第二章 荷载分析
第二章 行车荷载分析_47337
2.2.3轴载的换算
等破坏原则、等厚度原则
2.3
行车的动态影响
2.3.1 动力作用
2.3.2 轮载作用的瞬时性 2.3.3 轮胎对路面产生的水平力 滑移摩阻力
2.4 交通分析
Ne 365 N1
[(1 )t 1]
N e 设计年限内累计交通量 N1 设计初始年平均日交通量增长率 车道系数
2-3
单圆图示
2-4
双圆图示
路面设计时采用双轮组单轴载100KN作为标准轴载，以 BZZ-100表示。
表2.1
标准轴载 标准轴载P(kN) 100
标准轴载计算参数
BZZ-100 21.30 单轮传压面当量圆直径d(cm)
BZZ-100 标准轴载
轮胎接地压强p(MPa)
0.70
两轮中心距 (cm)
1.5d
2 行车荷载分析
2.1 车辆的类型和轴型
2.2
2.3 2.4
车辆的重力作用
行车的动态影响 交通分析
2.1
车辆的类型和轴型
2.1.1 2.1.2 车辆的类型 汽车的轴型
固定车身类、牵引类、挂车类 客车、载货汽车
2-1
轴型分类号
2-2
多轴多轮车
2-2
多轴多轮车
2.2
车辆的重力作用
2.2.1接触压力 2.2.2接触面积
表2.2
车道特征 双向单车道 1.0 双向两车道 0.6~0.7
车道系数
车道特征
双向六车道 0.3~0.4 双向八车道 0.25~0.35
双向四车道 0.4~0.5
第二章 行车荷载分析
可以看出，行车道上频率曲线的图形由双峰变为单峰； 可以看出，行车道上频率曲线的图形由双峰变为单峰；近 中心线（车道内侧边缘）的频率较高。 中心线（车道内侧边缘）的频率较高。
2、轮胎与路面的接触面形状如下图2-2所 轮胎与路面的接触面形状如下 示，它的轮廓近似于椭圆形，因其长轴与 短轴的差别不大，在工程设计中以圆形接 触面积来表示。
车轮荷载计算图式： 车轮荷载计算图式： a)单圆图式;b)双圆图式 a)单圆图式;b)双圆图式
3、将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，并采用轮胎内压 力作为轮胎接触压力p。当量圆的半径δ 力作为轮胎接触压力p。当量圆的半径δ可以确定为：
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， 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 变形不能像静载作用那样充分。 车速同路面变形的关系如图： 车速同路面变形的关系如图：
1-刚性路面,角隅弯沉量或边缘 刚性路面, 应变量随车速的变化; 应变量随车速的变化; 2-柔性路面,表面总弯沉量随车速的变化 柔性路面,
汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构设计主要以 汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构设计主要以 轴重作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重型货车和大客车 轴重作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重型货车和大客车 起决定作用。对于小客车，则主要对路面的表面特性如：平整性、抗 起决定作用。对于小客车，则主要对路面的表面特性如：平整性、抗 滑性等，提出较高的要求。
P δ= πp
4、对于双轮组车轴，若每一侧的双轮用一个圆表示，称为单 圆荷载；如 圆荷载；如用二个圆表示，则称为双圆荷载 ；双圆荷载的当 量圆直径d和单圆荷载的当量圆直径D，分别按下式计算： ，分别按下式计算：
桥梁工程第二章桥梁规划设计概述及桥梁设荷载
定出现，但一旦出现其值很大且持续
载他 可 变 荷
风力，汽车制动力，流水压力， 冰压力，温度影响力，支座摩 阻力，
时间较短的荷载，它包括船只或漂浮 载
物撞击力、地震力。
❖桥梁设计时许考虑荷载组合。
偶然 荷载
地震力，船只或漂流物撞击力
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2024/3/26
❖桥梁横断面设计，主要是确定桥面净空和与此相适应的桥跨结 构横断面的布置。
❖《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021-89)(以下简称《桥规》)
规定了公路桥面净空限界及桥面布置的尺寸规定(见表2-1和图23)。
❖桥上人行道和自行车道的设置，应根据需要而定，并与路线前 后布置配合,必要时自行车道和行车道宜设置适当的分隔设施。
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1
2.1.2 桥梁设计的基本资料
桥梁总体设计涉及的因素很多，必须经过充分的调查研究，
根据具体的情况，提出正确合理的设计方案和计划任务书。因此 必须进行一系列的野外勘测和资料的收集工作。对于跨越河流的 桥梁在勘测时应收集如下资料：
1.桥梁承担的具体任务：调查桥上的交通信息和交通要求。调 查桥上有无各类管线需要通过。
❖非通航河流，梁底一般应高出设计洪水位（包括壅水和浪高） 不小于0.5m，高出最高流冰水位0.75m；支座底面应高出设计洪 水位不小于0.25m，高出最高流冰水位不小于0.5m，支座处有围 护隔水者不受此限。对于无铰拱桥，拱脚允许被设计洪水位淹没， 拱顶底面至设计洪水位的净高不小于1.0m。对于有漂流物和流冰 阻塞以及易淤积的河床，桥下净空应适当加高。
❖桥面铺装一般不作受力计算。为使
铺装层具有足够的强度和良好的整体
荷载与与结构设计原则复习
荷载与与结构设计原则复习第一章荷载类型1．荷载类型：1．荷载与作用：荷载、直接作用、间接作用、效应2．作用的分类：按随时间的变异、随空间位置的变异和结构的反应分类例如：1、由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力称为荷载。
(√)2、由各种环境因素产生的间接作用在结构上的各种力称为荷载。
(×)3、什么是荷载? (荷载的定义是什么?)?)答：由各种环境因素产生的直接作用在结构的各种力称为荷载。
4、土压力、风压力和水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷载。
(×)5、什么是效应?答：作用在结构上的荷载使结构产生的内力、变形、裂缝等就叫做效应。
6、什么是作用?直接作用和间接作用?答：使结构产生效应(结构或构件的内力、应力、位移、应变、裂缝等)的各种因素总称为作用。
可归结为作用在结构上的力的因素称为直接作用；不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用。
7、只有直接作用才能引起结构效应，间接作用并不能引起结构效应。
(×)8、严格意义上讲，只有直接作用才能称为荷载。
(√)9、以下几项中属于间接作用的是C C10、预应力属于 A 。
温度变化属于 B 。
A、永久作用B、静态作用C、直接作用D、动态作用第二章重力1．重力(静载)1）结构自重2）土的自重应力3）雪荷载（基本雪压、雪重度、屋面的雪压）例如：1、基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。
(√)2、我国基本雪压分布图是按照 C 一遇的重现期确定的。
A、10年B、30年C、50年D、100年3、虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定是同时出现。
(√)4、造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因有：风、屋面形式和屋面散热等。
2．重力(活载)1）车辆荷载：公路车辆荷载（车道荷载、车列荷载）、列车荷载2）楼面活荷载例如：1、车列荷载与车道荷载有什么区别?答：车列荷载是把大量经常出现的汽车荷载排列成车列的形式作为设计荷载。
路基路面工程-行车荷载的分析
第二章2-1 车辆荷载的分析一、车辆的类型：1.小型客车：包括小卧车、小面包车等，它们的车速高，重量小，总重一般大于12KN，最高车速一般大于100km/h,6m长,2m高,1.8宽.2.大型客车:用于城市交通或城乡运营,有些地方还使用铰接式大客车。
满载重量一般大于100KN,最小车速常不小于60km/h3. 载货汽车:有一般载货汽车、自卸汽车牵引车及被牵引的拖挂车、平板车和集装箱车等。
一般总重为50~150KN,最高车速约为70-80km/h.自卸车总重为150~500KN以上,多用于矿山内部运输及施工工地的材料运输,一般不作长途运输,最高车速约为40-50km/h.牵引车自重约为50KN,被牵引的拖挂车,平板车,集装箱车的最大重量大于1000KN.在路面设计中,一般将特种工程车辆视为载货汽车.在路面结构设计及路基稳定性验算中,主要考虑大型客车及载货汽车的作用。
而在评定路面的表面特性(如平整度,抗滑性)时,应考虑小车高速行驶的安全性和舒适性.变差系数：标准离差与静载的比值。
通常变差系数﹤0.3动荷载与静载的比值称为冲击系数µ，µ常为1.3（在较平整路面上，车速50km/h时）设计时：设计轮载=µ·静轮载二、轮载作用的瞬时性：使路面变形量↓，意味着路面结构的抗变形能力（刚度）和强度↑行车以一定速率行经路面时，路表面上任一点所经受轮载的时间很短，通常只有0.01-0.1秒。
路表面下不同深度处应力持续作用时间稍长些，但仍很短。
见P14如此短的荷载作用时间，使路面结构中的应力来不及传递分布，其变形不会像静载时那样充分。
美国公路工作者协会（AASHO）曾经做过试验发现：不同车速下沥青路面和水泥混凝土路面表面的变形进行过实测，表明：当车速由3.2km/h→56km/h时，柔性路面的总弯沉量f（变形）减少了36-38%；而当车速由3.2km/h→96.7km/h时，刚性路面的板角挠度f和板边应变量ε降低了29%左右。
基坑支护工程-基坑支护荷载计算[全面]
![基坑支护工程-基坑支护荷载计算[全面]](https://img.taocdn.com/s3/m/2ad710983169a4517623a33e.png)
p ( z p0 )Kp 2c K p
主动土压力系数
Ka
tan 2
45
2
被动土压力系数 K p
tan
2
45
2
深基坑工程
p0 ,c,
均质土
A
Ka
tan2 (45
)
2
A点 aA p0Ka 2C Ka
H Pa
Pa
B点 aB ( p0 H )Ka 2C Ka
B
如果 p0 = 0
深基坑工程
对比
• 砂土简化计算，将水压力与土压力分别 计算，并把水看作是：
主动压力=静止压力=被动压力= wh
ea
[q0
h1
(H
h1)]tg 2 (45
)
2
2ctg
(45
2
)
w
h2
[q0 h1 (H h1)]Ka 2c Ka wh2
深基坑工程
悬臂支护桩土压力分布
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
深基坑工程
结构距离时。
n
hi a qn 0
i 1
n
hi a
i 1
qn
b1 b2
n
n
q0
(b1 a hi )(b2 2 hi )
i 1
i 1
深基坑工程
四、水压力
• 水压力，主要根据土质情况确定如何考虑水压力的问题 。 • 对于粘性土，土壤的透水性较差，此粘性土产生的侧向压力可采用水
第二章 水平荷载与水平抗力标准值
水压力
土压力
各符号含义
ajk 作用于深度z j 处的竖向应力标准值（总应力）
K ai 第i层土的主动土压力系数 cik 第i层土的固结不排水(CU)黏聚力标准值 z j 计算点深度 m j 计算参数，当z j h时，m j z j ;当z j h时，m j 0 hwa 基坑外侧水位深度
适用条件：对透水性比较强的砂土和碎石土，一般采用水土分算的方法。该方法 符合土的有效应力原理，理论根据比较充分。 ②水土合算－地下水位以下土的物性指标分别采用土的饱和重度及总应力强度指 标。 适用条件：透水性弱的粉土和粘性土，一般采用水土合算的方法
主要内容
1、经典土压力基本理论（复习） 2、水平荷载标准值 3、水平抗力标准值
h0 q
AA0 h0 cos
h ' A ' A cos q cos cos cos( )
A' A
AA0 cos h0 cos( ) cos( )
在竖向的投影为
0 k h q
cos cos cos( )
第二章
水平荷载与水平抗力标准值
主要内容
1、经典土压力基本理论（复习） 2、水平荷载标准值 3、水平抗力标准值
郎肯理论： 适用条件：
墙体刚性；
经 典 土 压 力 基 本 理 论
K a tg 2 45 2
Z0
2c Ka
K p tg 2 45 2
wa 计算系数，当hwa h时， wa 1;当hwa h时， wa 0 w 水的重度
b）对于粉土及黏性土
Eajk ajk Kai 2cik Kai
第二章荷载分析
第二章荷载分析荷载：包括汽车荷载、飞机荷载和工业区荷载。
一、引言1、导致路面损坏的原因有两个，一是荷载因素，一是环境因素。
2、不同的荷载构型，如不同大小的车辆荷载、飞机荷载和港区荷载，将在路面中造成不同的应力、应变分布，从而造成不同的损伤。
3、车辆交通的渠化程度不一，在道路横断面上的分布不一，因此横断面上的每一点受荷载作用的频率相差很大。
4、车辆的动态影响，与车速有关，与路面的类型有关，与路面的平整度有关。
5、车辆在刹车、启动时，路面的受力与匀速行驶时有很大差别。
6、与规划、几何设计所不同的是，路面设计与管理中所关心的是车辆的轴重，而不仅是交通量的多少。
7、所以，仔细分析荷载的特性，对于路面设计和管理是非常必要的。
二、荷载类型1、汽车荷载汽车分为客车和货车。
客车一般较轻，不做详细分类，仅区分为小客车（<6座）、中客车（6-20座）和大客车（>20座）三类。
货车可粗略地分为轻型、中型和重型货车三类。
对路面设计和管理而言，仅考虑较重的车辆。
轻型货车：<2.5吨中型货车：2.5-7吨重型货车：7-12吨特重型货车：>12吨荷载限：2000年2月23日交通部《超限运输车辆行驶公路管理规定》(中华人民共和国交通部令2000年第2号)的对轴载质量和总质量的限定，若发生如下情况，则认为超限： 单车、半挂车、全挂列车车货总质量40000kg以上；集装箱半挂列车车货总质量46000kg以上：车辆轴质量大于：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（每侧单轮胎）载质量10000kg；双联轴（每侧各一单轮胎、双轮胎）载质量14000kg;双联轴（每侧双轮胎）载质量18000kg;三联轴（每侧单轮胎）载质量12000kg;三联轴（每侧双轮胎）载质量22000kg。
其他国家的最大轴载和车辆总重[1]Country Maximum Load Single Axle, t Gross VehicleWeight, t FranceGermany ItalyNetherlands UK12 10 12 9 10.238 36 40 50 38注：英国，轮胎位于轴的两端时规定为10.2吨，轮胎在轴中间隙布置时可放宽至11.2吨。
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第二章荷载分析
荷载：包括汽车荷载、飞机荷载和工业区荷载。
一、引言
1、导致路面损坏的原因有两个，一是荷载因素，一是环境因素。
2、不同的荷载构型，如不同大小的车辆荷载、飞机荷载和港区荷载，将在路面中造成不同的应力、应变分布，从而造成不同的损伤。
3、车辆交通的渠化程度不一，在道路横断面上的分布不一，因此横断面上的每一点受荷载作用的频率相差很大。
4、车辆的动态影响，与车速有关，与路面的类型有关，与路面的平整度有关。
5、车辆在刹车、启动时，路面的受力与匀速行驶时有很大差别。
6、与规划、几何设计所不同的是，路面设计与管理中所关心的是车辆的轴重，而不仅是交通量的多少。
7、所以，仔细分析荷载的特性，对于路面设计和管理是非常必要的。
二、荷载类型
1、汽车荷载
汽车分为客车和货车。
客车一般较轻，不做详细分类，仅区分为小客车（<6座）、中客车（6-20座）和大客车（>20座）三类。
货车可粗略地分为轻型、中型和重型货车三类。
对路面设计和管理而言，仅考虑较重的车辆。
轻型货车：<2.5吨
中型货车：2.5-7吨
重型货车：7-12吨
特重型货车：>12吨
荷载限：
2000年2月23日交通部《超限运输车辆行驶公路管理规定》(中华人民共和国交通部令2000年第2号)的对轴载质量和总质量的限定，若发生如下情况，则认为超限：
⏹单车、半挂车、全挂列车车货总质量40000kg以上；集装箱半挂列车车货总质量
46000kg以上：
⏹车辆轴质量大于：
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（每侧单轮胎）载质量10000kg；
双联轴（每侧各一单轮胎、双轮胎）载质量14000kg;
双联轴（每侧双轮胎）载质量18000kg;
三联轴（每侧单轮胎）载质量12000kg;
三联轴（每侧双轮胎）载质量22000kg。
其他国家的最大轴载和车辆总重[1]
Country Maximum Load
Single Axle, t Gross Vehicle Weight, t
France Germany Italy Netherlands UK 12
10
12
9
10.2
38
36
40
50
38
注：英国，轮胎位于轴的两端时规定为10.2吨，轮胎在轴中间隙布置时可放宽至11.2吨。
2、飞机荷载
⏹主起落架承担飞机总重的90%以上。
⏹由于飞机在起降的整个过程中起重量不断发生变化，所以设计时在不同的部位采用
不同的重量。
3、工业区荷载
⏹工业区有许多特殊荷载，有些非常重，有些轮载非常多，在进行这些区域的道路铺面设计时，应该注意考虑荷载的特殊性。
⏹实际上，机场、工业区的荷载虽然很大、很复杂，但因荷载作用次数少、设计体系简单，所以对荷载的处理比较简单。
对道路设计而言，因荷载作用次数多，所以对荷载的考虑比较复杂。
三、典型荷载图式
1、轮胎-路面接触压力分布
2、荷载作用形状与面积
3、标准荷载
⏹如何考虑复杂荷载的作用？采用等效的标准荷载方法。
⏹我国的标准荷载定义为黄河车（JN-150）和解放车（CA-？？）后轴荷载。
轴重100kN,轮重25kN。
接地特性为圆形均布，半径？？？，平均接地压强为0.7Mpa。
四、荷载的动态特性
1、影响荷载-路面动态作用特性的因素
⏹车辆方面：减振系统，速度，轴型，轮胎性质，总重，额定重量
⏹道路方面：平整度，路面类型，加减速，纵坡，横坡
2、瞬时性
⏹表面层作用时间很短，行车速度小于72km/h时，仅0.01-0.1秒。
⏹车速越大，作用时间越小。
⏹深度越大，作用时间越长，甚至可能更加滞后。
⏹表面承受大荷载、短作用时间，深处承受小荷载、长作用时间。
如下图。
⏹不同路面类型，车速的影响是不同的，说明了路面材料的粘滞性，下图。
1、动态变动
指轮地作用力的非恒定特性。
轮地作用力围绕着静载而上下波动。
如图所示。
⏹行车速度越大，变异系数越大
⏹与平整度有关
⏹与轮胎、路面的刚度有关
⏹导致路面受到的动荷载与静载不同
2、水平力
⏹与路面类型、潮湿程度、轮胎类型和新旧、行驶状态等有关。
⏹车辆载行驶过程中，路面和车辆受到的水平力主要是滚动阻力，仅为重量的5%以
下。
⏹刹车和启动时，水平力要大得多，界于纯滑动摩擦力和最大附着力之间。
五、交通分析
1、交通量及交通增长率
⏹对于路面工程而言，轻型车辆对路面的影响不大，人们主要关心的是重车的影响。
所以，统计交通资料时应按照轻车、重车分别统计。
⏹交通增长应考虑两方面的因素，一是行经的车辆数的增长，另一个是汽车重车比例、载重量或满载率的增长。
当道路交通趋于饱和时，交通荷载的增长主要由后者提供。
2、轴载组成
⏹轴载谱的表达（见图），这是轴的比例，是否记录前轴？在自动的系统中，实际上
记录了前轴；在人工（目测）的系统中，应做约定。
实际上，在人工系统中，记录
的是车辆数。
3、 标准荷载与等效换算
⏹ 为了简化混合交通考虑，采用标准荷载与等效换算的方法，将各类不同荷载换算为
标准荷载。
等效换算的概念在工程中是经常使用的方法。
⏹ 此概念由AASHO （1958-1962）研究计划首先提出，产生了深远的影响。
AASHO
试验研究形成了AASHO 设计的基础。
⏹ 等效性原理：路面结构在不同荷载作用下达到相同的状态，即称这两种荷载的作用
次数是等效的。
等效性是相对的，与等效指标、材料性能等因素有关。
⏹ 等效性考虑方法----荷载换算法
n
s i i s
i P P N N ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⋅==αη 式中，α为与轴型（单轴、双轴或三轴）和轮组轮数有关的系数 n 为与诸多因素有关的指数。
⏹ 等效性考虑方法----Miner 定律，即线性疲劳迭加率
1≤∑i
i
N n
当=1时，疲劳寿命结束。
⏹ 影响因素
等效指标 材料类型 结构组成 路面状态 ⏹ 指数示例
n=4（柔性基层）、8（半刚性基层） n=16（室内结果）
4、 轴载的横向分布
⏹ 路面横断面上承受的轮胎作用次数是不同，即轮迹在横向不是均匀分布。
⏹ 交通管理越严格、越渠化，横向分布越不均匀。
⏹ 观测方法
⏹ 交通量的横向分布、重载的横向分布、标准轴载的横向分布
5、 飞机荷载
概念与道路荷载类似，但一些术语不同，如覆盖率。