初始切线模量 应