路基路面工程课件：第二章荷载分析

1、第二章行车荷载分析 汽车是路面服务的对象，也是使路面结构损坏、路基失稳的主要因素。所以要研究路基路面结构物，就必须首先了解汽车对路基路面的影响，研究其作用力的大小、作用特性、分布特点、作用次数等。主要内容：2-1 汽车荷载的类型2-2 车辆荷载对路面的作用2-3 交通分析2-1 行车荷载的类型一车辆的种类 路上行驶的车辆种类繁多: 机动车辆( 轿车、各种客车、各种货车、特种车 ) 等 非机动车辆( 自行车及其它各种人力车) 等第二章 行车荷载分析2-1 行车荷载的类型承载能力要求服务标准等不同的车行驶目的不同（人、货物）行驶速度不同车的性能不同载重量不同对路的服务质量要求不同第二章 行车荷载分

2、析 路面工程中需要明确的问题是： 走什么车筑什么路不同的路提供的服务水平不同不同的车种行驶中对路面的要求也不同设计时考虑的问题和取用的设计标准也不同。 二、轴型和轮组 . 车辆对路面的作用力是通过前、后轴的分担并通过车轮作用于路面上的。载重为一定的车辆，轴型和轮组不同时，对路面产生的作用力大小是不同的。 前轴：单前轴、双前轴 后轴：单后轴、双后轴 、 多后轴 轮组：单轮组、双轮组、 多轮组路面结构设计中车辆荷载的作用力是按轴重计入的! 研究时将问题进行简化：即路上行驶的各类车型的轴型和轮组类型-按照破坏相当的原则转换为标准轴型。标准轴型: 单轴-双轮组 刚性路面差别：柔性路面标准轴载及其形式

3、公路上行驶的车辆种类繁杂，不同车型和不同作用次数对路面影响不同，为方便路面设计，需将不同车型组合而成的混合交通量换算成某种统一轴载的当量抽次。这种统一的轴载，称为标准轴载。 公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)中规定：沥青路面设计是以双轮组单后轴载100kN为标准轴载，以BZZ100表示。标准轴载的计算参数按表2-7-1确定，凡轴载大干25kN小于130kN的各级轴载P1(包括车辆的前轴和后轴)的作用次数均应换算成标准轴载P的当量作用次数(简称当量轴次)。车辆的行驶状态： 停驻、行驶（匀速、变速、坡路行驶、弯道行驶）启动、刹车制动、转向等；主要的作用力：垂直力、水平力、冲击力等。2

4、-2 行车荷载对路面的作用桥面铺装推移路面推移路面推移路面推移一、车轮对路面的作用 1、垂直接触压力（即接地压强）考虑综合影响后,在路面结构设计中一般取 车辆在不同的行驶状态通常轮胎内压的大小与轮载大小轮胎内压 (轮胎内的气压) 轮胎的弹性轮胎接触面的面积轮胎的花纹有关路面整体的强度和刚度主要是为承担垂直荷载！2、车轮对路面的水平力作用路面与车轮间的附着系数 ，大小主要取决于 ： * 路面状况（潮湿、干燥、表面构造深度等） * 车辆的行驶状况 * 轮胎的状况 能满足车辆安全行驶要求即可，不宜追求过高标准，否则水平剪应力过大将引发一系列的病害。 水平荷载的作用时间很短，且沿深度迅速减小。因此，对

5、路面结构厚度设计影响不大，只是在有车辆频繁刹车制动的场所，进行抗水平剪切、推移的检验。 3、接触面形状和面积单圆图示双圆图示当量圆直径：D=0.302md=2=0.213m 标准轴载的参数：第二章 行车荷载分析 二、 汽车荷载对路面的动态影响 运动着的和静止的车辆对路面的作用不同，这影响着路面结构的设计理论和方法。 1. 轴载作用的波动性 波动的频率和振幅与车身自身的振动、路面的不平整以及行车速度有关。 冲击系数: 波动轮载的最大峰值与静载之比.轮载的冲击作用对刚性路面和柔性路面的影响是不同的，结构设计中有不同的考虑! ! 2. 轴载作用的瞬时性A车辆对A点的有效作用时间 t（0.010.1s

6、）A点受力大小与车位的关系曲线VXPP=f（x）3、轴载作用的重复性 交通繁重的道路每天承受数千乃至数万次的车辆荷载作用。使用期限内，承受的轮载作用次数更是可观。路面承受的荷载与一般的建筑结构不同，承受的是大小不同的重复荷载。 重复荷载作用下 弹性材料-呈现出疲劳特性 塑性材料-呈现出变形的累积特性 2-3 交通分析一、交通量预测二、轴载谱分析和轴载换算三、荷载的横向分布四、累计标准轴载作用次数Ne 的计算五、路面结构设计中的交通分级交通量规定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面 的数量按照交通调查的规定进行: 短期观测得到若干天或每天的若干小时的交通流量变化长期观测得到交通流在时间上的分配及

7、增长规律（月分配 不均匀系数、日分配不均匀系数、小时分配不均 匀系数），再进行相应的换算。 有连续式、间断式、临时等几种不同调查形式。 不同的观测资料在不同的研究领域和研究内容上有不同的应用！一交通量预测一交通量预测注意： 路面设计中不仅要知道近期交通量、远景交通量、不同时段的交通增长率，同时还要知道行驶车辆的交通组成等重要参数。二、轴载谱分析和轴载等效换算 目前把路上行驶的车辆大致分成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、畜力车有自动轴载仪的观测站可直接统计出各级轴载的累计数量。 1轴载谱分析分析各类、各级代表轴载在交

8、通组成中所占的比例数。 在路面结构设计中，考虑 小型货车、小型客车、拖拉机和非机动车对结构的损伤极其微小，统计中可略去不计，其余各类车辆按轴型和轴载大小分类和分级统计。还要大致掌握货车的满载程度，以确定空车的比例数。轴载谱分析目的？标准轴载 单轴重100 kN双轮组轮胎压力0.7Mpa 当量圆直径：D=0.302m（单圆图示） d=0.213m （双圆图示） （对特殊的以大型载重车为主的公路，应根据实际情况，经论证选用设计荷载计算参数进行设计）等效换算：将路面上行驶的各类各级轴载按照一定的换算原则换算成为标准类型的轴载，以此来判断路面上交通的繁重程度2、轴载的等效换算换算原则： （1）同一种路

9、面结构，换算前后不同交通组成的荷载作用，使路面达到相同的疲劳损坏程度时，认为相互等效； （2）对于同样的交通组成，不论是以何种轴型为标准轴型，按换算所得到的当量轴次计算出的路面厚度应当是相同的。2、轴载的等效换算换算公式：式中- 换算系数- 为标准轴型的轴载 - 待换算的i 类轴型的轴载及轴次数- i 类轴型转换为标准轴型的次数 - 系数（与路面类型、损害标准、荷载特性有关）次即各种轴载混合作用次的结果相当于标准轴作用2、轴载的等效换算 不同的疲劳损坏标准将得到不同的等效换算关系！结构特性不同 损伤标准不同 等效换算的公式各不相同柔性路面水泥混凝土路面半刚性路面三、轴载的横向分布 分析横断面上路面结构最不利的受力位置 路面结构设计以路面上受力最多的一个车道作为分析对象，该车道上通过的轴载数是整个道路横断面上通过的轴载数的一部分。 横向分布规律的影响因素： 车道数、车道宽度、车辆混 杂程度、交通流的组织形式等等轮迹横向分布系数 分配到设计车道上的比例数自动观测系统会完成轴载组成和横向分布情况的测试四、计算设计年限内一个（最不利）车道上的累计当量轴次 tttt 注意： 1、若设计年限内不同阶段的交通增长率不同，则应分段计算Ne； 2、车道系数与车道数量、双向交通量均匀性、交通组织形式、车道宽度及交通种类混杂程度