第六章交通荷载及路面设计参数

《路基路面工程》Pavement Engineering国家精品课程第六章◆交通荷载及路面设计参数◆Traffic Load and Structural Parameters主要内容◆第一节交通荷载及其对路面的作用◆第二节标准轴载及轴载换算◆第三节路面材料设计参数第一节交通荷载及其对路面的作用◆核心内容☐车辆的种类☐汽车的轴型☐汽车对道路的静态压力☐运动车辆对道路的动态影响☐交通分析第一节交通荷载及其对路面的作用◆交通荷载☐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（Dynamic Load or Moving Load ）；☐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、汽车轴载的时间分布特性、汽车静态与动态荷载特性等。

第一节交通荷载及其对路面的作用◆交通荷载1、车辆的种类☐道路上通行的汽车车辆主要分为乘用车与商用车两大类。

☐乘用车（小于9座）又分为小客车、中客车与大客车；☐商用车又分为整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。

☐汽车及其客货总重量通过车身传递到车轴，再传递到车轮，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。

2、汽车的轴型◆汽车轴载－－轴型分布☐单轴单轮☐单轴双轮☐双轴单轮☐双轴双轮☐多轴多轮目前规范分7种2、汽车的轴型图2-1 不同轴型的货车示意图✓车辆类型分类目前规范分11类2、汽车的轴型◆轴（轮）组与轴重：☐整车分前轴和后轴，绝大部分车辆的前轴为两个单轮组成的单轴（轴载约为P/(3-6)。

大部分货车后轴由双轮组组成，有单轴、双轴和三轴等三种。

☐为了保证安全，对单轴最大容许值见表6-3表6-3 汽车及挂车单轴的最大允许轴载的最大限制单位：Kg2、汽车的轴型◆轮压与压圆☐轮胎对路面的静态压力大小与胎内压相接近，压面近似为圆形，d 由p 、P 来计算，p 可近似取轮胎气压。

图2-2 车轮荷载计算图式a)单圆图式；b)双圆图式✓轮压与压圆PP P PP dPPd dd D1.5dD路面路面a)b)3、汽车对道路的静态压力对于双轮组车轴，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：b)单圆荷载的当量圆直径D：82PD dpπ==3、汽车对道路的静态压力pPπδ=✓荷载圆半径和直径道路上行驶的汽车除给路面施加垂直压力外，还施加水平力，对路面固定点而言，这种影响又具有瞬时性、重复性、振动性。

图6-2 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PPPPVQQa)b)c)d)4、运动车辆对道路的动态影响◆1）水平力：行车安全要求q max ≤ p ⋅ϕ，其中ϕ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）冲击系数：车轮荷载运动过程产生振动的最大峰值与静荷载之比称为冲击系数。

水泥混凝土路面设计时考虑综合修正系数（振动等）。

◆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。

4、运动车辆对道路的动态影响4、运动车辆对道路的动态影响水泥混凝土路面在移动荷载作用下的响应4、运动车辆对道路的动态影响车速与路面变形的关系轴载的动态波动第二节交通数据调查◆1）交通工程年平均日交通量(AADT)☐交通量是指在单位时间内，通过道路某一断面的交通实体数。

☐我国的《公路工程技术标准》（JTG B01）确定道路等级时规定的标准车是小客车，即将混合交通量换算成为以小客车为标准的交通当量。

◆2）交通工程初始年平均日交通量换算系数3）路面设计交通调查方法交通量调查与分析：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：不同轴载的作用次数的频率组成即为轴载谱轴载换算：各不同轴载应根据某一指标按其对路面结构的损伤作用的等效性换算成其它轴载的作用次数，从而可使用标准轴载来综合累计。

第二节交通数据调查第二节交通数据调查◆4）调查方法☐地磅静态称重☐人工千斤顶称量☐移动式称重WIM（weigh-in-motion ）WIM设备可以分成固定式和移动式两类-4,0-3,5-3,0-2,5-2,0-1,5-1,0-0,50,00,51,000,511,522,53S t r a n (V )Static Dynamic5）年平均日交通量AADTAADT：年平均日交通量AADT ：设计车道的初始年平均日交通量第二节交通数据调查6）设计车道年平均日货车交通量Q 1：AADTT ：2车6轴及以上车辆的双向初始年平均日交通量7）方向系数☐实测不同方向上的交通量，计算方向系数。

☐无实测数据时，方向系数可在0.5~0.6范围内选取。

8）车道系数◆沥青路面：分为三个层次确定车道系数。

☐第一层次，根据现场交通量观测资料，统计设计方向不同车道上车辆的数量，确定车道系数；☐第二层次，采用当地的默许值；☐第三层次，采用推荐的默许值。

◆水泥路面：直接采用推荐的默许值。

第二节交通数据调查第二节交通数据调查◆9）车辆类型分布系数☐对于沥青路面，车辆类型分布系数可按三个水平确定：水平一，根据交通观测资料分析２类～１１类车型所占的百分比，得到车辆类型分布系数；水平二，根据交通历史数据或经验数据按照表６－９确定公路ＴＴＣ分类，采用该ＴＴＣ分类车辆类型分布系数当地经验值；水平三，根据交通历史数据或经验数据按表６－９确定公路ＴＴＣ分类。

采用表６－１０规定车辆类型分布系数。

第二节交通数据调查◆9）车辆类型分布系数10）轴载谱第二节交通数据调查轴载谱轴载谱：某一轴载通过量占道路上各种轴载通过总量的比例第二节交通数据调查◆10）轴载谱-沥青路面☐第一输入层次✓通过在车道上设置称重设备，连续的采集设计车道上所有2类~11类车辆的类型、轴型组成及轴重数据，并按照表6-2对车辆进行分类。

✓（1）统计各类车辆单轴单胎、单轴双胎、双联轴、三联轴的数量，除以各类车辆总数量得到各类车辆中各轴型的平均轴数；✓（2）统计各类车辆各种轴型在不同轴重区间出现的百分比，确定各种轴型的轴重分布系数，称为轴载谱。

确定轴载谱时，单轴单胎、单轴双胎、双联轴、三联轴分别每隔2.5kN、4.5kN、9.0kN和13.5kN划分一个轴重区间。

☐第二和第三输入层次✓在第二和第三水平输入时，需要将各类车辆都分为轻车和重车两类，分别取当地和全国轻车和重车的默许轴载谱。

第二节交通数据调查◆10）轴载谱-水泥路面☐对于水泥路面，重点是获得单轴轴载谱，可采用以轴型为基础和以车辆类型为基础两种方法获得单轴轴载谱。

以轴型进行称重和统计时，随机统计３０００辆２轴６轮及以上车辆中单轴、双联轴和三联轴等不同轴型出现的单轴次数，并分别称取其单轴轴重，可按单轴轴重级位统计整理后得到轴载谱。

以车辆类型为基础进行各种轴型的轴载称重和统计时，可将２轴６轮及以上车辆分为整车、半挂和多挂３大类，调查获取车辆类型组成比例，每类车再按轴数细分，分别按车型称重后得到单轴轴载谱。

11）车辆荷载的轮迹横向分布第二节交通数据调查轮迹横向分布频率曲线（单向行驶一个车道）轮迹横向分布频率曲线（混合行驶双车道）轮迹横向分布：某一断面车辆通过量占道路断面车辆通过总量的比例11）车辆荷载的轮迹横向分布系数第二节交通数据调查水泥混凝土路面轮迹横向分布系数第二节交通数据调查标准车12）我国常用的汽车的路面设计参数节尾第二节标准轴载及轴载换算◆核心内容☐标准轴载☐轴载换算☐累计标准轴载作用次数☐标准轴载作用次数的调查与分析1、标准轴载◆选用标准轴载的原因☐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（Equivalent Single Axle Load-ESAL）☐根据实际选定的一种代表车型，中国为单轴双轮，称为BZZ-100，轴重100kN。

美国为单轴双轮，轴重80kN ◆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。

2、超载及超限◆几个概念☐超载是车辆所装载货物超过车辆额定载货质量。

☐超限指被运输的设备、构件或货物，其外形尺寸、高度、重量、长度超过了交通部门所规定的范围。

☐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。

✓轴载换算的基本原则：①等破坏原则：同一种路面结构在不同轴载作用下在使用末期达到相同的损伤程度（破坏状态）；②等厚度原则：不同标准轴载设计的路面结构厚度相同。

✓轴载换算系数公式：()ns iii sN PN Pηα==3、轴载换算的原则3、轴载换算✓沥青路面轴载换算（2017规范）水平一（1）3、轴载换算✓沥青路面轴载换算（2017规范）（2）3、轴载换算✓沥青路面轴载换算（2017规范）（3）3、轴载换算✓沥青路面轴载换算（2017规范）3、轴载换算✓沥青路面轴载换算（2017规范）水平二和水平三3、轴载换算✓沥青路面轴载换算（2017规范）3、轴载换算✓沥青路面轴载换算（2017规范）3、轴载换算✓沥青路面轴载换算（2017规范）3、轴载换算✓沥青路面轴载换算（2017规范）轴载3*100kN如何换算？轴载100kN如何换算？轴载2*100kN如何换算？3、轴载换算✓水泥混凝土路面轴载换算轴载200kN超载=65536次轴载100kN=1 次1）以轴型为基础换算随机统计3000辆2轴六轮及以上车辆中单轴、双联轴、三联轴单轴次数3、轴载换算✓水泥混凝土路面轴载换算2）以车辆类型为基础换算3、轴载换算✓水泥混凝土路面轴载换算3）当量设计轴载累计作用次数4、交通荷载分级✓沥青混凝土路面和水泥混凝土路面交通分级☐由于不同等级道路承受不同的交通荷载作用，为了判别道路承受荷载的轻重，公路《沥青路面设计规范》和《公路水泥混凝土路面设计规范》分别进行了交通荷载等级的划分。

◆具体分级沥青路面交通荷载分级水泥混凝土路面交通荷载分级节尾第四节路面材料设计参数◆核心内容☐概述☐无机结合料稳定材料☐沥青混合料☐水泥混凝土材料☐级配碎石●主要材料类型✓①松散颗粒型材料unbound materials granular ✓②沥青结合类材料asphalt mixture✓③无机结合料类材料inorganic binding material ✓④水泥混凝土材料cement concrete由于材料（整体性材料和非整体性材料）的基本性质和成型方式的不同，各种路面结构具有不同的力学强度特性（即应力-应变关系），也使得路面具有不同的使用品质和使用寿命。