道路工程—()行车荷载、环境因素、材料的力学性质

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1、主讲：张军辉道路工程(第六章)内容提要本章首先介绍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等。考察在环境因素的影响下路基路面体系内的温度和湿度变化规律，提出路面温度和路基湿度的预估方法。讨论材料同路基路面结构设计相关的两方面力学性质，即强度特性（极限强度和疲劳强度）和变形特性（应力应变关系和变形累积），以及表征这些特性的指标和测定方法；并且专门介绍路基路面顶面在局部荷载作用下荷载－变形关系的指标及其评定方法。第一节行车荷载第五节路基的变形、破坏及防治第二节环境因素影响第六节路面材料的力

2、学强度特性第三节土基的力学强度特性第七节路面材料的累积变形与疲劳特性第四节土基的承载能力第六章行车荷载、环境因素、材料的力学性质一、为什么要研究行车荷载？二、行车荷载分析研究的内容汽车轮重与轴重的大小与特性；不同车型车轴的布置；设计年限内，汽车轴型的分布以及车轴通行量逐年增长的规律；汽车静态荷载与动态荷载比较等。第一节行车荷载道路上通行的汽车按用途分为客车和货车两大类：1、客车小客车、中客车（6个座位～20个座位的中型客车）；大客车(20个座位以上的大型客车包括铰接车和双层客车)2、货车按载重量可以分为：轻型货车：自身质量和

3、满载总质量小于25KN的货车中型货车：自身质量和满载总质量为25KN～70KN的货车重型货车：自身质量和满载总质量大于70KN的货车.按车身组合情况分为：整车、牵引式挂车和牵引式半挂车三、车辆的种类在路面设计中，不同汽车的影响不同重型货车与大客车的作用次数在路面结构计算起作用小汽车一般在路基路面结构计算时不考虑，但对于路面使用的安全性（抗滑性能）和舒适性平整性要求很高。第一节行车荷载四、汽车的轴型1.轴限轴重的大小直接关系到路面的设计承载力与结构强度。我国公路与城市道路面的设计规范中均以100kN作为设计标准轴重，通常认为我

4、国道路车辆轴限为100kN。2.轴型整车形式的客、货车车轴分前轴和后轴。大部分后轴为双轮组，少量轻型货车为单轮，后轴轴载一般在60～130kN间，大部分在100kN以下。为提高整车载重，一般采用多轴多轮形式，以减轻对路面的压力。轴型分类图图中数字符号为轴型代号第一节行车荷载五、汽车对道路的静态作用1.静态压力汽车对道路的作用可分为停驻状态和行驶状态。汽车在停驻状态下对路面的作用力称为静态压力，主要是由轮胎传给路面的垂直力P。其大小受下述因素的影响:⑴汽车轮胎的内压力pi；⑵轮胎的刚度和轮胎与路面接触状况；⑶轮载的大小。第一节

5、行车荷载五、汽车对道路的静态作用2.当量轮载轮胎标准静内压力pi一般在0.4～0.7MPa范围内。在工程设计中，对接触压力p进行如下简化：①以轮胎内压力为轮胎的接触压力，即p=pi；②接触面形状为圆形；③接触面上的压力为均匀分布。那么当量圆半径δ或当量圆直径D（或d）为：⑴单轮：P为轮载(kN)；p为轮压(kPa)；δ为当量圆半径(m)第一节行车荷载五、汽车对道路的静态作用⑵双轮：①单圆荷载：每一侧的双轮用一个圆表示时称为单圆荷载。其圆直径D为：②双圆荷载：每一侧的双轮用两个圆表示时称为双圆荷载。其圆直径d为：第一节行车荷载

6、五、汽车对道路的静态作用我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ-100的轴重为100kN（单轴双轮），则当量圆直径：轮载P=100/4=25kN；轮压p=700kPa单圆荷载:D=0.302m双圆荷载:d=0.213m第一节行车荷载六、运动车辆对道路的动态影响1.水平力运动状态方向大小汽车等速行驶与汽车行驶方向相反较小加速和上坡行驶与汽车行驶方向相反最大减速和下坡行驶与汽车行驶方向相同最大在弯道上行驶与汽车行驶方向垂直较大第一节行车荷载六、运动车辆对道路的动态影响车辆在紧急制动时对路面产生的水平力最大，可达垂直力的80％

7、，在路面设计时，不容忽视其影响。水平力分布在与垂直力相同的接触面内，通常假设水平力也是均匀分布的。在水平荷载的作用下，结构层产生复杂的应力状态。特别是面层结构，直接承受水平荷载的作用，若抗剪强度不足，则会导致推挤、拥包、波浪、车辙等破坏现象。水平力作用深度一般不大，约为7～10cm左右。第一节行车荷载六、运动车辆对道路的动态影响2.振动力产生：因车身自身的振动和路面的不平整使车轮在路面上跳动而产生。冲击系数=振动轮载的最大峰值∕静载轮载的振动作用可用冲击系数来衡量较平整的路面上，车速不超过50km/h，冲击系数不超过1.3路

8、面设计时，有时以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。路面设计时，由于柔性路面有一定的抗振作用，所以一般不考虑行车荷载的振动力；对于刚性路面则必须考虑振动力的影响。第一节行车荷载六、运动车辆对道路的动态影响3.车辆荷载作用的瞬时性路面结构中应力传递是通过相邻颗粒来完成瞬时性表现为路面变形的减小，