行车荷载、环境因素
第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质
第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质§ 2-1行车荷载、车辆的种类分为客车与货车两大类。
客车：小客车、中客车与大客车。
货车：整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。
路面结构设计一一轴重作为荷载标准。
、车辆的轴型我国公路与城市道路路面设计规范中以 100k N 作为设计标准轴重。
三、汽车对道路的静态压力1. 汽车处于停驻状态下——静态压力。
垂直压力P ：与汽车轮胎的内压力Pi 、轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状、 轮载的大小等有关。
轮胎与路面接触面上的压力 pv 内压力Pi ，约为(0.8〜0.9)Pi 。
2. 接触压力直接取内压力作为接触压力，并假定在接触面上压力是均匀分布的。
3. 轮胎与路面的接触面形状近似于椭圆形，在工程设计中采用圆形接触面积。
4. 当量的圆将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，并采用轮胎内压力作为接触压力 P ,轮胎与路面接触圆的半径可以按式(2.1)确定。
V P(2.1 )单圆荷载：对于双轮组车轴，每一侧的双轮用一个圆表示；双圆荷载：每一侧的双轮用两个圆表示。
5. 标准轴载我国现行路面设计规范中规定的标准轴载 p=700k Pa ： d 100=0.213m,四、运动车辆对道路的动态影响运动状态的汽车：垂直静压力、水平力、振动力。
动力影响还有瞬时性的特征。
1. 水平力车轮施加于路面的各种水平力 Q 值与车轮的垂直压力P ，以及路面与车轮之 间的附着系数©有关，其最大值 Qma)不会超过P 与©的乘积，即：BZZ —100 的 P=100/4kN ,ioo=O.3O2mQmax(2.4) 2. 动载特性其变异系数： (1) (2) (3) 越小。
行车速度：车速越高，变异系数越大；路面的平整度：平整度越差，变异系数越大； 车辆的振动特性：轮胎的刚度低，减振装置的效果越好，变异系数冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比。
3. 瞬时性 0.1〜0.01s 左右。
交通荷载及路面设计参数
交通荷载及路面设计参数在道路设计中，交通荷载是指道路结构承受的车辆荷载力，主要包括静力荷载和动力荷载两种形式。
静力荷载是指车辆静止状态下对道路结构施加的垂直作用力，如停车、交通信号灯等情况下的荷载力。
动力荷载是指车辆运行过程中施加在道路结构上的荷载力，如车辆行驶、超车、制动等情况下的荷载力。
在确定交通荷载时，需要考虑以下因素：1.车辆类型和重量：不同类型的车辆具有不同的荷载特性，例如轿车、货车、客车等。
设计荷载应根据不同类型的车辆的特点和重量来确定。
2.交通流量：道路的荷载应根据预计的交通流量来确定，即预计通过道路的车辆数量。
交通流量对道路的荷载具有直接影响，高交通流量将对道路的结构产生更大的荷载作用。
3.设计寿命：道路的设计寿命是指道路预计使用的年限。
不同的设计寿命要求不同的荷载标准，设计寿命越长，荷载标准越高。
4.地理条件：地理条件对道路的荷载也具有一定的影响。
例如，地震频率较高的地区需要采取更严格的荷载标准。
在道路设计中，除了交通荷载外，还需要考虑路面设计参数，以确保道路具有良好的承载力和耐久性。
一些常见的路面设计参数包括：1.路面材料：选择合适的路面材料是确保路面承载力和耐久性的重要因素。
一般常用的路面材料有沥青混合料、水泥混凝土等。
根据道路的荷载和使用条件合理选择路面材料。
2.路面厚度：路面厚度是指路面上覆盖材料的厚度。
设计路面厚度时需要考虑道路的设计寿命、荷载以及环境因素等，以保证路面的稳定性和耐久性。
3.路肩和排水设计：路肩是指道路两侧与行车道之间的区域，荷载的作用也会对路肩产生一定的影响。
在路面设计中，需要考虑到路肩的稳定和排水性能，以确保路肩能够适应不同的荷载和排水条件。
4.路面结构：路面结构是指路面各层材料的组合方式和厚度。
设计路面结构时需要根据道路的荷载、使用条件和土质情况等因素来确定合理的结构，以确保路面的承载力和耐久性。
综上所述，交通荷载及路面设计参数是道路设计中非常重要的一部分。
水泥混凝土路面的损坏特征与初期损坏的机制
三、基层的施工质量较差
• 1)基层的标高控制不好;造成混凝土面层的厚度厚薄不一，过薄或厚 薄交界处将成为薄弱断面，在混凝土收缩时，难以承受拉应力的作 用而产生裂缝、断板。 • 2)基层平整度差;这会增加基层与混凝土面层的摩阻力，容易造成在 薄喷溅出稀 泥浆的现象。
水泥混凝土路面的损坏特征与初期损坏的机制
水泥混凝土路面在行车荷载和环境因素的 作用下可能出现的破坏类型：
• • • • • 1、断裂 2、唧泥 3、错台 4、拱起 5、接缝挤碎
一、断裂：路面板内应力超过混凝土强度时会出现纵 向、横向、斜向或者角隅断裂裂缝。
纵向裂纹
横向裂纹
原因：一、原材料不合格
• 原因：在轮的重复作用下，板边缘或者角隅下的基层由于塑性变形 累积而同混凝土面板脱离，或者基层的细颗粒在水的作用下强度降 低，当水分沿缝隙下渗而积聚在脱空区内或者细颗粒土中，在车辆
荷载作用下积水形成水压，使水和细颗粒土形成的泥浆而从缝隙中
喷溅出来。唧泥的出现会使路面板边缘部分逐渐形成脱空区，随着
四、拱起：混凝土路面在热胀受阻时，横缝两侧的 数块板突然出现上拱的屈曲失稳现象，并伴随出现 板块的横向断裂。
• 原因：1)在灌缝时石渣掉入缝内或灌缝前缝 内石渣未清净造成胀缝无法伸长而 拱起。
• 2)施工中传力杆及套管的安装位置不正确，传力杆放置时未用支架固定或固定
支架 不牢固，胀缝处相邻板块分两次浇注时两侧未同时固定传力杆，先施工 一侧因机械振捣造成杆端或套管端下降，后浇的一侧因不断被碰撞虽经调整仍 然难以保证传力杆垂直于胀缝平面，当胀缝变形时传力杆阻碍了混凝土伸长， 并形成了 对混凝土的撬应力造成拱起。
• （2）先施工水泥混凝土路面板块边缘在养护龄期不足时为了赶工期， 在
路基路面工程知识点复习
路基路面工程知识点复习1、路基的概念路基是在天然地表面按照道路的设计线形和设计断面（几何尺寸）的要求，开挖或堆填而成的岩土结构物。
路基是路面的基础，是公路工程的重要组成部分；路基作为路面的支承结构物，与路面共同承担交通荷载的作用；路基必须具有足够的强度、稳固性和耐久性。
2、路面的概念路面是路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而的层状结构物。
路面一样由面层、基层、底基层、路基组成；路面应具有良好的稳固性和足够的强度、刚度，其表面还应满足平坦、抗滑和排水的要求；各级公路的行车道、路缘带、匝道、变速车道、爬坡车道、硬路肩和应急停车带等均应铺筑路面。
面层:面层是直截了当同行车及大气接触的表面层次，它承担较大行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用；因受到降雨的浸蚀和气温变化的阻碍，同其它层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力和较好的水稳固性与温度稳固性，且应耐磨、不透水；表面还应有良好的抗滑性与平坦度基层（基层的最下层为底基层）:要紧承担由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的垫层及土基，因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力；基层受大气阻碍较面层小，但仍可能受地下水及面层渗入雨水的浸湿，故也应具有足够的水稳固性；为保证面层平坦，它还应具有较好的平坦度。
垫层:垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面层与基层免受土基水温状况变化的不良阻碍或爱护土基处于稳固状态；同时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形，并可阻止路基土挤入基层。
按其作用可分为排水层、隔离层、防冻胀层等。
路基处于下列状况的路段应设置垫层：地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿状态的路段；排水不良的土质路堑；有裂隙水，泉眼水等水文不良情形的岩石挖方路段；季节性冰冻地区可能产生冻胀的中湿、潮湿路段；基层可能受污染的路段。
对路基路面整体性能要求：承载能力稳固性耐久性表面平坦度表面抗滑性能阻碍路基路面稳固性的因素：地理条件地质条件气候条件水文和水文地质条件土的类别由于湿度与温度变化对路基产生的共同阻碍称为路基水温状况。
2-行车荷载、环境因素、材料的力学性质
轴载变化的变异系数影响因素： a)行车速度：车速越高，变异系 数越大； b)路面的平整度：平整度越差， 变异系数越大； c)车辆的振动特性：轮胎的刚度 低，减振装置的效果越好，变 异系数越小。 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。 冲击系数＝动轮载/静轮载
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。
要求： 工作区内：强度、稳定性重要，压实度提高。
KnP 路基工作区深度：Z a＝ γ
3
一般K＝0.5
◆ 3 路基土的应力——应变特性
弹性变形和塑性变形 提高路基土的抗变形能力是提高路基路面整 体强度和刚度重要方面。
压 入 承 载 板 试 验
3）交通荷载轴载换算和统计计算
a）交通调查与重复荷载
交通量调查与分析：调查内容包括交通总量、车型 分布、轴型轴载、实载率等，有的还调查轴载谱； 分析主要是确定交通量年平均增长率，并求算获得 设计年限内累计交通量。对路面而言，主要是轴重。 轴载组成与轴载换算：不同轴载的作用次数的频率 组成即为轴载谱，各不同轴载应根据某一指标按其 对路面结构的损伤作用的等效性换算成其它轴载的 作用次数，从而可使用标准轴载来综合累计。
三 轴 压 缩 试 验
非线性变形———局部线性体 即在曲线的一个微小线段内近似视为直线，以其斜率为模量 1)、初始切线模量 应力值为零应力—应变曲线斜率 2)、切线模量 某一应力处应力—应变曲线斜率， 反映该应力处变化 3)、割线模量 某一应力对应点与起点相连割线 模量，反应该范围内应力—应变平均状态 4)、 回弹模量 应力卸除阶段，应力—应变曲线的割线模量 反映地基瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。 总结：①前三种应变包含回弹应变和残余应变 ②回弹模量则仅包含回弹应变，部分反映了土的弹 性性质。
行车荷载
第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质第一节行车荷载汽车是路基路面的服务对象，路基路面的主要功能是长期保证车辆快速、安全、平稳地通行。
而其中汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要成因。
一．车辆的种类道路上通行的汽车车辆主要分为客车和货车两大类。
其中：客车：小客车、中客车、大客车货车：整车、牵引式挂车、牵引术半挂车汽车的总荷载通过车辆与车轮传递给路面，所以路面结构的设计主要以轴载作为荷载的标准。
二. 汽车的轴型我国公路与城市道路路面设计规范中均以100KN作为设计标准轴重。
整车客货车：1.前轴：两个单轮组成的单轴约占1/3/。
极少数为双轴单轮约占1/2。
2.后轴：有单轴、双轴、三轴类型。
大部分为双轴双轮。
三．汽车对道路的静态压力1.定义：汽车在道路上行驶可分为停驻状态和行驶状态。
当汽车处于停住状态时，对路面的作用为静态压力主要是由轮胎传给路面的垂直压力p，它的大小受下述因素的影响。
2.影响因素：a．汽车轮胎的内力pi；b.轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形态；c.轮载的大小。
3.半径：轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，且a、b差别不大。
路面设计中以圆表示。
四.运动车辆对道路的动态影响因为路面不平整车身震动，车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动，轮载成动态波动。
行车荷载的重复作用：弹性材料：疲劳性质弹塑性材料：变形累积五．交通分析1.交通量：一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。
对于路面结构设计不仅要求收集交通总量，还必须区分不同车型2.轮载的组成和等效换算：标准：双轮组单轴载100KN作为标准轮载。
等效原则换算：某一种路面结构在不同荷载的作用下达到相同的破坏程度为根据的。
第二节环境因素影响直接暴露于空气中，受温度、湿度影响大。
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。
路基路面工程第2章行车荷载、环境因素与土基的承载能力-6
6
0.2401
80~100
144
0.6561
100~110
16
1.2155
110~120
1
1.749
<40
14
0.0032
40~80
21
0.0162
80~120
44
0.125
120~160
42
双轴
160~180
44
0.4802 1.044
180~200
21
1.629
200~220
101
2.431
220~240
（水平力、振动力）（瞬时性、重复性）
2019/7/9
中等平整度路面，
车速60km/h， 轮胎着地长23cm 通过时间0.0138s
1）汽车对道路的水平力作用 汽车运动形式不同，产生的水平力的大小和方向也不同。 上坡和加速—汽车对路面产生向后的水平力； 下坡制动及减速—产生向前的水平力； 在弯道上行驶—产生侧向水平力； 直线等速运动—克服各种阻力而对路面施加一定的水平力。 后果：水平力易使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏，要求 面层材料有足够的抗剪强度—城市道路 大小：与垂直压力P、轮与路面附着系数ψ有关
由交通量调查得到的 各类车辆的日交通量乘以 与相应的轴载谱百分率→ 各类车辆各级轴载的相应 日作用次数。 轴载谱的应用：轴载调查→轴载谱→各级轴载作用次数；
“实践→理论→实践”
2019/7/9
2）轴载换算
道路上行驶的汽车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。我国水泥混凝土路面设 计规范和沥青路面设计规范均选用双轮组单轴轴载100KN作 为标准轴载。
qmax≤p×ψ
第二章行车荷载分析
第二章行车荷载分析在机械工程领域，行车荷载分析是非常重要的一项工作。
通过对行车荷载的分析，我们可以评估和确定机械设备、车辆或结构的承载能力，并为其设计、优化和改进提供参考。
本文将从行车荷载的定义、分类和计算方法三个方面进行分析，以期帮助读者更好地理解行车荷载分析的基本原理和方法。
首先，行车荷载是指机械设备、车辆或结构在运行过程中所受到的力和力矩的总和。
它通常由外部环境条件、使用条件和负载条件等多个因素共同决定。
在行车荷载的分类中，常见的包括静态荷载和动态荷载两种类型。
静态荷载是指荷载大小和方向在运行过程中保持不变的情况，如自身重力和静止的物体重量。
动态荷载则是指荷载大小、方向和作用点在运行过程中发生变化的情况，如行驶中的冲击、振动和突然停车等。
行车荷载的计算方法根据具体情况而定。
在静态荷载的计算中，我们可以通过求解力的合力和力矩的合力来得到结果。
例如，在计算机械设备在直线行驶时所受到的荷载时，我们可以考虑到重力、摩擦力、外部阻力和惯性力等因素，并进行相应的计算。
而在动态荷载的计算中，由于荷载的大小、方向和作用点会发生变化，我们需要采用更加复杂的方法来分析。
例如，在计算行车机构在行驶过程中所受到的荷载时，我们可以使用动力学分析和动力学模拟的方法，并考虑到速度、加速度、负载的变化等因素。
除了以上的基本原理和方法，行车荷载分析还有一些常见的注意事项。
首先，我们需要根据具体情况确定荷载的作用点和作用方向，并进行相应的计算和分析。
其次，我们需要充分考虑荷载的变化范围和可能的极端情况，并进行相应的安全系数设计。
最后，在进行行车荷载分析时，我们还需要选择合适的工具和软件，并遵循相应的标准和规范，以保证结果的准确性和可靠性。
综上所述，行车荷载分析是机械工程领域中一项非常重要的工作。
通过对行车荷载的分析，我们可以评估和确定机械设备、车辆或结构的承载能力，并为其设计、优化和改进提供参考。
通过本文的介绍，希望读者能够更好地理解行车荷载分析的基本原理和方法，并在实际工作中能够灵活运用。
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交通分第析8章 行车荷载、环境因素
标准轴载换算
汽车的轴载与通行次数可以按照等效 原则换算成标准轴载的作用次数。同 一种路面结构在不同轴载作用下，要 达到相同的疲劳损坏程度。
标准轴载：双轮组单轴100KN（BZZ－100）。 当量轴次：将交通量中各级轴载换算为BZZ－100后得 到的轴载作用次数。
8.2 湿度状况对第路8章面行的车影荷载响、环境因素
冲击系数＝动轮载/静轮 载
运动车辆对路通分第析8章 行车荷载、环境因素
交通量的统计与预测
交通量:一定时间间隔内通过道路某一 断面的车辆总数。 平均日交通量:每昼夜通过道路某一横 断面的车辆总数。
交通量观测方法: 1）直接记录不同类型车辆的通行次数； 2）轴载谱调查。
当年平均日交通量→设计年限→增长率→设计年限内累计交通量
（分车型）
N
累计＝
365
n
1
1 T
1
交通分第析8章 行车荷载、环境因素
轮迹横向分布
沥青路面设计:车道系数－不同情况车 道的横向分布系数与单车道的横向分 布系数之比。 水泥混凝土路面设计:横向分布系数。
轮迹横向分布的图形和峰值取决于交通的渠化程度，它随许多 因素变化，如：交通组织类型(不分车道混合交通，划标线分 道行驶或设分隔带分道行驶)、车道宽、交通密度、交通组成、 车速以及司机的驾驶习惯和经验等。
• 路基湿度对路面的影响 • 水泥混凝土面层湿度状况及其影响 • 冰冻与冻融对路面的影响
8.3 温度状况对第路8章面行的车影荷载响、环境因素
影响路面结构内温度状况的因素： 外部－气温、太阳辐射、云量、风速、降水量； 内部－路面材料导热系数、比热等。
路面温度预测
统计法：实测温度+气象资料→回归 理论法：热传导理论→预估方程
8.3 温度状况对第路8章面行的车影荷载响、环境因素
温度对路面的影响
感谢下 载
路面工程
第8章 行车荷载、环境因素
第8章－行车荷载第8、章 环行车境荷载因、素环境因素
8.1 行车荷载 8.2 湿度状况对路面的影响 8.3 温度状况对路面的影响
8.1 行车第荷8章载行车荷载、环境因素
• 汽车轴型与接地压力 • 运动车辆对路面的作用 • 交通分析
汽车轴型与接第地8章压行力车荷载、环境因素
汽车轴型与接第地8章压行力车荷载、环境因素
轮胎接地面积
d 4P
p
D 2d
运动车辆对路第面8章的行作车用荷载、环境因素
水平力：
正常行驶时 F0 P
弯道行驶
制动或驱动时 Fb fb P
运动车辆对路第面8章的行作车用荷载、环境因素
动载特性：
轴载变化的变异系数影响因素： 1)行车速度：车速越高，变异系 数越大； 2)路面的平整度：平整度越差， 变异系数越大； 3)车辆的振动特性：轮胎的刚度 低，减振装置的效果越好，变异 系数越小。
汽车轴型：
固定车身类 牵引车类 挂车类。
汽车轴型与接第地8章压行力车荷载、环境因素
轮胎接地压力
轮胎与路面接触面上的 平均竖向压力与轮胎内压 力Pi 、轮胎类型和轮载大 小有关。
对于滚动的车轮，接地 压力由（0.8-0.9）Pi增大 到（0.9-1.1）Pi。
直接取轮胎内压力作为接 触压力，并假定在接触面 上压力是均匀分布的。