第2章 行车荷载、环境因素与土基的承载能力(路基路面工程).

1
14 21 44 42 44 21 101 43
1.749
0.0032 0.0162 0.125 0.4802 1.044 1.629 2.431 3.498
2
0 0 6 20 46 34 246 150 619
累计当量轴次数 2018/10/15
2.2.4交通量预测分析(例题)
例2.2 某二级汽车专用公路，沥青路面，设计年限为 15 年。由交通量调查资料得到，初始年平均日交通量为 7000 辆，其中同路面损坏有关的各类车辆的交通量列于下 表中，方向系数为 0.5。请计算设计年限内标准轴载累计作 用次数。
设计年限 内累计作 用次数Ne 179,722 204,239 225,222 2,665,624 1,581,948 207,798 282,551 78,659 389,739
c、轮载的大小。
货车轮胎的标准静内压力pi一般在0.4～0.7MPa范围内。
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2.1.3 汽车对道路的静态压力(接触压力)
3）接触压力：
a、通常停驻时接触压力p约为(0.8～0.9) pi b、行驶→温度↑→内压力↑→ p约(0.9～1.1) pi c、轮胎新旧、接触面形状、轮胎的花纹→影响接触压力的 分布，一般接触面上的压力分布是不均匀的。 在路面设计中，通常忽略上述因素的影响，认为p=pi，并 假定在接触面上，压力是均匀分布的。
2.2.1交通量： 定义：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，还必须区分不同的车型。 交通量观测调查： 1、直接观测：分车型 2、轴载谱调查： 交通量年平均增长率根据长期交通观测资料得到，设计年限内累计交 通量Ne：
N1为设计初始年平均日交通量；Nt=N1(1+γ)t-1
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”
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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。 换算原则：同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同 的损伤程度。 注：其以结构损伤为基础 ( 区别道勘交通量折算→车辆 占用道路净空) n pi N 换算公式： i s
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2.1 行车荷载
2.1.1
客车
车辆种类
自重和满载重量小，车速高，120km/h 6~20个座位 20个座位以上，长途客运和城市公共交通 货箱与汽车发动机一体。 牵引车与挂车分离，牵引车提供动力，牵引 后挂的拖车 牵引车与挂车分离，铰接，牵引车的后轴也 担负部分货车的重量
小客车 中客车 大客车 整车 货车 牵引式挂车
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
qmax≤p×ψ
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2）汽车对道路的振动力作用
a、轮载振动力可近似地看作为呈正态分布，其变异系数 (标准离差/轮载静载)影响因素： 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：轮胎刚度，减振装置效果。 正常情况下，变异系数一般均小于0.3。 b、冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比。在较平 整的路面上，行车速度不超过 50km/h 时，冲击系数不超过 1.30。 路面设计时，有时要计入冲击系数的影响。
Ni ps
式中：α—反映轴型(单轴、双轴或三轴)和轮组轮胎数(单轮或双 轮)影响的系数； n—同路面结构特性有关的系数。
不同路面结构换算公式不同，具体公式见相应规范章节。
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3）轮迹横向分布
a ）车辆在道路横断面上的分布，通常在中心线附近一 定范围内摆动，由于轮迹的宽度远小于车道的宽度，因而车 道上的轴载作用次数既不会集中在横断面的某一固定位置， 也不可能平均分配到每一点上，而是按一定的规律在车道横 断面上分布，该现象称为轮迹横向分布→轮迹横向分布频率 曲线。
对于路面结构设计而言，主要考虑汽车的轴重。由于
轴重的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度，
为了统一设计标准和便于交通管理，各个国家对于轴重的 最大限度均有明确的规定。
据国际道路联合会1989年公布的统计数据，在141个
成 员 国 和 地 区 中 ， 轴 限 最 大 的 为 140KN ， 近 40% 执 行 100KN轴限。 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。通常认为我国的道路车辆轴限为100KN。
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本章主要介绍道路上行车荷载的特点、道路交 通分析、环境因素对路面结构的影响、土基的力学 强度特性与承载能力等基础知识。 2.1 行车荷载 2.2 交通分析
2.3 环境因素对路面结构的影响
2.4 土基的力学强度特性
2.5 土基的承载能力
2.6 路基的变形、破坏及防治 2.7 路面材料的力学特性（选学）
动荷载作用时间短暂，应力来不及传递到较深的土层，路 面变形量减小；可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者是 路面结构强度的相对提高。 重复作用：材料的疲劳/弹塑性材轴载的累积作用次数也是路面设计的重要参数。
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2.2 交通分析
牵引式半挂车
注：1）货车总的发展趋向是向大吨位发展（集装箱，40-50吨） 2）汽车的总重量通过车轴与车轮传递给路面，所以路面结构的设计 主要以轴重作为荷载标准， 3）在设计时：结构设计，主要考虑重型车 路面表面特性(平整性，抗滑性)：以小汽车为主要对象。
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2.1.2 汽车的轴型
注：Ne乘以方向系数和车道系数后即可得到车道交通量。
方向系数：一个行车方向的交通量与行车道交通量的比例。
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2.2.2 轴载组成与轴载换算
1)轴载组成/轴载谱
不同 重量的轴载给路 面结构带来的损伤程度是 不同的→各级轴载所占的 比例即为轴载组成/谱。 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。
车辆类型
初始 交通 量 48 25 1605 518 195 40 25 5 65
等效轴 载换算 系数 0.5123 1.1178 0.0192 0.7041 1.11 0.7108 1.5464 2.1525 0.8204
标准轴 载作用 次数N1 24.5904 27.945 30.816 364.723 216.45 28.432 38.66 10.7625 53.326
中等平整度路面， 车速60km/h， 轮胎着地长23cm 通过时间0.0138s
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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。
上节内容回顾： 1. 道路工程的发展概况→路基路面工程的科研成果； 2. 路基路面的功能和要求： (a)强度和刚度→ 抵抗荷载作用下产生的各种应力和长期荷载作用下产生 的变形； (b)足够的稳定性； (c)耐久性； (d)表面平整性；(e)表面抗 滑性. 3. 影响路基路面稳定性因素 (a)自然因素(地质和地理条件，气候条件，水文及水文地质，土的类别和 强度) (b)人为 因素(荷载作用，路基路面结构，施工方法与质量，养护措施) 4. 路基土的分类及工程性质(根据塑性指标、颗粒组成、有机质含量分为：巨 粒土、粗粒土、细粒土、特殊土) 5.公路自然区划 一级自然区划：根据地理、地貌、气候、土质等因素划分为7个区； 二级自然区划：以气候和地形为主导因素，以潮湿系数为主要标志体系； 三级自然区划：以行政区域作为界限，有两种区划方法：按照地貌、水文和 土类划分；按照水热、地理和地貌划分。
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6. 路基的水温状况和干湿类型(分界稠度)
7. 路面结构及层次划分(对面层、基层、垫层的要求)
8. 路面等级与分类 路面等级：高级、次高级、中级、低级；
路面分类：柔性路面、刚性路面、半刚性路面.
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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
参考教材：路基路面工程，主编：邓学钧，人民交通出版社，2005
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2.1.3 汽车对道路的静态压力(接触压力)
1）定义：汽车对道路的作用可分为停驻状态和行驶状态。 当汽车处于停驻状态下，对路面的作用力为静态压力，主要是 由轮胎传给路面的垂直压力 p，其大小主要取决于车轮的总重。 2）影响因素：
a、汽车轮胎的内压力pi。 b、轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状。
2）轴载组成分析； 3）轴载换算，求当量轴载作用次数； 4）求N1； 5）求Ne
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2.2.4交通量预测分析(例题)
例2.1 某沥青路面，由交通调查资料得知，其中5轴和 5 轴以上的牵引式半拖车和拖车类车辆的日交通量为 165 辆， 由称重得到的这类车辆的轴载组成列于下表，请确定这类车 辆的等效轴载换算系数。
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[解]：由规范，取标准轴载为 100KN。
（1）交通调查，由题目给出； （2）轴载组成分析，如表： （ 3 ）计算各种轴载的换算系数， 结果如表： （ 4 ）轴载换算，计算各种轴载的 当量轴载次数；见表： （ 5 ）求和，可得累计当量轴载作 用次数； （6）则等效轴载换算系数为： 619.31/165=3.75 所以，其等效轴载换算系数为 3.75
以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。
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