第二章.行车荷载pdf

第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程第一节行车荷载研究行车荷载的必要性：1、汽车是路基路面的主要服务对象，又是造成路基路面结构损坏的主要成因。2、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影响路面的使用性能。3、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。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程行车荷载的主要研究内容：n车辆的种类；n汽车的轴型；n汽车对道路的静态压力；n运动车辆对道路的动态影响；n交通分析。第一节行车荷载PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程一、车辆的种类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、大客车2、货车：整车、牵引式挂车、牵引式半挂车PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程一、车辆的种类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、大客车2、货车：整车、牵引式挂车、牵引式半挂车PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程Ø重型货车与大客车的作用次数在路面结构计算中起作用。Ø小汽车一般在路基路面结构计算时不考虑，用于路面使用的安全性（抗滑性能）和舒适性（平整性）评定。Ø对于沥青路面，轴载大于25KN的汽车计入。Ø对于水泥混凝土路面，轴载大于40KN的汽车计入。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程二、汽车的轴型n汽车的重量通过车轴上的车轮作用于路面n因此，路面结构设计而言，应特别重视轴或轮重和其作用次数，而不是汽车种类和数量。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建整车类：前轴、后轴。n牵引式半拖车类：牵引车：前轴、后轴；拖车：后轴（单轴或双轴）。n拖车类：由一辆或多辆组成，各配有前后二根单轴或单前轴和双后轴。n轴载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。目前我国公路是行使的车辆，后轴轴载一般在60～130kN范围内。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建汽车货运朝大型重载方向发展，货车的总重量有增加趋势，超载运输问题在我国日益突出。u要发展多轴多轮。u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。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建在重载交通条件下，沥青路面主要损害类型表现为行车道轮迹带车辙与裂缝(龟裂与纵向裂缝)；n若上述裂缝得不到即使的养护维修，在水的作用下将进一步发展为松散或坑槽等水损害。松散、坑槽严重PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程三、汽车对道路的静态压力1、汽车对道路的作用停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。行驶状态：对道路的作用力为动态垂直压力、水平力、振动力。2、汽车对道路的静态压力静载的大小与车辆的总质量及轮轴的形式有关。影响静态垂直压力大小的因素：（1）汽车轮胎的内压力pi；（2）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形状；（3）轮载的大小。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建⋅=pd式中：P——作用在车轮上的荷载，kN；p——轮胎接触压力，kpa；δ——接触面当量圆半径，m。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程双轮组车轴，若每一侧的双轮用一个圆表示，称为单圆荷载；如果用两个圆表示，则称为双圆荷载。pPd⋅=p4双圆荷载当量圆直径单圆荷载当量圆直径dpPD28=⋅=pmDmd302.0,213.0==PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程四、运动车辆对道路的动态影响n道路上行驶的汽车除给路面施加垂直静压力外，还施加水平力和振动力，对路面固定点而言，这种影响又具有瞬时性和重复性。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建）水平力：n行车安全要求qmax≤p⋅ϕ，其中ϕ为路表与车轮的附着系数，它同路面类型与湿度以及行车速度有关。路表层水平力过大易导致推挤、拥包、波浪及车辙等病害。2）振动力：n振动轮载最大峰值与静载之比称为冲击系数，设计路面时，应以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。3）瞬时作用及重复：n路面点的车轮作用时间约为0.01~0.10s，结构变形来不及呈现，瞬时作用利于结构，但多次重复作用又易使其疲劳。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程五、交通分析1.交通量n交通量——在一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。n年平均日交通量——在一年365天内的交通量之和除以365天。n交通量调查方法——直接记录、自动记录仪。n交通量年平均增长率n设计年限内累计交通量PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程初始年平均日交通量：设计年限t年平均增长率设计年限内累计交通量36536511∑==iiNN[]1)1(3651-+=teNNgg[]1)1()1(3651-++=-ttteNNgggPDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建轴载换算——道路上行驶的车辆轴载与通行次数可以按照等效原则换算为某一标准轴载的当量通行次数。n我国的标准轴载是双轮组单轴轴载100kN。n轴载等效换算的原则——同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度。nSiiSiPPNN)(ah==轴载系数换算式：（2-8）PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建轮迹（车道）的横向分布：按一定规律分布在车道横断面上。n轮迹（车道）横向分布系数：对于路面横断面上某一宽度（轮迹宽度和车道宽度）范围内的频率，也即该宽度范围内所受到的车辆作用次数通过该横断面的总作用次数的比值。n影响因素：路面宽度和车道宽度、交通组织管理方式（混合行驶、划线分车道行驶和分隔带（墩）分车道行驶）、交通密度和交通组成。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程轮迹横向分布频率曲线（单向行驶一个车道）PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建环境因素影响主要表现在温度和湿度。n温度和湿度是对路基路面结构有重要影响的自然环境因素。n路基土和路面材料的强度与刚度随路面结构内部温度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。图2-9、2-10.n路基土和路面材料的的体积随路面体系内的温度和湿度升降而胀缩（胀缩因某种原因受到约束而不能实现时，路基和路面结构内便会产生附加应力，即温度应力和湿度应力）。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建由于温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。n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，进而对路基路面产生破坏。沥青面层温度日变化曲线水泥混凝土面层温度日变化曲线PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路面结构内的温度状况，可通过在外部和内部影响因素之间建立联系的方法来预估。n这种方法有两类，即统计方法和理论方法n统计方法：实测温度+气象资料→回归n理论法：热传导理论→预估方程PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建影响路面结构内温度状况的因素很多，可分为外部和内部两类。n外部条件主要是气象条件，如太阳辐射、气温、风速、降水量和蒸发量等。而其中，太阳辐射和气温是决定路面温度状况的二项最重要的因素。n内部因素则为路面各结构层材料的热物理特性参数，如热传导率、热容量和对辐射热的吸收能力等。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建冻胀翻浆（与温度作用共同进行）n过大的湿度直接降低路基土的强度和稳定性2.做好路基路面排水的重要性PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程第三节土基的力学强度特性一、路基受力状况n路基承受着路基自重和汽车轮重这两种荷载。n汽车轮重：计算时，假定车轮荷载为一圆形均布垂直荷载，路基为一弹性均质半空间体。n路基土在车轮荷载作用下所引起的垂直应力可以用近似如下公式计算。2ZPKZ=s一侧轮轴荷载荷载中心下应力作用点的深度土基中应力分布图PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程第三节土基的力学强度特性一、路基受力状况n路基土本身自重：在路基内深度为Z处所引起的垂直压应力σB按下式计算。ZB⋅=gs式中：γ——土的容重，kN／m³；Z——应力作用点深度，m。路基内任一点处的垂直应力包括由车轮荷载引起的σz和由土基自重引起的σB。土基中应力分布图PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程二、路基工作区l在某一深度Ζa处，行车荷载在土基中产生的应力仅为土基自重应力的1/5～1/10，与土基自重引起的应力бB相比，车辆荷载在Ζa以下土基中产生的应力已经很小，可忽略不计。把车辆荷在土基中产生应力作用的这一深度范围叫路基工作区路基工作区。。l该深度Za随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和厚度的增加而减小。土基中应力分布图PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建在工作区范围内的路基，对于支承路面结构和车辆荷载影响较大，在工作区范围以外的路基，影响逐渐减少。Bznss1=aaZnZPK⋅=⋅g123gKnPZa=车辆荷载作用深度位于填筑高度内，路提应按规定要求分层填筑与压实。对于矮路堤，此时不但要对填土充分压实，而且要保证工作区内原地面下部土层具有足够的强度和稳定性。二、路基工作区PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建路基路面工程三、路基土的应力-应变特性n路基土的应力-应变特性对路基路面结构的整体强度和刚度有很大影响。n路基土的变形包括弹性变形和塑性变形两部分。n在路面结构总变形中，土基变形占很大部分。n路基土在应力作用下呈现的变形特性同理想的线性弹性体有很大