路基路面工程課件：第二章荷載分析

1、第二章行車荷載分析 汽車是路面服務的對象，也是使路面結構損壞、路基失穩(wěn)的主要因素。所以要研究路基路面結構物，就必須首先了解汽車對路基路面的影響，研究其作用力的大小、作用特性、分布特點、作用次數等。主要內容：2-1 汽車荷載的類型2-2 車輛荷載對路面的作用2-3 交通分析2-1 行車荷載的類型一車輛的種類 路上行駛的車輛種類繁多: 機動車輛( 轎車、各種客車、各種貨車、特種車 ) 等 非機動車輛( 自行車及其它各種人力車) 等第二章 行車荷載分析2-1 行車荷載的類型承載能力要求服務標準等不同的車行駛目的不同（人、貨物）行駛速度不同車的性能不同載重量不同對路的服務質量要求不同第二章 行車荷載分

2、析 路面工程中需要明確的問題是： 走什么車筑什么路不同的路提供的服務水平不同不同的車種行駛中對路面的要求也不同設計時考慮的問題和取用的設計標準也不同。 二、軸型和輪組 . 車輛對路面的作用力是通過前、后軸的分擔并通過車輪作用于路面上的。載重為一定的車輛，軸型和輪組不同時，對路面產生的作用力大小是不同的。 前軸：單前軸、雙前軸 后軸：單后軸、雙后軸 、 多后軸 輪組：單輪組、雙輪組、 多輪組路面結構設計中車輛荷載的作用力是按軸重計入的! 研究時將問題進行簡化：即路上行駛的各類車型的軸型和輪組類型-按照破壞相當的原則轉換為標準軸型。標準軸型: 單軸-雙輪組 剛性路面差別：柔性路面標準軸載及其形式

3、公路上行駛的車輛種類繁雜，不同車型和不同作用次數對路面影響不同，為方便路面設計，需將不同車型組合而成的混合交通量換算成某種統(tǒng)一軸載的當量抽次。這種統(tǒng)一的軸載，稱為標準軸載。 公路瀝青路面設計規(guī)范(JTG D50-2006)中規(guī)定：瀝青路面設計是以雙輪組單后軸載100kN為標準軸載，以BZZ100表示。標準軸載的計算參數按表2-7-1確定，凡軸載大干25kN小于130kN的各級軸載P1(包括車輛的前軸和后軸)的作用次數均應換算成標準軸載P的當量作用次數(簡稱當量軸次)。車輛的行駛狀態(tài)： 停駐、行駛（勻速、變速、坡路行駛、彎道行駛）啟動、剎車制動、轉向等；主要的作用力：垂直力、水平力、沖擊力等。2

4、-2 行車荷載對路面的作用橋面鋪裝推移路面推移路面推移路面推移一、車輪對路面的作用 1、垂直接觸壓力（即接地壓強）考慮綜合影響后,在路面結構設計中一般取 車輛在不同的行駛狀態(tài)通常輪胎內壓的大小與輪載大小輪胎內壓 (輪胎內的氣壓) 輪胎的彈性輪胎接觸面的面積輪胎的花紋有關路面整體的強度和剛度主要是為承擔垂直荷載！2、車輪對路面的水平力作用路面與車輪間的附著系數 ，大小主要取決于 ： * 路面狀況（潮濕、干燥、表面構造深度等） * 車輛的行駛狀況 * 輪胎的狀況 能滿足車輛安全行駛要求即可，不宜追求過高標準，否則水平剪應力過大將引發(fā)一系列的病害。 水平荷載的作用時間很短，且沿深度迅速減小。因此，對

5、路面結構厚度設計影響不大，只是在有車輛頻繁剎車制動的場所，進行抗水平剪切、推移的檢驗。 3、接觸面形狀和面積單圓圖示雙圓圖示當量圓直徑：D=0.302md=2=0.213m 標準軸載的參數：第二章 行車荷載分析 二、 汽車荷載對路面的動態(tài)影響 運動著的和靜止的車輛對路面的作用不同，這影響著路面結構的設計理論和方法。 1. 軸載作用的波動性 波動的頻率和振幅與車身自身的振動、路面的不平整以及行車速度有關。 沖擊系數: 波動輪載的最大峰值與靜載之比.輪載的沖擊作用對剛性路面和柔性路面的影響是不同的，結構設計中有不同的考慮! ! 2. 軸載作用的瞬時性A車輛對A點的有效作用時間 t（0.010.1s

6、）A點受力大小與車位的關系曲線VXPP=f（x）3、軸載作用的重復性 交通繁重的道路每天承受數千乃至數萬次的車輛荷載作用。使用期限內，承受的輪載作用次數更是可觀。路面承受的荷載與一般的建筑結構不同，承受的是大小不同的重復荷載。 重復荷載作用下 彈性材料-呈現出疲勞特性 塑性材料-呈現出變形的累積特性 2-3 交通分析一、交通量預測二、軸載譜分析和軸載換算三、荷載的橫向分布四、累計標準軸載作用次數Ne 的計算五、路面結構設計中的交通分級交通量規(guī)定時間間隔內各類車輛通過某一道路橫斷面 的數量按照交通調查的規(guī)定進行: 短期觀測得到若干天或每天的若干小時的交通流量變化長期觀測得到交通流在時間上的分配及

7、增長規(guī)律（月分配 不均勻系數、日分配不均勻系數、小時分配不均 勻系數），再進行相應的換算。 有連續(xù)式、間斷式、臨時等幾種不同調查形式。 不同的觀測資料在不同的研究領域和研究內容上有不同的應用！一交通量預測一交通量預測注意： 路面設計中不僅要知道近期交通量、遠景交通量、不同時段的交通增長率，同時還要知道行駛車輛的交通組成等重要參數。二、軸載譜分析和軸載等效換算 目前把路上行駛的車輛大致分成11類： 小型貨車、中型貨車、大型貨車、小型客車、大型客車、 拖掛車、小型拖拉機、大中型拖拉機、自行車、人力車、畜力車有自動軸載儀的觀測站可直接統(tǒng)計出各級軸載的累計數量。 1軸載譜分析分析各類、各級代表軸載在交

8、通組成中所占的比例數。 在路面結構設計中，考慮 小型貨車、小型客車、拖拉機和非機動車對結構的損傷極其微小，統(tǒng)計中可略去不計，其余各類車輛按軸型和軸載大小分類和分級統(tǒng)計。還要大致掌握貨車的滿載程度，以確定空車的比例數。軸載譜分析目的？標準軸載 單軸重100 kN雙輪組輪胎壓力0.7Mpa 當量圓直徑：D=0.302m（單圓圖示） d=0.213m （雙圓圖示） （對特殊的以大型載重車為主的公路，應根據實際情況，經論證選用設計荷載計算參數進行設計）等效換算：將路面上行駛的各類各級軸載按照一定的換算原則換算成為標準類型的軸載，以此來判斷路面上交通的繁重程度2、軸載的等效換算換算原則： （1）同一種路

9、面結構，換算前后不同交通組成的荷載作用，使路面達到相同的疲勞損壞程度時，認為相互等效； （2）對于同樣的交通組成，不論是以何種軸型為標準軸型，按換算所得到的當量軸次計算出的路面厚度應當是相同的。2、軸載的等效換算換算公式：式中- 換算系數- 為標準軸型的軸載 - 待換算的i 類軸型的軸載及軸次數- i 類軸型轉換為標準軸型的次數 - 系數（與路面類型、損害標準、荷載特性有關）次即各種軸載混合作用次的結果相當于標準軸作用2、軸載的等效換算 不同的疲勞損壞標準將得到不同的等效換算關系！結構特性不同 損傷標準不同 等效換算的公式各不相同柔性路面水泥混凝土路面半剛性路面三、軸載的橫向分布 分析橫斷面上路面結構最不利的受力位置 路面結構設計以路面上受力最多的一個車道作為分析對象，該車道上通過的軸載數是整個道路橫斷面上通過的軸載數的一部分。 橫向分布規(guī)律的影響因素： 車道數、車道寬度、車輛混 雜程度、交通流的組織形式等等輪跡橫向分布系數 分配到設計車道上的比例數自動觀測系統(tǒng)會完成軸載組成和橫向分布情況的測試四、計算設計年限內一個（最不利）車道上的累計當量軸次 tttt 注意： 1、若設計年限內不同階段的交通增長率不同，則應分段計算Ne； 2、車道系數與車道數量、雙向交通量均勻性、交通組織形式、車道寬度及交通種類混雜程度