行车速度对沥青路面力学参数及响应的影响
行车作用下车速对路面动载荷的影响研究
行车作用下车速对路面动载荷的影响研究摘要：行车作用下对路面动载荷影响着行车舒适度和路面疲劳损伤寿命，为了研究评估动载荷对路面影响，基于车路整体考虑建立了二分之一车辆动力学模型，并在Simulink/MATLAB 中进行仿真，分析了路面不平度、车辆行驶速度等因素对路面动载荷的影响。
研究结果表明：在高等级路面下，随着车速的提高，动荷载的变化比较平缓；低等级路面下，车速的改变使得车辆施加给路面的动荷载增大的非常明显，同时动荷载系数也增大的非常明显。
该研究为车路耦合振动能量的传播、路面疲劳损坏维护提供了理论依据。
关键字：路面工程车辆动力学模型车辆速度动载荷Research on the influence of vehicle speed on dynamic load of road surface under driving actionFu zi-Jun1National Engineering Laboratory for Hig hway Maintenance Equipment, Chang’an University2Key Laboratory of Road Construction Technology and Equipment of MOE, Chang’an UniversityAbstract: The impact of the vehicle on the dynamic load of the road under the action of the vehicle affects the ride comfort and pavement fatigue damage life. In order to study and evaluate the impact of dynamic loads on the road surface, aone-half vehicle dynamics model was established based on the overall consideration of the roadway and was simulated in Simulink/MATLAB, and the influence of road roughness, vehicle speed and other factors on the dynamic load of theroad surface is analyzed. The research results show that under the high grade road surface, the dynamic load changes more slowly with the increase of vehicle speed; under the low-grade road surface, the change of the vehicle speed makesthe dynamic load applied to the road surface of the vehicle increase significantly, and the dynamic load coefficient also increases obviously. This study provides a theoretical basis for the transmission of coupled vibration energy of roadsand themaintenance of pavement fatigue damage.Keywords: Pavement Engineering, Vehicle Dynamics Model, Vehicle Speed, Dynamic Load0引言截止2017年底，我国公路总里程已经超越500万公里，公路交通成为交通运输的重要途径。
沥青混合料本构关系对路面力学响应的影响_赵延庆
１．１ 粘弹性力学参数 根据 Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ叠加 原 理，粘 弹 性 材 料 具 有 如
下 的 积 分 型 本 构 关 系 ［５］
∫ σ（ξ）＝ ξ０Ｅ（ξ－τ）应 变；Ｅ 为 粘 弹 性 材 料 的 松
弛 模 量 ；τ 为 积 分 变 量 ；ξ 为 缩 减 时 间 。 由 于 沥 青 混 合 料 为 热 流 变 简 单 材 料［６］，则 缩 减
性质。
由于 沥 青 混 合 料 的 松 弛 试 验 操 作 较 为 困 难，利
用沥青混合料不同温度和荷载频率下复数模量试验
结果，通过 基 本 粘 弹 性 关 系 转 化 可 确 定 松 弛 模 量。 复数 模 量 试 验 根 据 ＡＡＳＨＴＯ ＴＰ６２－０３：２００５［７］进 行，各混 合 料 的 复 数 模 量 试 验 在 ５ 种 温 度 下 进 行 （４ ℃，１５ ℃，２５ ℃，４０ ℃ 和 ５５ ℃），在 每 一 种 温 度 下，测 定 了 ７ 种 不 同 频 率 下 （２５，２０，１０，５，１，０．５， ０．１ Ｈｚ）的复数模量。 复 数 模 量 试 验 中 可 以 得 到 沥 青混合料的 动 态 模 量｜Ｅ＊｜和 相 位 角 ，复 数 模 量 Ｅ＊ 如式（３）所示 Ｅ＊ ＝｜Ｅ＊｜ｃｏｓ（）＋ｉ｜Ｅ＊｜ｓｉｎ（） （３）
（大连理工大学 交通运输学院，辽宁 大连 １１６０２４）
摘 要 ：为 了 给 沥 青 路 面 结 构 的 分 析 和 设 计 提 供 参 考 ，利 用 三 维 有 限 元 方 法 对 典 型 沥 青 路 面 结 构 的 力 学 响 应 进 行 了 分 析 ，分 析 中 分 别 将 沥 青 混 合 料 当 作 粘 弹 性 材 料 和 以 动 态 模 量 、抗 压 回 弹 模 量 表 征 其 基 本 力 学 参 数 的 弹 性 材 料 。 分 析 了 不 同 温 度 、行 车 速 度 及 基 层 类 型 下 路 表 弯 沉 、沥 青 面 层 底 和 半 刚 性 基 层 底 水 平 应 力 ，并 对 结 果 进 行 了 比 较 。 结 果 表 明 ：基 于 动 态 模 量 的 分 析 和 粘 弹 性 分 析 结 果 比 较 接近，尤其是路表弯沉峰值和半刚性基层底水平应力峰值的平均相对误差在 ２％以内；而采用抗压 回 弹 模 量 分 析 的 结 果 则 差 别 较 大 ，尤 其 是 沥 青 面 层 底 拉 应 力 峰 值 只 有 粘 弹 性 分 析 结 果 的 １／３ 左 右 ； 在 弹 性 分 析 范 畴 内 ，应 该 用 动 态 模 量 取 代 抗 压 回 弹 模 量 ，以 提 高 路 面 力 学 响 应 分 析 结 果 的 精 度 并 综 合 考 虑 温 度 、行 车 速 度 等 因 素 的 影 响 。 关 键 词 ：道 路 工 程 ；沥 青 混 合 料 ；本 构 关 系 ；动 态 模 量 中 图 分 类 号 ：Ｕ４１４．１ 文 献 标 志 码 ：Ａ
浅谈行车速度对桥梁动力响应的影响
浅谈行车速度对桥梁动力响应的影响1 引言随着现代公路交通建设的飞速发展，各种交通车辆的数量迅速增长，车辆的行驶速度和载重量也有很大提高。
不断增长的高速、重载汽车与众多服役期满或损伤较为严重的桥梁承载能力不足之间的矛盾日益突出。
近年来，随着轻质高强材料和新型结构的应用，桥梁结构不断向着轻型化方向发展。
这些因素使得汽车动荷载在桥梁承受的荷载中所占的比例越来越大。
在行驶车辆作用下，桥梁结构将产生比相同静载作用下更大的变形和应力。
因此，车辆荷载对桥梁结构的冲击和振动影响，已成为桥梁结构计算分析中不容忽视的重要因素之一[1]。
从桥梁结构的动力响应分析角度而言，冲击系数源于三个方面：理想的移动荷载作用桥面引起桥跨结构的振动，引起动力放大；车辆自身的振动使其加载在桥面上的力也有一定的波动；实际的桥面不平整引起车辆跳动产生冲击作用。
这三者之间影响是相互关联的，车与桥跨结构的振动是耦合在一起的，桥面不平也会引起车桥的振动对于公路桥梁，车辆的质量远小于桥跨质量，因此车辆的质量对车桥耦合振动的影响较小，可忽略其影响从而使动力分析简化[2]。
本文通过midas civil有限元时程分析方法，研究了简支梁桥在不同行駛速度的车辆荷载下，车辆通过桥跨结构时桥梁的动力响应过程[3]。
2.工程概况本文所采用的桥墩模型为一跨径为30m的简支梁桥，主梁截面采用T型截面，尺寸如下图1所示。
为了保证计算结果的准确，取10个不同的速度工况。
由于本文主要研究行车速度对简支梁桥的动力响应的影响，因此排除桥梁其他因素，诸如桥面不平整度，车辆自振等因素的影响。
图1 截面参数3 有限元仿真计算模型3.1 计算工况由于不考虑车辆自身重量对桥梁动力分析得影响，因此我们取后轴重140kN 作为计算荷载，简支桥梁上部结构采用C40混凝土，在midas civil中由于无法直接模拟车辆在桥面上的连续行驶，因此本文采用动力节点荷载，在瞬时冲击作用下，设置各个集中质量点的到达时间，以此来控制车辆在桥面的行车速度。
浅述运行车速作为道路线形设计基础参数的合理性
浅述运行车速作为道路线形设计基础参数的合理性路 霞(临沂市公路勘察设计院,临沂 276000)摘 要:通过分析车辆行驶特性,指出了设计车速作为路线设计基础参数存在的缺陷,从而提出了运行车速理论,并且结合川九路的成功案例,论述了运行车速在道路线形设计中应用的合理性,并对传统道路线形设计方法提出了改进。
关键词:道路线形设计;运行车速;基础参数;设计方法;安全性中图分类号:U412.3 文献标识码:B 文章编号:1673-6052(2010)05-0015-03道路线形是平面线形、纵断面线形和横断面的集合体。
道路几何线形设计是道路设计的核心内容,它是车辆运行的直接载体,一旦确定,无论优劣,都很难改变,高速公路尤其如此。
这就要求对线形设计质量特别重视,任何一个不安全的指标、一个不良的组合设计都可能形成交通安全隐患。
以往,我们已经认识到长直线接小半径等不利线形组合是车辆运行安全的隐患,但受设计车速(或计算行车速度)为参数基础的线形设计方法的制约,该问题一直无法定量化。
运行车速理论提供了解释和解决该类问题的方法。
1 车辆行驶特性道路设计的目的是尽量满足汽车的行驶要求,所以道路线形设计必须符合汽车的行驶特性,在保证汽车行驶力学要求的基础上,充分考虑驾驶员视觉和心理方面的要求,注意公路线形设计,尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。
车辆在公路上行驶,驾驶人是根据自己对车辆性能的了解,对前方公路线形和路况等的直觉判断来进行操作,他们不清楚也不必清楚设计者的意图,他们只需要知道(在匀速行驶时):(1)遇到直线,保持方向盘归位不动;(2)遇到圆曲线,保持方向盘角度基本固定,并随时调整;(3)遇到回旋线,保持方向盘匀速转动,并随时调整。
也就是说,对于驾驶人而言,在路上行驶的过程是将基于数学的平面线形转变为基于自己直觉的驾驶操作的过程,因此,线形设计过程是对驾驶人理想操作情况下的汽车行驶轨迹的最大化摸拟过程。
关于沥青混合料动态模量分析
Research 研究探讨341关于沥青混合料动态模量分析夏 盟（重庆交通大学 土木工程学院， 重庆 400041）中图分类号：G322 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2018）03-0341-01摘要：动态模量是沥青混合料的一个重要力学参数之一，沥青混合料材料的动态模量既受温度的影响，也受荷载频率的影响。
由于沥青混合料对温度较高和较低时都比较敏感，因此要在不同的温度下研究沥青混合料的动态模量。
检验温度对路面的影响有三种方法：理论法，数理统计法和数值分析法。
动态模量测试的方法可以分为室内和室外测试动态模量。
荷载频率对动态模量的影响，主要是行车速度产生的荷载频率，车辆的行驶速度不同，对路面的振动频率不同，相应的荷载作用频率就会不同。
车辆的行驶速度增加后，对路面的荷载频率也会相应的增大。
当荷载继续增大，动态模量的增加会逐渐变得平缓，最后几乎不再变化。
关键词：动态模量；温度；荷载频率；含水率0 引言随着改革开放的发展，我国公路也相应的快速发展。
公路的快速发展同时也为我国经济的快速发展奠定了坚实的基础。
我国建设高速公路的发展历程已经走过一些年，这些年来我国公路建设已经取得巨大成就。
我国在公路建设这方面起步较晚，所以目前仍然处在建设公路的好时期。
各个等级的公路的开通，不仅加快了我国经济的建设，连通了各个区域，而且也间接的提高了人民的生活质量。
动态模量作为沥青路面的一个重要参数，而荷载频率对动态模量有一定的影响，因此就有必要研究荷载作用下动态模量的变化情况，可以对路面的动态模量进行评价。
1 温度的影响1.1 区域差异在我国，研究路面力学性状之前，先进行抗压回弹模量的计算。
这种方法是比较简单的，但是会有一些不足。
在实际工作当中，在施工现场，不能够反应出来沥青路面的动态模量。
温度对沥青混凝土的动态模量的影响很大，路面平时就是在自然环境之下的，受太阳辐射照射，也会经受着不同时期的不同气候，沥青材料温度的影响就会比较强烈。
路面车辙与车辆荷载的关系
1路面车辙与车辆荷载的关系车辙是沥青路而在自然温度场中经受车辆的重复荷载作用下，沥青混合料产生永久变形和塑性流动逐步形成的。
轴载对沥青路而高温车辙的影响是不言而喻的。
特别是重型车、超载车对加速沥青路而的变形起到了推波助澜的作用。
轮胎气压是适应车辆荷载的，荷载越大，则轮胎气压越高。
车辆超载会促使汽车司机去增加轮胎气压，据资料表明，有些超载货车的轮胎气压高达1.1 MPa。
行车速度对沥青路而永久变形的影响主要反映在荷载的持续时间上，车辆行车速度越慢，荷载作用时间越长，所引起的路而变形越大。
这种现象主要出现在停车场、车站、交叉口、爬坡车道、收费站以及其他交通拥挤、车辆行驶缓慢的地方。
沥青混合料是由矿质骨架和沥青混合料所构成的，具有空间网格结构的一种多相分散体系，其力学强度主要由矿质颗粒之间的摩阻力和嵌挤作用以及沥青和矿料之间的粘结力所构成。
沥青混合料中嵌挤力和内摩阻力的大小主要取决于矿质集料的特性和沥青用量。
沥青混合力的粘聚力主要取决于沥青与矿料之间的相互作用力和沥青材料本身的粘结力。
一般根据沥青结构层的三向应力状态，认为沥青混合料的抗剪强度符合摩尔一库仑公式”c+ 6tg }Z} o 目前车辙预测方法大致分为三类:(1)理论分析法;( 2)理论分析加经验分析;(3)统计分析法。
近年来，我国一些研究单位依据各自的试验条件，在开展沥青路而永久变形的研究过程中，车辙预估模型很多是建立在弹性层状体系理论基础上的，通过计算荷载作用下沥青而层各亚层垂直压应力或回弹变形，最后考虑混合料的粘性等因素进行修正。
本文将分析不同垂直荷载作用下而层的垂直压应力的变化。
图1和图2分别为纵向花纹分布荷载和横向花纹分布荷载作用下而层垂直应力变化曲线。
从图中可以看到:(1)轴载对垂直压应力的影响很大，轴载越大，垂直压应力越大。
对于纵向花纹分布荷载，当轴载从100 kN增大到140 kN时，压应力的最大值从610.47 kPa增大到740.23 kPa，增加了21.3%。
行车荷载下沥青路面响应分析
关 键 词 ：公路 ； 动 荷 栽 ；动 力 有 限 元 ；阻尼 矩 阵 ； 面 弯沉 移 表
中 图 分 类 号 ： １ ． １ Ｕ４ ６ ２ ７ 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ １ ２ ６ （ ０ ６ ０ —０ ５ —０ １ ７ — ６ ８ ２ ０ ）３ ０ ５ ３
｛ ） Ｎ］ ） ｒ 一［ ｛
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维普资讯
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５６
动 的结构 中取 出一 微 小 部 分 ， 它单 位 体积 上作 用 在
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［幻 ｛ ＋［ ］ ） ［ ｛ 一 ｛ Ｔ） ＾ ） Ｃ ｛ ＋ Ｋ］ ） Ｆ（ ）
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式 中 ： 比例 常数 ； 为形 函数 。 ａ是 Ｎ 利用 式 （ ） ５ 可求 得单 元 结点 上 的阻 尼力
近年来 ， 随着经 济 的快 速发 展 ， 界 各 国修 建 了 世 大量 的高 速 公 路 。公 路 交 通 越 来 越 表 现 为 交 通 量
大、 汽车载 重增 加 、 速加 快 等 特 点 ， 有 这些 不仅 车 所
荷 载移 置 的一般 公式 为
（；肌 捌 Ｐ一 ） ｄ ｚ
｛ Ｆ） ＩＮ］ ｛ ）Ｖ— 一 ｄ Ｉ
［ 一 ＩＮ］ｐＮ］ Ｖ ｍ］ ［ ｄ Ｉ
１ ２ 阻 尼 矩 阵 ．
如 果 假定 阻 尼 力 正 比于 质 点 的 运 动 速度 ， 运 从
路基路面工程第二章行车荷载环境因素材料的力学性质
1.研究行车荷载的原因：1）汽车是路基路面的服务对象。
路基路面的主要功能是保证车辆快速、安全、平稳地通行。
2）汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原因。
要做好路基路面结构设计，必须对行车荷载进行分析。
2.对行车荷载的研究内容：汽车的轮重与轴重；不同车型的车轴布置；设计期限内，汽车的轴型分布及汽车年通过量的逐年变化；汽车的静态荷载与动态荷载特性比较。
3.车辆的种类：道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类；客车：小客车、中客车、大客车；货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。
4.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。
5.汽车的轴型：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，各个国家均对轴重的最大限度有明确的规定。
我国公路与城市道路设计规范中均以100kN作为标准轴重。
目前我国公路上行驶的车辆，后轴轴载一般在60～130kN 范围内。
汽车货运朝大型重载方向发展，货车的总重量有增加趋势，超载运输问题在我国日益突出。
对超载的定义：2000年2月，交通部《超限运输车辆行驶公路管理条例》规定：“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（每侧双轮胎）载质量18000kg。
”附则第二十九条规定，单轴轴载最大不得超过13000kg。
6.静态压力P的影响因素：汽车轮胎内压；轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态；轮载的大小。
7.轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，在设计中以圆形接触面积来表示。
该圆称为当量圆。
标准轴载BZZ－100的设计参数：轮载P＝100／4kN，p=700kPa，双圆均布荷载的当量圆直径为：0.213m。
8.运动车辆对道路的动态影响：1）水平力：前进方向上的水平力和转弯时的侧向水平力。
水平力对路面造成的影响：当路面面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产生推移、拥包、波浪、车辙等破坏。
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Fig． 9 Effects of vehicle speed on compressive strain at the top of subgrade
程的形式或其中的参数则需要做相应的变化，并通过对设计方程进行现场标定，以取得较为客观的结果．
5 结束语
本文利用试验确定的沥青混合料的动态模量主曲线和时间温度转化因子，结合实测的路面结构温度 场，定量分析了行车速度对沥青混合料动态模量及路面结构力学响应的影响． 结果表明，随着行车速度的 增加，路面结构内不同深度的荷载频率及动态模量随之增加． 在夏天，动态模量随行车速度增加的速率要 快于冬天，而荷载频率增加的速率则慢于冬天． 当行车速度从 10 km / h 增加到 130 km / h 时，路面结构内动 态模量可增加 3 倍以上． 随着行车速度的增加，路表弯沉，沥青层底拉应变，土基顶面压应变等力学响应 随之减少，并且在夏天减少的幅度要大于冬天． 当行车速度从 10 km / h 增加到 130 km / h 时，各力学响应可 减少 20% 以上，所以在路面结构分析和设计中应该考虑行车速度的影响．
图 5 不同行车速度下荷载频率比值 Fig． 5 Loading frequency ratios at various vehicle speeds
图 6 不同行车速度下动态模量比值 Fig． 6 Dynamic modulus ratios at various vehicle speeds
4 行车速度对路面结构响应的影响
1 沥青混合料的力学参数
行车速度对沥青混合料力学参数的影响是通过改变荷载作用频率来实现的，而影响程度的大小则和
混合料温度有很大关系． 我国目前在沥青路面结构分析和设计中采用抗压回弹模量，实验温度为 15 ℃ 或
20 ℃［1］，这并不能很好地代表在实际环境中沥青混合料所经历的较宽范围的工作温度． 另外，我国规范中
由图 7 ～ 9 可知，随着行车速度的增加，沥青混合料的动态模量增加，从而使路表弯沉，沥青层底拉应 变和土基顶面压应变等力学响应随之减少． 各力学响应初期减小较快，以后减小速率逐渐放缓． 各力学 响应在夏天减小的幅度要大于冬天． 在夏天，当行车速度从 10 km / h 增加到 120 km / h 时，路表弯沉、沥青
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北京工业大学学报
2010 年
图 7 行车速度对路表弯沉的影响 Fig． 7 Effects of vehicle speed on pavement
surface deflection
图 8 行车速度对沥青层底拉应变的影响 Fig． 8 Effects of vehicle speed on tensile strain at
沥青混合料的力学性质随着行车速度的改变而改变，这必然会影响到路面结构的力学响应． 本文针 对表 1 所示的路面结构，分析了行车速度对路面结构响应的影响． 由于目前不少路面设计方法以基层底 面的拉应变和土基顶面压应变为控制指标，另外，我国规范中以路表弯沉为控制指标，所以本研究对路表 弯沉、沥青基层底面拉应变、土基顶面压应变 3 种力学响应进行了分析． 分析中采用我国规范中的双圆均 布荷载，轮压 0. 7 MPa． 分别分析了在夏天和冬天，行车速度为 10、40、70、100 和 130 km / h 时 3 种力学响 应的变化情况，结果见图 7 ～ 9．
抗压回弹模量采用 2 mm / min 的加载速度，其 作用频率是多少并不明确，所以采用抗压回弹 模量很难分析荷载频率对沥青混合料力学性质 的影响［2］． 本文采用沥青混合料的动态模量主 曲线和时间－ 温度转化因子来分析这一问题．
本文针对一柔性基层沥青路面结构进行研 究，路面结构如表 1 所示． 对各层沥青混合料 按 AASHTO TP － 62 进行动态模量试验［3］． 各 层沥青混合料的动态模量试验在 5 个温度下进 行，分别为 4、15、25、40 和 55 ℃ ，在每个温度
3 行车速度对沥青混合料动态模量的影响
图 3 夏天和冬天路面典型温度场 Fig． 3 Typical pavement temperature fields in
summer and winter
不同的行车速度会在路面结构内引起不同的荷载作用频率． 本文采用“等效厚度法”预测某一行车速 度在路面结构不同深度引起的荷载频率［6］． 等效厚度法预测路面结构内应力脉冲时间利用
第 36 卷 第 9 期 2010 年 9 月
北京工业大学学报 JOURNAL OF BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vol． 36 No． 9 Sep． 2010
行车速度对沥青路面力学参数及响应的影响
赵延庆1 ，于 新2 ，谭忆秋3
（ 1． 大连理工大学 交通运输学院，大连 116024； 2． 河海大学 土木与交通学院，南京 210098； 3． 哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院，哈尔滨 150001）
图 4 所示． 由图 4 可知，无论夏天或冬天，路面结构不同深度处的荷载频率和动态模量随着行车速度的增
加而增加． 在同一行车速度下，越靠近路表面，荷载作用频率越高． 对于动态模量，其变化不仅受荷载频
率的影响，而且还受温度场分布及沥青混合料类型的影响，所以动态模量的变化较为复杂． 为了便于比
较，以行车速度为 10 km / h 时得到的荷载频率及动态模量为基准，计算了其他行车速度时得到的荷载频率
第9 期
赵延庆，等： 行车速度对沥青路面力学参数及响应的影响
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和动态模量与基准值的比值，结果见图 5 和图 6．
图 4 行车速度对频率及动态模量的影响 Fig． 4 Effects of vehicle speed on frequency and dynamic modulus （ summer）
见文献［6，8］． 这样就可以分析不同温度下行车速度对沥青混合料力学参数的影响．
对于夏天及冬天 2 种路面结构温度场，分别计算了行车速度为 10、40、70、100 和 130 km / h 时路面结
构不同深度处的频率及动态模量，计算深度分别取各层沥青混合料的层中位置（ 2． 5、13 和 29 cm） ，结果如
the bottom of asphalt layer
层底拉 应 变 和 土 基 顶 面 压 应 变 分 别 减 少 了 22% ，
32% 和 29% ，而在冬天则分别减少了 11% ，31% 和
22% ． 可见，行车速度对路面结构力学响应有重要影
响，这必将影响到路面结构的使用性能，所以在路面
结构分析和设计中应该考虑行车速度的影响． 需要
t
=
L 17． 6v
（ 1）
其中，t 为应力脉冲时间，可以和荷载频率相互转化； v 为行车速度； L 为有效长度； 为确定 L，等效厚度法将
路面土基以上各层结构转化为厚度为有效厚度、模量为土基模量的一层，并假设在转化后的当量路面结构
中应力沿 45°角向下直线扩散． 在某一深度处的 L 即为该深度处应力影响区的水平距离，计算公式及步骤
关键词： 行车速度； 荷载频率； 动态模量； 路面响应
中图分类号： U 416． 2
文献标志码： A
文章编号： 0254 － 0037（ 2010） 09 － 1253 － 05
行车速度对沥青路面的力学参数及响应有重要影响． 根据沥青混合料的时间－温度等效原理，沥青混 合料在较低频率荷载作用下的力学参数和在较高温度时的力学参数相当． 这意味着当行车速度降低时， 作用于路面结构内沥青混合料的荷载频率降低，从而使其模量减小，这样就会使沥青路面中的关键力学响 应变大，对路面结构的使用性能产生不利影响． 在工程实践中，经常有实际的案例证明这一现象，比如在 上坡路段或十字路口经常出现比正常路段严重很多的病害，就是因为这些特殊路段的行车速度要远小于 正常路段． 然而目前对于行车速度对沥青混合料性质及路面结构响应影响的分析大多还是定性的，本文 即针对这一问题进行定量的分析研究．
摘 要： 利用室内试验确定的沥青混合料的动态模量主曲线和时间－ 温度转化因子，结合实测的冬天和夏天沥 青路面结构的典型温度场，定量分析了行车速度对沥青路面材料性能及结构力学响应的影响． 结果表明，当行 车速度从 10 km / h 增加到 130 km / h 时，路面结构内动态模量可增加 3 倍以上，路表弯沉、沥青层底拉应变和土基 顶面压应变等关键力学响应可减少 20% 以上． 在冬天和夏天，材料性质及路面响应随车速的变化幅度有所不 同． 研究表明，为了得到更客观的结果，在路面结构分析和设计中应考虑行车速度的影响．
说明的是，沥青混合料的动态模量值一般大于抗压回
弹模量值，这样按动态模量计算得到的路面结构力学
响应将较小，但这并不意味着按动态模量进行路面设
计时应采用较小的厚度． 因为材料力学参数的取值
图 9 行车速度对土基顶面压应变的影响
和设计方程是一个配套的整体，我国目前的设计方程 是基于抗压回弹模量的，当采用动态模量时，设计方
层位 1 2 3 4 5 6
表 1 路面结构 Table 1 Pavement structure
材料类型 SBS 改性沥青（ PG76－22） SMA13 SBS 改性沥青（ PG －76－22） Sup20
普通沥青（ PG64－22） Sup25 级配碎石
干压回收废料 路基
厚度 / cm 5． 0 16． 0 16． 0 22． 0 20． 0
由图 5 可知，无论夏天或是冬天，荷载频率比值随行车速度大约呈线性增长，且靠近路表处增大速率 稍快． 在路面结构相同深度处，在冬天荷载频率比值的增长速率要快于夏天． 当行车速度从 10 km / h 增加 到 130 km / h 时，不同深度处的荷载频率在夏天可增加 9. 7 ～ 11. 7 倍，在冬天可增加 11. 5 ～ 12. 3 倍． 由图 6 可知，无论在夏天或是冬天，动态模量比值随行车速率起初增加较快，然后逐渐放缓． 在夏天动态模量 比值增加的速率要明显快于冬天． 在路面结构不同深度处，当行车速度从 10 km / h 增加到 130 km / h 时，在 冬天动态模量可增加 1. 3 ～ 1. 9 倍，而在夏天可以增加 2. 6 ～ 3. 1 倍．