第8章(补充)行车荷载分析-2

行车荷载分析行车荷载分析第一节车辆的类型和轴载第二节车辆的静力荷载作用第三节行车荷载的动态影响第四节交通量调查与分析第一节车辆的类型和轴载一、车辆的类型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。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。二、汽车的轴型与轴重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。目前我国公路行使的车辆，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。多轴多轮化发展。第二节车辆的静力荷载作用静态压力P的影响因素：1.汽车轮胎内压；2.轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态；3.轮载的大小。1、一般情况下，接触面上的压力分布是不均匀的。但在路面设计中，而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。2、轮胎与路面的接触面形状如下图所示，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：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可以确定为：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：5、我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ－l00的轮载P=100/4=25kN，p=700kPa，用上式计算，可分别得到相应的当量直径为：d=0.213m，D=0.302m。pPpPd4pPD8第三节行车荷载的动态影响1.水平力对路面造成的影响：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。路面表面必须保持足够的附着系数，这是保证正常行车的重要条件。但是从路面结构本身来看，附着系数的大小直接关系结构层承受的水平力荷载。车辆制动或驱动过程中，作用于路面上的水平力要大得多。其值由下式确定：Qb=fbP附着系数同路面类型和湿度以及行车速度有关，相同的路面结构类型，干燥状态的fb值比潮湿状态高；路面结构类型干燥状态相同的情况下，车速越高，fb值越小，如下表所示：纵向滑移路面附着系数fb路面状况路面类型车速(km/h)122364干燥碎石-0.60-沥青混凝土0.70~1.00-0.50~0.65水泥混凝土0.70~0.80-0.60~0.80潮湿碎石-0.40-沥青混凝土0.45~0.65-0.10~0.50水泥混凝土0.60~0.70-0.35~0.552.轮载的动态变动轮载动态变化的影响因素：车速路面平整度影响因素车辆振动的特性车速越高，变异系数越大平整度越差，变异系数越大轮胎越软，减震装置的效果越好，变异系数越小冲击系数：振动轮载的最大值与静载的比值。下图为轴载变动的一个实测例子，轮载的这种动态变动，可近似地看作为呈正态分布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，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：1-刚性路面,角隅弯沉量或边缘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第四节交通量调查与分析一、交通量及其增长率1、交通量：指一定时间间隔内，各种车辆通过某一道路断面的数量；2、年平均日交通量，考虑月分布不均匀系数、日分布不均匀系数等；3、交通量年平均增长率如下图；4、调查所得为初始年的平均日交通量。要确定路面设计年限内的总交通量，还需要预估该年限内交通的发展。5、路面设计所依据的是车道交通量。它可以通过对行车道交通量乘以方向系数和车道系数后得到。方向系数为一个行车方向的交通量占行车道交通量的比例。交通量年平均增长率变化范围（%）公路等级设计年限(a)1015203040高速5～94～74～73～62～4一级6～114～93～92～62～4二级5～123～82～62～41～3三、四级3～242～182～131～81～6二、轴载组成与轴载换算轴载换算：道路是行驶的车辆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。我国的标准轴载为BZZ-100。轴载等效换算的原则：同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度。设计年限内标准轴载的累计作用次数，可按下述几何级数公式确定：136511NNte式中：N1——初始年标准轴载的平均日作用次数；t——设计年限，a；γ——设计年限内交通量年平均增长率（以小数表示）。轴载组成是通过实测行驶车辆的轴重得到的。秤重可采用埋置在路面内的台秤或者铺在路面上的垫片式传感器进行，重量按10kN分级。分别按各类车辆记下通过的车辆数、轴次数和相应的轴重。而后，按车型分别整理成各级轴重作用频数（频率）的直方图，作为该类车辆的典型轴载谱。由交通调查得到的各类车辆的日交通量，乘以该类车辆的轴载谱，即可得到每类车辆各级轴载的日作用次数。三、轮迹横向分布由于轮迹的宽度远小于车道的宽度，因而总的轴载通行次数既不会集中在横断面上某一固定位置，也不会平均分配到每一点上，而是按一定规律分配在车道横断面上。下图为宽3.75m的车道上实测到的轮迹横向分布频率曲线：轮迹横向分布的图形和峰值取决于交通的渠化程度，它随交通组织类型、车道宽度、交通组成和交通量等变化。下图为不分车道混合行驶的公路上实测到的频率曲线：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。