路面结构设计2课件

Chp2车辆与交通§1行车荷载的作用及动态效应一、车辆的分类

1.车辆的种类客车(bus)小客车120km/h以上，自重和满载重量小中客车6～20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(truck)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，铰接不同类型的货车2.汽车的轴型整车2轴(4轮)牵引式挂车4轴2轴(4轮)5轴3轴5轴4轴5轴牵引半挂车3轴6轴4轴6轴5轴6轴4轴7轴不同轴型的货车示意图2.汽车的轴型3.车重和轴重我国路面设计的标准轴载标准轴载BZZ—100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dcm）21.30两轮中心距（cm）1.5d标准轴载一般要求对路面响应较大，同时又能反映本国公路运输运营车辆的总体轴载水平。不同轴载作用下路面结构最大剪应力分析二、轮载1.轮胎压力轮胎压力即轮胎的充气内压力。由于轮胎侧壁的约束作用影响，轮胎充气内压力不等于轮胎与地面之间的接触压力，通常轮胎与路面之间的接触压力略小于内压力。路面结构分析和设计时，通常不计轮胎侧壁的约束作用，直接取轮胎内压力作为轮胎与路面之间的接触压力。轮胎压力和轮数对刚性路面厚度的影响2.接触压力接触压力是指轮胎与路面接触面上的竖向压应力。接触压力受胎壁刚度和胎面花纹的影响，不是一个定值，它随轮载和轮胎充气压力的大小而变化。

2.接触压力2.接触压力接触压力是指轮胎与路面接触面上的竖向压应力。接触压力受胎壁刚度和胎面花纹的影响，不是一个定值，它随轮载和轮胎充气压力的大小而变化。路面结构分析和设计时，通常都近似假设接触压力在轮迹面积内呈均匀分布，直接采用轮胎充气压力作为平均接触压力。对薄层结构，可能会得到不可靠的结果。

轮载静态压力的简化简化为单圆简化为双圆单圆当量圆直径双圆当量圆直径3.接触面积三、作用在路面上的水平力

不制动时，制动时，三、作用在路面上的水平力

车辆车轮制动时路面上作用的水平荷载大大超过车轮不制动时产生的水平荷载。水平力在路面的剪应力只分布在最上层，向下迅速衰减。

三、作用在路面上的水平力

四、作用在路面上的动荷载

1.荷载作用的瞬时性2.荷载的动态效应2.荷载的动态效应荷载的动态效应可用冲击系数来表示，冲击系数是指动轮载和静轮载的比值。在较平整的路面上，车速低于50km/h时的冲击系数约在1.30以内。在车速高而平整度差的路上，冲击系数要增大。在路面结构分析和设计时，可以静轮载乘以冲击系数来反映荷载的动态效应。

§2交通统计与分析一、路段交通调查与分析

公路等级技术标准采用的交通量是年平均日交通量，它是一昼夜某一断面来往的折算小汽车数。路面结构设计与验算使用的交通量是标轴载累计作用次数。二、轴载换算1.《公路沥青路面设计规范》提出2.《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40－2002）提出三、交通量增长率现有交通量预估公式建议采用t年内平均增长率在开放交通2～3年的时间内，交通量增长率较大，以后呈逐步递减的趋势；各路段交通量达到饱和后，所能承受的交通量基本不变，此时交通量增长率应为零，甚至可能出现负增长。交通量增长率的变化范围较大，在5％～25％之间波动，变异系数在15％～45％之间。

四、累计轴载作用次数与道路的通行能力在结构厚度设计时，不仅要考虑标准轴载作用次数，还要考虑小汽车的比例，将混合交通总数控制在道路通行能力范围内。

在确定累计轴载作用次数时，要验算道路的实际通行能力，使设计期内的混合交通量符合交通实际，可采用饱和交通验算法。

五、轮迹横向分布系数路面横断面上轮迹宽度范围内的频率，也即该宽度范围内所受到的车辆作用次数同通过该横断面的总作用次数的比值，称为轮迹横向分布系数。

轮迹横向分布系数同各种轴载的累计作用次数相乘，可得到路面结构横断面上各点受到的疲劳作用次数。

《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40－2002）轮迹横向分布系数

公路等级纵缝边缘处高速公路0.17～0.22二级、三级、四级公路行车道宽>7m0.34～0.39行车道宽≤7m0.54～0.62§3轴载换算一、处理复杂多变荷载的方法

Miner原理：二、轴载等效换算法

标准轴载换算标准：设计指标、破坏状态1.AASHTO沥青路面设计法

标准轴载：18klbf设计指标:路面耐用性指数PSI2.Shell沥青路面设计法

标准轴载：82kN设计指标:路基表面压应变、沥青面层拉应变、整体性基层拉应力、路面表层永久变形3.美国地沥青协会（AI）设计法

标准轴载：82kN设计指标:沥青层底面容许拉应变、土基表面压应变70年版：81年版：4.日本沥青路面设计法

标准轮载：50kN78年前：78年后：标准轴载：100kN5.比利时沥青路面设计法

标准轴载：80kN提出代表轮载概念：6.前苏联柔性路面设计法

标准轴载：无，不同道路采用不同计算轴载6.前苏联柔性路面设计法

轴载换算：轴载等效系数7.我国沥青路面设计法

早期：没有标准车或标准轴载，借用AASHTO轴载换算公式形式7.我国沥青路面设计法

78年版：标准车：解放CA10B，60kN

黄河JN150，101.6kN设计指标:容许弯沉7.我国沥青路面设计法

78年版：单轮组与双轮组换算图示7.我国沥青路面设计法

78年版：7.我国沥青路面设计法

86年版：7.我国沥青路面设计法

86年版：换算公式：7.我国沥青路面设计法

标准轴载：双轮组单轴100kN设计指标:设计弯沉

验算指标：层底拉应力97年版：7.我国沥青路面设计法

沿用97年版标准轴载、设计指标与轴载换算公式补充采用贫混凝土作路面基层，验算层底拉应力时轴载换算公式2004年版：7.我国沥青路面设计法

以86年版为基础标准车：重型自卸汽车厂矿道路设计规范（GBJ22-87)：7.我国沥青