第六章行车荷载

4、路面的结构层次与材料要求
5、路面的分类
路面类型可从不同角度来进行划分，一般常按照面层所用的材料 来进行区分，如水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等等。但 在工程设计中，则主要从路面结构的力学特性和设计方法的相似 性出发，将路面划分为柔性路面、刚性路面和半刚性路面三类。
5、路面的分类
柔性路面总体结构刚度较小，荷载作用下的弯沉变形较大，抗弯 拉强度较低，传递给土基的单位压力也较大，它主要包括各种未 经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎（砾）石面层或块石面层 组成的路面结构。 刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构，其强度 高、弹性模量高、处于板体工作状态，传递给基础的单位压力小。 半刚性路面通过改善沥青混凝土性能使其呈半刚性特性，其刚度 介于沥青混凝土和水泥混凝土之间。
第六章 交通荷载及 路面设计参数
本章摘要
本章主要介绍交通荷载的类型、荷载对路面的作用特点和 轴载换算原则与方法，以及路面结构层不同材料（沥青混合料、 无机结合料稳定材料、水泥混凝土材料和级配碎石）的模量、 强度和疲劳参数的测定方法。
※ 6.1 6.2 6.3
路面结构及其分类 交通荷载及其对路面的作用 标准轴载及轴载换算 路面材料设计参数
2、车辆的种类与作用特点
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
2、车辆的种类与作用特点
汽车的轴型
2、车辆的种类与作用特点
汽车的轴型简化图
3、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），极少数汽车前轴为双轴单轮组（轴重约 为P/2）。大部分货车后轴由双轮组组成，有单轴、双轴和三 轴等三种，大部分轴重在100KN以下，一般都在60～130KN 范围以内。
6.1 交通荷载及其对路面的作用
1、行车荷载及其对路面的影响 2、车辆的种类与作用特点 3、轴轮组与轴重 4、轮压与压圆 5、运动车辆对道路的动态影响
1、行车荷载及其对路面的影响
➢ 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； ➢ 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
➢ 根据加载形式的不同，材料回弹模量又可分为静态模量和动态 模量。
概述
1.路面材料的几种强度 1）主要材料类型 ①松散颗粒型材料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。
4、路面的结构层次与材料要求
基层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的 垫层及土基，是路面结构的主要承重层（对于沥青路面）或重要功 能层（对于水泥砼路面）。 特点：它应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能 力；基层受大气影响较面层小，但仍可能被面层渗入雨水浸湿或地 下水影响，也可受温度影响变形，因此仍应具有足够的水温稳定性； 同时，为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。 材料：材料主要有各种结合料稳定土或稳定碎石、贫水泥砼、天然 砂砾、碎石/块石/片石/砾石、工业废渣结合混合料等。当用不同 材料修筑基层时，最下层的统一材料层称为底基层，它可就近使用 当地的材料或土。
4、路面的结构层次与材料要求
路面结构按照使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响 程度的不同分成若干层次，通常按照各个层位功能的不同划分为面 层、基层和路基三个层次，其中基层包括底基层在内。
4、路面的结构层次与材料要求
面层： 直接同行车荷载、大气接触，承受较大的行车荷载作用（包 括冲击），同时受到降水、气温等的影响。 特点：与其它层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力，较 好的水稳定性和温度稳定性，而且应耐磨、不透水、抗滑、平整（另 外还应能适应基层开裂对其影响）。材料的使用应能适应此功能要求。 材料：水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石、泥灰结石、块料等材料。
置、汽车轴载的时间分布特性、以及汽车静态与动态荷载的特 性比较等不同方面。
2、车辆的种类与作用特点
➢ 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； ➢ 货车又分为整车、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）轮迹横向分布 总轴载作用按一定规律分布于车道横断面的现象称为轮迹横向 分布，车道综合累计需考虑。
6、交通分析
6、交通分析
6、交通分析
6、交通分析
6、交通分析
4）车辆荷载的轮迹横向分布
6.2 标准轴载与轴载换算
1、标准轴载 2、超载与超限 3、交通荷载轴载换算和统计计算 4、标准轴载作用次数的调查与分析 5、交通荷载分级
3、累计轴载作用次数
初始年平均日交通量N1
设计年限内累计交通量
设计年限内一个车道内的累计标准轴载作用次数：
4、标准轴载作用次数的调查与分析
➢ 1）调查方法 路面设计的交通量调查与道路可行性研究中的交通量调查方法完
全不同，后者主要关心通过某一横断面的交通数量，而前者不 仅关心交通数量，还重视各类车型的轴载质量。 车辆轴载称量的方法： 地磅静态称重设备、人工千斤顶称量、桥涵感应式车辆称重设备 WIM(weigh in motion)技术
5、运动车辆对道路的动态影响
➢ 道路上行驶的汽车除给路面施加垂直静压力外，还施加水平力 和振动力，对路面固定点而言，这种影响又具有瞬时性和重复 性。
5、运动车辆对道路的动态影响
➢ 1）水平力： 行车安全要求qmax≤ 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）振动力： 振动轮载最大峰值与静载之比称为冲击系数，设计路面时，应以 静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。 ➢ 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、标准轴载作用次数的调查与分析
➢ 2）交通量增长率 路基设计使用年限内标准轴载的累计作用次数与交通量的增长率
有关。
Nt N11t1
也可通过数值解法获得t年内的平均增长率：
t
1 t
Ni N1
i1
5、交通荷载等级
➢ 1）沥青路面的交通荷载等级分为四级
5、交通荷载等级
➢ 2）水泥混凝土路面的交通荷载等级分为五级
概述
1.路面材料的几种强度 5）抗弯拉强度flexible strength路面 材料的实际工作状态是弯曲反复变化的， 结构层底首先容易出现局部拉裂、产生 弯曲断裂。材料的抗弯拉强度一般采用 简支梁三分点加载进行测定。
概述
1.路面材料的几种强度 2）抗剪强度shear strength
摩尔—库仑强度理论： ctan
其中c和φ是表征路面材料抗剪强度的两项参数，可以通过直剪试 验或三轴压缩试验测定。
三轴试验确定c,φ
概述
1.路面材料的几种强度 3）抗压强度compressive strength 指试样在无侧向压力条件下，抵抗轴向压力的极限应力。材料经 过标准成型和养生后通过无侧限抗压试验测定的强度。
1、标准轴载Standard Axle Load
➢ 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 根据实际选定的一种代表车型，中国为单轴双轮，称为BZZ100，轴重100kN。
➢ 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。
概述
1.路面材料的几种强度 4）抗拉强度tensile strength ➢ 气温变化会引起路面材料收缩，湿度变化使得半刚性材料干缩，
当收缩变形受到约束，即在材料内产生拉应力，材料抗拉强度 不足即可引起路面结构拉伸断裂。 ➢ 路面材料的抗拉强度主要由混合料中的结合料粘结力提供，可 采用直接拉伸或间接拉伸试验测定材料的抗拉强度。
※ 路面结构及其分类
1、沥青路面 2、我国常用的高速公路沥青路面的结构 3、水泥混凝土路面 4、路面的结构层次与材料要求 5、路面的分类
1、沥青路面(Asphalt Pavement)
➢ 柔性基层沥青路面(Asphalt pavement with flexible base) ➢ 半刚性基层沥青路面(Asphalt pavement with semi-rigid base) ➢ 刚性基层沥青路面(Asphalt pavement with rigid base) ➢ 全厚式沥青路面(Full Depth asphalt pavement)
5、运动车辆对道路的动态影响
➢ 路表与车轮的附着系数
6、交通分析
1）交通调查与重复荷载 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，并来算获得设计年限内累计交通量、对路面而 言，主要是轴重。
轴载组成与轴载换算：不同轴载的作用次数的频率组成即为轴 载谱，各不同轴载应根据某一指标按其对路面结构的损伤作用 的等效性换算成其他轴载的作用次数，从而可使用标准轴载
1、无机结合料稳定材料 2、沥青混合料 3、水泥混凝土材料 4、级配碎石
概述
➢ 路面材料主要包括模量和泊松比。路面设计时，某一材料的泊 松比为定值
➢ 路面材料的模量值是表征材料刚度特性的指标，模量包括形变 模量和回弹模量，形变模量中的变形包括回弹变形和塑性变形， 而回弹模量中的变形仅考虑材料的回弹变形。