路基路面工程第二章行车荷载环境因素材料的力学性质

研究行车荷载的原因：1）汽车是路基路面的服务对象。路基路面的主要功能是心之所向，所向披靡

1.保证车辆快速、安全、平稳地通行。2）

汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主

要原因。要做好路基路面结构设计，必须

对行车荷载进行分析。

2.对行车荷载的研究内容：汽车的轮重

与轴重；不同车型的车轴布置；设计期限

内，汽车的轴型分布及汽车年通过量的逐

年变化；汽车的静态荷载与动态荷载特性

比较。

3.车辆的种类：道路上通行的车辆主要

分为客车与货车两大类；客车：小客车、

中客车、大客车；货车：整车、牵引式半

挂车、牵引式挂车。

4.汽车的总重量通过车轴和车轮传递给

路面，所以路面结构设计主要以轴重作为

荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，

重型货车和大客车起决定作用。对于小客

车，则主要对路面的表面特性如：平整性、

抗滑性等，提出较高的要求。

5.汽车的轴型：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。目前我国公路上行

驶的车辆，后轴轴载一般在60～130kN

范围内。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。对超载的定义：2000

年2月，交通部《超限运输车辆行驶公路

管理条例》规定：“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（每侧双轮胎）载

质量18000kg。”附则第二十九条规定，

单轴轴载最大不得超过13000kg。

6.静态压力P的影响因素：汽车轮胎内

压；轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形

态；轮载的大小。

7.轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，

在设计中以圆形接触面积来表示。该圆称

为当量圆。标准轴载BZZ－100的设计参

数：轮载P＝100／4kN，p=700kPa，双圆

均布荷载的当量圆直径为：0.213m。

8.运动车辆对道路的动态影响：1）水平

力：前进方向上的水平力和转弯时的侧向

水平力。水平力对路面造成的影响：当路

面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。2）轮载的动态（振动）：影响因

素：车速、路面平整度、车辆的振动特性。

3）轮载作用的瞬时性：车轮通过路面上

任意一点的时间，约为0.01～0.1s左右，

由于路面结构中应力传递是通过相邻的

颗粒完成的，当应力出现的时间很短时，则来不及传递分布，其变形特性不能像静

载作用那样完整表现出来。动载作用下，

路面变形量的减小，可以理解为路面结构

刚度的相对提高，或者路面结构强度的相

对增大。4）车辆荷载作用的重复性：路

面材料产生疲劳破环的主要原因

9.冲击系数：振动轮载的最大值与静载

的比值。在较平整的路面上，行车速度不

超过50㎞∕ｈ时，冲击系数不超过1.30.

车速增加，或路面平整度不良，则冲击系

数还要增大。在路面设计时，有时以静态

荷载乘以冲击系数作为设计荷载。

10.标准离差与轮载荷载之比为变异系

数，一般均小于0.3.其影响因素有1）行

车速度：车速越高，变异系数越大；2）

路面的平整度：平整度越差，变异系数越

大；3）车辆的振动特性：轮胎的刚度低，

减振装置的效果越好，变异系数越小。

11.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。

12.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。

13.不同轴载大小的车辆通过一次对路面

造成的损失大小是不一样的。路面结构设

计中，除了知道

N e外，还必须知道各

级轴载所占的比例，即轴载组成或轴载

谱。轴载谱是指各级轴载所占的比例。

14.轴载换算：道路上行驶的车辆轴载与

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。我国的标准轴

载为BZZ-100。轴载等效换算的原则：同

一种路面结构在不同轴载作用下达到相

同的损伤程度。

15.轮迹横向分布：由于轮迹的宽度远小

于车道的宽度，因而总的轴载通行次数既

不会集中在横断面上某一固定位置，也不

回平均分配到每一点上，而是按一定规律

分布在车道横断面上。

16.轮迹横向分布频率的影响因素：交通

量、交通组成、车道宽度、交通管理规则

等。

17.在路面结构设计中，用横向分布系数

η来反映轮迹横向分布频率的影响。通常

取宽度为两个条带的宽度，即50厘米，

因为双轮组每个轮宽20厘米，轮隙宽10

厘米。这时的两个条带频率之和称为轮迹

横向分布系数。

18.各种自然环境因素中，温度和湿度对

路基路面结构有着重要的影响，路基路面

体系的性质与状态随着温度和湿度的变

化而会发生变化。

19.温度的影响机理：路基土和路面材料

的体积会随着路基路面结构内部的温度

和湿度的升降而产生膨胀和收缩。由于温

度和湿度在路基路面结构内部的变化沿

深度方向是不均匀的，所以不同深度处胀

缩的变化也是不同的，但这种不均匀胀缩

受到某种原因的约束而不能实现时，路基

路面结构内部就会产生附加应力，即温度

应力和湿度应力。进而对路基路面产生破

坏

20.影响温度变化的因素：内部：路面各

结构层材料的热物理参数，如热传导率、

热容量、对辐射热的吸收能力等；外部：

主要是气象条件：如太阳辐射、气温、风

速、降水、蒸发量等。其中太阳辐射和气

温是决定路面温度状况的两项最主要的

因素。

21.路面结构内部的温度状况预估：统计

方法（在条件相似地区参考使用）和理论

方法（结果与实测结果有一定的差距）

22.湿度的影响作用:1)通过降水、地面积

水和地下水浸入路基路面结构，影响路基

土土湿度的变化，使路基产生各种不稳定

状态，对路面结构也有许多不利影响；2）

路基路面结构的强度、刚度及稳定性在很

大程度上取决于路基的湿度变化。如在北

方季节性冰冻地区，冰冻开始时，路基水

分向冻结线积聚形成冻胀，春暖融冻初期

形成翻浆的现象较为普遍。而在南方非冰

冻地区，当雨季来临时，未能及时排除的

地面积水和离地面很近的地下水将使路

基土浸润而软化；3）面层的透水性对路

基路面的湿度也有很大影响。4）路肩以

下路基湿度的季节性变化对路面结构以

下的路基也有影响。通常在路面边缘以内

1米左右，湿度开始增大，直至路面边缘

与路肩下的湿度相当，路肩如果经过处

治，防止雨水渗入，则路面下的土基湿度

将趋于稳定，与路基中心湿度相当。

23.保持路基干燥的主要方法是设置良好

的地面排水设施和路面结构排水设施，经

常养护、保持通畅。地下水对路基湿度的

影响随地下水位的高低与土的性质而异。

粘质土为6米，粉质土约为3米，砂类土

为0.9米.

24.路基的受力状况:路基承受路基自重

和汽车荷载。在路基上部靠近路面结构的

一定深度内，路基土主要承受车辆荷载的

影响。正确的设计应保证路基所受的力在

路基弹性限度以内，当车辆驶过后，路基

能立即恢复原状，以保证路基的相对稳

定，路面不致引起破坏。

25.路基土在车轮荷载作用下所引起的垂

直应力σz的近似计算：σz＝

2

Z

P

K

P：

一侧轮重荷载（kN）;K:系数，一般取0.5；

Z：荷载中心下应力作用点的深度（m）.

路基土本身自重在路基内深度为Z处所

引起的垂直应力σB：σB＝γZ;γ：土的容重

（kN/m3）Z:应力作用点深度（m）。路基

内任一点垂直应力包括由车轮引起σz的

和由土基自重引起的σB两者共同作用。

26.路基工作区:在路基某一深度处，当车

轮荷载引起的垂直应力σz与路基土自重

引起的垂直应力σz相比所占比例很小，

仅为1/10～1/5时，该深度Zα范围内的路

基称为路基工作区。在工作区范围内的路