行车荷载

行车荷载

汽车是路基路面的服务对象，路基路面的主要功能是长期保证车辆快速、安全、平稳地通行。汽车荷载又是造成路基路面结构损伤的主要成因。因此，为了保证设计的路基、路面结构达到预计的功能，具有良好的结构性能首先应对行驶的汽车进行分析，包括汽车轮重与轴重的大小与特性；不同车型车轴的布置；设计期限内，汽车轴型的分布以及车辆通行量逐年变化的规律；汽车静态荷载与动态荷载特性比较等。

一、车辆的种类

道路上通行的汽车车辆主要分为客车与货车两大类。

客车又分为小客车、中客车与大客车。小客车自身重量与满载总重都比较轻，但车速高，一般可达120km/h，有的高档小车可达200km/h以上；中客车一般包括6个座位至20个座位的中型客车；大客车一般是指20个座位以上的大型客车（包括铰接车和双层客车），主要用于长途客运与城市公共交通。

货车又分为整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。整车的货厢与汽车发动机为一整体；牵引式挂车的牵引车与挂车是分离的，牵引车提供动力，牵引后挂的挂车，有时可以拖挂两辆以上的挂车；牵引式半挂车的牵引车与挂车也是分离的，但是通过铰接相互连接，牵引车的后轴也担负部分货车的重量，货车厢的后部有轮轴系统，而前部通过铰接悬挂在牵引车上。货车总的发展趋向是向大吨位发展，特别是集装箱运输水陆联运业务开展之后，货车最大吨位已超过40—50t,

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。在道路上行驶的多种车辆的组合中，重型货车与大客车起决定作用，轻型货车与中、小客车影响很小，有时可以不计。但是在考虑路面表面特性要求时，如平整性、抗滑性等，以小汽车为主要对象，因为小车的行驶速度高，所以要求在高速行车条件下具有良好的平稳性与安全性。

二、汽车的轴型

无论是客车还是货车，车身的全部重力都通过车轴上的轮子传给路面，因此，对于路面结构设计而言，更加重视汽车的轴重。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l00kN轴限，我国公路与城市道路路面设计规范中均以l00kN作为设计标准轴重。通常认为我国的道路车辆轴限为100B.

通常，整车形式的客、货车车轴分前轴和后轴。绝大部分车辆的前轴为两个单轮组成的单轴，轴载约为汽车总重力的1/3。极少数汽车的前轴由双轴单轮组成，双前轴的载重约为汽车总重的一半。汽车的后轴有单轴、双轴和三轴三种，大部分汽车后轴由双轮组组成，只有少量轻型货车由单轮组成后轴。每一根后轴的轴载大约为前轴轴载的两倍。目前，在我国公路上行驶的货车的后轴轴载，一般在60—130kN范围内，大部分在l00kN以下。

由于汽车货运向大型重载方向发展，货车的总重有增加的趋势。为了满足各个国家对汽车轴限的规定，趋向于增加轴数以提高汽车总重，因此出现了各种多轴货车。有些运输专用设备的平板挂车，采用多轴多轮，以减轻对路面的压力。各种不同轴型的货车如图2-1所示。我国常用汽车路面设计参数如表2-1所示。

三、汽车对道路的静态压力

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时，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，它的大小受下述因素的影响。

（1）汽车轮胎的内压力p i；

（2）轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形态；

（3）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。通常轮胎与路面接触面上的压力p略小于内压力pi，约为（0.8—0.9）pi。车轮在行驶过程中，内压力会因轮胎充气温度升高而增加，因此，滚动的车轮接触压力也有所增加，达到（0.9—1.1）p i。

轮胎的刚度随轮胎的新旧程度而有不同，接触面的形态和轮胎的花纹也会影响接触压力的分布，一般情况下，接触面上的压力分布是不均匀的。不过在路面设计中，通常忽略上述因素的影响。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。

轮胎与路面的接触面形状如图2—2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。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可以按式（2-1）确定。

πp

P δ= 式中：P ——作用在车轮上的荷载（kN ）；

p ——轮胎接触压力（kPa ）；

δ——接触面当量圆半径（m ）。

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（图2-2）。双圆荷载的当量圆直径d 和单圆荷载的当量圆直径D ，分别按式（2-2）、式(2-3）计算：

πp P 4d = d 28D ==

πp P 我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ —100的轮载P ＝100/4kN, p ＝700kPa,用式（2-2)、式(2-3)计算，可分别得到相应的当量直径为：

302m .0D ,213m .0d ==

四、运动车辆对道路的动态影响

行驶状态的汽车除了施加给路面垂直静压力之外，还给路面施加水平力、振动力。此外，由于汽车以较快的速度通过，这些动力影响还有瞬时性的特性。

汽车在道路上等速行驶，车轮受到路面给它的滚动摩阻力，路面也相应受到车轮施加于它的一个向后的水平力；汽车在上坡行驶，或者在加速行驶过程中，为了克服重力与惯性力，需要给路面施加向后的水平力，相应在下坡行驶或者在减速行驶过程，为了克服重力与惯性力的作用，需要给路面施加向前的水平力。汽车在弯道上行驶，为了克服离心力，保护车身稳定不产生侧滑，需要给路面施加侧向水平力。特别是在汽车起动和制动过程中，施加于路

面的水平力相当大。

车轮施加于路面的各种水平力Q值与车轮的垂直压力P,以及路面与车轮之间的附着系数甲有关（图2-3)，其最大值Q max不会超过P与ϕ的乘积，即：

ϕ

≤

Q

P

max

若以q和p分别表示接触面上的单位水平力和单位垂直接触压力，则最大水平力q～应满足：

ϕp

≤

q

max

表2-2所列的甲值为实地测量的资料。由表列ϕ值可以看出，ϕ的最大值一般不超过0.7—0.8，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ϕ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，ϕ值越小。

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。在水平荷载的作用下，结构层产生复杂的应力状态，特别是面层结构，直接遭受水平荷载作用，若是抗剪强度不足，将会导致推挤、拥包、波浪、车辙等破坏现象。

汽车在道路上行驶，由于车身自身的振动和路面的不平整，其车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动，作用在路面上的轮载时而大于静态轮载，时而小于静态轮载，呈波动状态，图2-4所示即为轴载波动的实例。