第8章补充行车荷载分析2.ppt

行车荷载行车荷载分析分析 行车荷载行车荷载分析分析n n 第一节 车辆的类型和轴载n n 第二节 车辆的静力荷载作用n n 第三节 行车荷载的动态影响n n 第四节 交通量调查与分析 第一节第一节 车辆的类型和轴载车辆的类型和轴载n n一、车辆的类一、车辆的类型型 道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类客车客车：小客车、中客车、大客车；：小客车、中客车、大客车；货车货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车整车、牵引式半挂车、牵引式挂车n n汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构设计路面结构设计主要以主要以轴重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，则主要对路面的起决定作用对于小客车，则主要对路面的表面特性表面特性如：平整性、抗如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求滑性等，提出较高的要求二、汽车的轴型与轴重n n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n n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第二节第二节 车车辆的静力荷载作用辆的静力荷载作用静态压力P的影响因素：ØØ 1.汽车轮胎内压；ØØ 2.轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态；ØØ 3.轮载的大小uu1、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uu2、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uu3 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力作为轮胎接触压力胎接触压力p p当量圆的半径当量圆的半径δδ可以确定为：可以确定为：uu4 4、、对于双轮组车轴，若每一侧的双轮用一个圆表示，称为单对于双轮组车轴，若每一侧的双轮用一个圆表示，称为单圆荷载；圆荷载；如如用二个圆表示，则称为双圆荷载用二个圆表示，则称为双圆荷载 ；；双圆荷载的当双圆荷载的当量圆直径量圆直径d d和单圆荷载的当量圆直径和单圆荷载的当量圆直径D D，分别按，分别按下下式计算式计算：：uu5 5、、我国现行路面设计规范中规定的标准轴载我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZBZZ－－l00l00的的轮载轮载P=100/4=25kNP=100/4=25kN，，p p=700kPa=700kPa，，用用上上式计算，可分别得到相应的式计算，可分别得到相应的当量直径为当量直径为：：d d=0.213m=0.213m，，D D=0.302m=0.302m。

第三节第三节 行车荷载的动态影响行车荷载的动态影响1.1.水平力对路面造成的影响：水平力对路面造成的影响：水平力对路面造成的影响：水平力对路面造成的影响：ØØ 面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产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、车辙等破坏生推移、拥包、波浪、车辙等破坏ØØ 路面表面必须保持足够的附着系数，这是保证正常行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小直接关系结构层承受的水平力荷载ØØ 车辆制动或驱动过程中，作用于路面上的水平力要大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：得多其值由下式确定： Q bQ b==fbPfbP ØØ 附着系数同路面类型和湿度以及行车速度有关，相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，干燥状态的同的路面结构类型，干燥状态的fbfb值比潮湿状态高；路面值比潮湿状态高；路面结构类型干燥状态相同的情况下，车速越高，结构类型干燥状态相同的情况下，车速越高，fbfb值越小值越小 ，如下表所示：，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0.60~0.70-0.35~0.552.轮载的动态变动轮载的动态变动ØØ 轮载动态变化的影响因素：轮载动态变化的影响因素： 车速车速车速车速路面平整度路面平整度路面平整度路面平整度影响影响因素因素车辆振动的特性车辆振动的特性车辆振动的特性车辆振动的特性车速越高，变异系数越大车速越高，变异系数越大 平整度越差，变异系数越大平整度越差，变异系数越大 轮轮胎胎越越软软，，减减震震装装置置的的效效果果越好，变异系数越小越好，变异系数越小 ØØ 冲击系数：振动轮载的最大值与静载的比值。

冲击系数：振动轮载的最大值与静载的比值ØØ 下图下图为轴载变动的一个实测例子，轮载的这种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. 轮载作用的瞬时性轮载作用的瞬时性ØØ 车轮通过路面的时间约为车轮通过路面的时间约为0.010.01～～0.1s0.1s左右，左右，当应力出现的时间很短时，来不及传递分布，其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变形不能像静载作用那样充分ØØ 车速同路面变形的关系车速同路面变形的关系如图：如图：1-1-刚性路面刚性路面, ,角隅弯沉量或边缘角隅弯沉量或边缘应变量随车速的变化应变量随车速的变化; ;2-2-柔性路面柔性路面, ,表面总弯沉量随车速的变化表面总弯沉量随车速的变化 第第四四节节 交通交通量调查与量调查与分析分析 一、交通量及其增长率一、交通量及其增长率一、交通量及其增长率一、交通量及其增长率ØØ 1 1、交通量：指一定时间间隔内，各种车辆通过某一道、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；路断面的数量；ØØ 2 2、年平均日交通量，考虑月分布不均匀系数、日分布、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；不均匀系数等；ØØ 3 3、交通量年平均增长率如下图；、交通量年平均增长率如下图；ØØ 4 4、、调查所得为初始年的平均日交通量。

要确定路面设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，还需要预估该计年限内的总交通量，还需要预估该年限内年限内交通的发展交通的发展 ØØ 5 5、、路面设计所依据的是车道交通量它可以通过对行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二、轴载组成与轴载换算二、轴载组成与轴载换算二、轴载组成与轴载换算ØØ 轴载换算：道路是行驶的车辆轴载与通行次数可以按轴载换算：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标准轴载为BZZ-100BZZ-100。

ØØ 轴载等效换算的原则轴载等效换算的原则：同一种路面结构在不同轴载作：同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度用下达到相同的损伤程度ØØ 设计年限内标准轴载的累计作用次数，可按下述几何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级数公式确定：：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） ØØ 轴载组成是通过实测行驶车辆的轴重得到的轴载组成是通过实测行驶车辆的轴重得到的秤秤重可采用埋置在路面内的台重可采用埋置在路面内的台秤秤或者铺在路面上或者铺在路面上的垫片式传感器进行，重量按的垫片式传感器进行，重量按10kN10kN分级ØØ 分别按各类车辆记下通过的车辆数、轴次数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辆各级轴载的日作用次数 三、轮迹横向分布三、轮迹横向分布三、轮迹横向分布三、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分配到每一点上，而是按一定规律分配在车道横断面上ØØ 下图为下图为宽宽3.75m3.75m的车道上实测到的轮迹横向分布频率曲的车道上实测到的轮迹横向分布频率曲线线：：  轮迹横向分布的图形和峰值取决于交通的渠化程度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它随交通组织类型、车道宽度、交通组成和交通量等变化ØØ下图下图为不分车道混合行驶的公路上实测到的频率曲线为不分车道混合行驶的公路上实测到的频率曲线：： n n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。