2019最新第九章路面结构荷载及材料数学

3）瞬时作用及重复：
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。
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路面状况 干燥 潮湿
第三节 交通荷载参数
路表与车轮的附着系数
表2-2 纵向滑移路面附着系数
路面类型
车速（km/h）
12
32
64
碎石
——
0.60
——
沥青混凝土
0.70～1.00
11
第一节 路面结构及其分类
◆5、路面的分类
柔性路面 总体结构刚度较小，荷载作用下的弯沉变形较大，抗弯拉强 度较低，传递给土基的单位压力也较大，它主要包括各种未经处理的 粒料基层和各类沥青面层、碎（砾）石面层或块石面层组成的路面结 构。 刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构，其强度高、弹 性模量高、处于板体工作状态，传递给基础的单位压力小。 半刚性路面 主要指半刚性基层和沥青混凝土面层修筑的路面结构，其 刚度介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。
——
0.50～0.65
水泥混凝土
0.70～0.85
——
0.60～0.80
碎石
——
0.40
——
沥青混凝土
0.40～0.65
——
0.10～0.50
水泥混凝土
0.60～0.70
——
0.35～0.55
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第三节 交通荷载参数
• 6、标准轴载 standard load – 作用在路面的设计荷载千变万化，一般选用一种轴载作 为路面结构设计的标准轴载，其他各种轴载按照一定原 则换算成标准轴载。 – 标准轴载要求对路面的响应较大、又能反映本国公路运 输运营车辆的总体轴载水平。
三级、四级
粒料加固土 ，其它当地材料加 固或改善土，不整齐石块
四级
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第一节 路面结构及其分类 ◆5、路面的分类
路面类型可从不同角度来进行划分，一般常按照面层 所用的材料来进行区分，如水泥混凝土路面、沥青路面 、砂石路面等等。但在工程设计中，则主要从路面结构 的力学特性和设计方法的相似性出发，将路面划分为柔 性路面、刚性路面和半刚性路面三类。
沥青路面
基层和底基层 路基
– 柔性基层沥青路面(Asphalt pavement with flexible base) – 半刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with semi-rigid base) – 刚性基层沥青路面 (Asphalt pavement with rigid base) – 全厚式沥青路面 (Full Depth asphalt pavement)
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第三节 交通荷载参数
汽车的轮压与压圆
P
P
路面
D P
D
a)
P
P
1.5
dd
d
路面 P
P
d
d
图a2)单-2圆车图轮式b)荷；载b)双计圆算图图式式
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第三节 交通荷载参数
荷载圆半径和直径
对于双轮组车轴，可以按双圆考虑，也可以按 单圆对待，其当量圆的直径计算如下：
a)双圆荷载的当量圆半径δ： P p
路基及垫层： 材料主要有松散粒料类透水层或稳定土等稳定隔离层。
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第一节 路面结构及其分类
路面等级
面层材料类型
适用的技术等级
高级 次高级 中级 低级
沥青混凝土，水泥混凝土
高速、一级、二级、 三级、四级
沥青贯入式 ，沥青碎石 ，沥青 表面处治 ，整齐石块或条石
二级、三级、四级
碎、砾石（泥结或级配） ，半 整齐块石 ，其它粒料
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第三节 交通荷载参数
1）水平力：
行车安全要求 qmax≤ p⋅ ，其中 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：
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。
4
第一节 路面结构及其分类
• 3、水泥混凝土路面（水泥路面）
– 普通混凝土（JPCP） – 钢筋混凝土（JRCP） – 连续配筋混凝土（CRCP）
水泥混凝土路面 路基
基层
– 钢纤维混凝土
– 预应力混凝土、装配式混凝土、碾压混凝土
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◆4、路面的结构层次与材料要求
由于行车荷载、自然因素等对路面的影响随深度的增加 而逐渐减弱，路面的强度、抗变形能力和稳定性也应随深 度而逐渐降低要求，因此，路面的结构应分层铺筑、分为 若干层次结构，并按各结构层次的特定状况进行相应的材 料要求。
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第一节 路面结构及其分类 ◆4、路面的结构层次与材料要求
面层： 用水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石、泥灰结石、块料等材料。
基层（包括底基层）： 材料主要有各种结合料稳定土或稳定碎石、贫水 泥砼、天然砂砾、碎石/块石/片石/砾石、工业废渣结合混合料等。当用不 同材料修筑基层时，最下层的统一材料层称为底基层，它可就近使用当地 的材料或土。
b)单圆荷载的当量圆直径D：D
8P
p
2d
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第三节 交通荷载参数
5、运动车辆对道路的动态影响
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。
V
P
P
P
P
Q
Q
a)
b)
c)
d)
图2-3车轮作用于路面的垂直压力与水平压力 a)停驻；b)启动、一般行驶、加速；c)减速、制动；d)转向
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第三节 交通荷载参数
• 7、超载与超限 overload and over limit – 超载运输是车辆所装载货物超过车辆额定载货质量。 – 超限运输指运输车辆超过路面结构的容许承载能力。 – 超载但不超限的车辆对路面的使用寿命有一定的影响，超 载且超限的车辆对路面的使用寿命有很大的影响，有的甚 至超过路面或桥梁结构的极限承载力，使路面结构出现结 构性破坏、使桥梁结构出现整体破坏、产生严重的安全事 故。
第四节 路面结构设计参数 Structure Design Parameters 第五节 路面材料的累积变形与疲劳破坏 Accumulative Deformation and Fatigue Broken
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第一节 路面结构及其分类
• 1、沥青路面(Asphalt Pavement)
沥青路面
基层和底基层 路基
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第八章
交通荷载 环境因素和力学参数
大连交通大学 土木与安全工程学院
授课：赵丽华
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主要内容
第一节 路面结构及其分类 Structure and Category
第二节 环境因素对道路的影响 Environmental Impact 第三节 交通荷载参数 Traffic Parameters
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第一节 路面结构及其分类
◆4、路面的结构层次与材料要求
基 层：主要承受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，是路面结构的主要承重层（对于沥青路面）或重要功能层（对 于水泥砼路面），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；基层受大气影响较面层小，但仍可能被面层渗入雨 水浸湿或地下水影响，也可受温度影响变形，因此仍应具有足够的水温 稳定性；同时，为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。
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第三节 交通荷载参数
◆8、交通荷载轴载换算和统计计算
1）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
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影响或保护土基处于稳定状态； 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。一般垫层修于特定状况道路工程结构中，如防砂土 基础挤入基层、软土地基扩散应力、冻土保温隔温等。
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第二节 环境因素对道路的影响 ◆1、温度对道路的影响
温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀 温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割 温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低温开裂
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第二节 环境因素对道路的影响
◆1、温度对道路的影响
温度（℃）
50
40
30
20
10
4
6
表面下2cm 7cm
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2、我国常用的高速公路沥青路面的结构
(A级或改性）沥青 AC-13 Sup-13 SMA-13 4cm (A级或 B级或改性）沥青AC-20 Sup-19 6cm-8cm (A级或 B级）沥青AC-25 Sup-25 6cm-8cm
水泥稳定碎石或二灰碎石 30cm-40cm
二灰土或石灰土 20cm-40cm 土基 半刚性基层沥青路面结构
水分积蓄于路基路面体内，降低路基路面的强度与刚度， 造成路面破坏，并可进一步加剧路面透水性
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第三节 交通荷载参数
• 1、行车荷载及其对路面的影响
– 汽车荷载既是路基路面的服务对象，又是造成路基路面结构损伤 的主要原因；
– 它是不断移动着的、具有振动和冲击影响的动荷载； – 汽车荷载的特性包括汽车轮重与轴重的大小与特性、车轴的布置、
车轮，最终由轮胎传递到路面，因此，路面结构设计主 要以轴重或者轮压来进行控制。
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第三节 交通荷载参数
• 2、车辆的种类与作用特点 轴载－－轴型分布