第二章 荷载分析

第二章荷载分析

荷载：包括汽车荷载、飞机荷载和工业区荷载。

一、引言

1、导致路面损坏的原因有两个，一是荷载因素，一是环境因素。

2、不同的荷载构型，如不同大小的车辆荷载、飞机荷载和港区荷载，将在路面中造成不同的应力、应变分布，从而造成不同的损伤。

3、车辆交通的渠化程度不一，在道路横断面上的分布不一，因此横断面上的每一点受荷载作用的频率相差很大。

4、车辆的动态影响，与车速有关，与路面的类型有关，与路面的平整度有关。

5、车辆在刹车、启动时，路面的受力与匀速行驶时有很大差别。

6、与规划、几何设计所不同的是，路面设计与管理中所关心的是车辆的轴重，而不仅是交通量的多少。

7、所以，仔细分析荷载的特性，对于路面设计和管理是非常必要的。

二、荷载类型

1、汽车荷载

汽车分为客车和货车。客车一般较轻，不做详细分类，仅区分为小客车（<6座）、中客车（6-20座）和大客车（>20座）三类。货车可粗略地分为轻型、中型和重型货车三类。对路面设计和管理而言，仅考虑较重的车辆。

轻型货车：<2.5吨

中型货车：2.5-7吨

重型货车：7-12吨

特重型货车：>12吨

荷载限：

2000年2月23日交通部《超限运输车辆行驶公路管理规定》(中华人民共和国交通部令2000年第2号)的对轴载质量和总质量的限定，若发生如下情况，则认为超限：

⏹单车、半挂车、全挂列车车货总质量40000kg以上；集装箱半挂列车车货总质量

46000kg以上：

⏹车辆轴质量大于：

单轴（每侧单轮胎）载质量6000kg；

单轴（每侧双轮胎）载质量10000kg；

双联轴（每侧单轮胎）载质量10000kg；

双联轴（每侧各一单轮胎、双轮胎）载质量14000kg;

双联轴（每侧双轮胎）载质量18000kg;

三联轴（每侧单轮胎）载质量12000kg;

三联轴（每侧双轮胎）载质量22000kg。

其他国家的最大轴载和车辆总重[1]

Country Maximum Load

Single Axle, t Gross Vehicle Weight, t

France Germany Italy Netherlands UK 12

10

12

9

10.2

38

36

40

50

38

注：英国，轮胎位于轴的两端时规定为10.2吨，轮胎在轴中间隙布置时可放宽至11.2吨。

2、飞机荷载

⏹主起落架承担飞机总重的90%以上。

⏹由于飞机在起降的整个过程中起重量不断发生变化，所以设计时在不同的部位采用

不同的重量。

3、工业区荷载

⏹工业区有许多特殊荷载，有些非常重，有些轮载非常多，在进行这些区域的道路铺面设计时，应该注意考虑荷载的特殊性。

⏹实际上，机场、工业区的荷载虽然很大、很复杂，但因荷载作用次数少、设计体系简单，所以对荷载的处理比较简单。对道路设计而言，因荷载作用次数多，所以对荷载的考虑比较复杂。

三、典型荷载图式

1、轮胎-路面接触压力分布

2、荷载作用形状与面积

3、标准荷载

⏹如何考虑复杂荷载的作用？采用等效的标准荷载方法。

⏹我国的标准荷载定义为黄河车（JN-150）和解放车（CA-？？）后轴荷载。轴重100kN,轮重25kN。接地特性为圆形均布，半径？？？，平均接地压强为0.7Mpa。

四、荷载的动态特性

1、影响荷载-路面动态作用特性的因素

⏹车辆方面：减振系统，速度，轴型，轮胎性质，总重，额定重量

⏹道路方面：平整度，路面类型，加减速，纵坡，横坡

2、瞬时性

⏹表面层作用时间很短，行车速度小于72km/h时，仅0.01-0.1秒。

⏹车速越大，作用时间越小。

⏹深度越大，作用时间越长，甚至可能更加滞后。

⏹表面承受大荷载、短作用时间，深处承受小荷载、长作用时间。如下图。

⏹不同路面类型，车速的影响是不同的，说明了路面材料的粘滞性，下图。

1、动态变动

指轮地作用力的非恒定特性。轮地作用力围绕着静载而上下波动。如图所示。

⏹行车速度越大，变异系数越大

⏹与平整度有关

⏹与轮胎、路面的刚度有关

⏹导致路面受到的动荷载与静载不同

2、水平力

⏹与路面类型、潮湿程度、轮胎类型和新旧、行驶状态等有关。

⏹车辆载行驶过程中，路面和车辆受到的水平力主要是滚动阻力，仅为重量的5%以

下。

⏹刹车和启动时，水平力要大得多，界于纯滑动摩擦力和最大附着力之间。

五、交通分析

1、交通量及交通增长率

⏹对于路面工程而言，轻型车辆对路面的影响不大，人们主要关心的是重车的影响。所以，统计交通资料时应按照轻车、重车分别统计。

⏹交通增长应考虑两方面的因素，一是行经的车辆数的增长，另一个是汽车重车比例、载重量或满载率的增长。当道路交通趋于饱和时，交通荷载的增长主要由后者提供。

2、轴载组成

⏹轴载谱的表达（见图），这是轴的比例，是否记录前轴？在自动的系统中，实际上

记录了前轴；在人工（目测）的系统中，应做约定。实际上，在人工系统中，记录

的是车辆数。

3、 标准荷载与等效换算

⏹ 为了简化混合交通考虑，采用标准荷载与等效换算的方法，将各类不同荷载换算为

标准荷载。等效换算的概念在工程中是经常使用的方法。

⏹ 此概念由AASHO （1958-1962）研究计划首先提出，产生了深远的影响。AASHO

试验研究形成了AASHO 设计的基础。 ⏹ 等效性原理：路面结构在不同荷载作用下达到相同的状态，即称这两种荷载的作用

次数是等效的。等效性是相对的，与等效指标、材料性能等因素有关。 ⏹ 等效性考虑方法----荷载换算法

n

s i i s

i P P N N ⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛⋅==αη 式中，α为与轴型（单轴、双轴或三轴）和轮组轮数有关的系数 n 为与诸多因素有关的指数。

⏹ 等效性考虑方法----Miner 定律，即线性疲劳迭加率

1≤∑i

i

N n

当=1时，疲劳寿命结束。

⏹ 影响因素

等效指标 材料类型 结构组成 路面状态 ⏹ 指数示例

n=4（柔性基层）、8（半刚性基层） n=16（室内结果）

4、 轴载的横向分布

⏹ 路面横断面上承受的轮胎作用次数是不同，即轮迹在横向不是均匀分布。 ⏹ 交通管理越严格、越渠化，横向分布越不均匀。 ⏹ 观测方法

⏹ 交通量的横向分布、重载的横向分布、标准轴载的横向分布

5、 飞机荷载

概念与道路荷载类似，但一些术语不同，如覆盖率。