路面行车载荷、环境因素、材料的力学特性

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1、第九章行车荷载、自然环境与材料的力学特性§9-1行车荷载§9-2交通分析§9-3自然环境对路面的作用§9-4路面材料力学特性§9-1行车荷载对行车荷载的研究内容：1.汽车的轮重与轴重；2.不同车型的车轴布置；3.设计期限内，汽车的轴型分布及汽车年通过量的逐年变化；4.汽车的静态荷载与动态荷载特性比较。一、车辆的种类道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。客车：小客车、中客车、大客车；货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。二、汽车的轴型我国公路与城市道路设计规范中均以100kN作为标准轴重。目前我国公路行驶的车辆，后轴轴载一般在60～130kN范围内。不同轴型的货车示意图三、汽车对道路的

2、静态压力1.静态压力P的影响因素：（1）车轮胎内压（2）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态（3）轮载的大小图22成重高速剪应力等值线图图23京津塘高速剪应力等值线图不同刚度路面双轮组荷载压力的分布2.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.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d（cm）21.30两轮中心距（cm）1.5d四、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，在水平荷载作用下，会产生推移、拥包、波浪、车辙等破坏。轮载对路面的水平力纵向水平

3、力横向水平力水平力：Qmax≤Pφ，P—轮载重量，φ—路面附着系数φ的最大值一般不超过0.7～0.8，车速提高时，φ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2.轮载的动态（振动）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。冲击系数：振动轮载的最大值与静载的比值。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3.轮载作用的瞬时性车轮通过路面的时间约为0.01～0.1s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

4、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）。对于弹缩性材料，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.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，呈现出变形的累计。在设计中要予以考虑。疲劳破坏或变形积累§9-2交通分析1.交通量（1）初始年平均日交通量：（2-6）（2）设计年限内累计交通量：（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

5、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，另一个重要的因素就是各级轴载所占的比例。（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：（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α—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。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

6、能平均分配到每一点，而是按一定规律分布在车道横断面上单向行驶一个车道混合行驶双车道§9-3自然环境对路面的作用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。路基土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

7、应力和湿度应力，进而对路基路面产生破坏。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2.影响温度状况的因素外部因素：太阳辐射、气温、风