02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质

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1)当以设计弯沉作为指标及沥青层层底拉应力验算时。 凡轴载大于25KN的各级轴载（包括车辆的前、后车辆） p1的作用次数n1，用下面的公式换算成标准荷载p的轴载当量 作用次数
式中：N——标准轴载的当量轴次，次/日； ni——被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日； P——标准轴载，KN； Pi——被换算车辆的各级轴载，KN； k——被换算车辆的类型数； C1——轴载系数， C1=1+1.2（m-1),m是轴数。当轴间距大 于3米时，按单独的一个轴载计算，当间距小于3米时，应考 虑轴载系数。 C2——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为 12 0.38。
第二章 行车荷载、环境因素、材料力学性质 行车荷载、环境因素、
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行车荷载（vehicle-load） 第一节 行车荷载（vehicle-load）
路面设计中，以轴重作为荷载标准， 路面设计中，以轴重作为荷载标准，重型 货车与大客车起决定作用。 货车与大客车起决定作用。评定路面表面特征 如路面的平整度、防滑性， 时，如路面的平整度、防滑性，应考虑小客车 的安全性和可靠性。 的安全性和可靠性。
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KnP
γ
p—车轮荷载换算的均布荷载 KN/㎡ D—圆形均布荷载作用面积的直径。 Z—应力作用点深度。 γ—土的容重。 路基工作区内， 路基工作区内，土基的强度和稳定性对保持路面结构的 强度和稳定性极为上路堤） 的路基结构层（路床和上路堤）的密实程度和含水量都 做相对下层更加严格的限制
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一、
车辆的种类（ 车辆的种类（vehicle types) 小客车
车速高，自重和满载重量小,120km/h 以上 6~20个座位 20个座位以上，长途客运和城市公共 交通 货箱与汽车发动机一体。
(bus)
客车
中客车 大客车 整车
货车
(truck)
牵引式挂车 牵引车与挂车分离 牵引式半挂车
牵引车与挂车分离，铰接。
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二、汽车的轴型、轴载。 汽车的轴型、轴载。
轴重是路面设计的关键。 轴重是路面设计的关键。 整车客货车： 前轴：两个单轮组成的单轴占约1/3 1/3。 整车客货车：1、前轴：两个单轮组成的单轴占约1/3。 极少数为双轴单轮。约占1/2 1/2。 极少数为双轴单轮。约占1/2。 后轴：有单轴、双轴、三轴类型。 2、后轴：有单轴、双轴、三轴类型。 大部分为双轴双轮。 大部分为双轴双轮。
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双轮组车轴： 每一侧双轮用一个圆 表示，称为单圆荷载。 每一侧双轮用两个圆 表示，称为双圆荷载。
P δ = πp
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.
双圆当量圆直径 单圆当量圆直径
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标准轴载设计参考： 标准轴载：BZZ-100双轮组单轴载。 标准轴载 P（KN）100/4 轮胎接地压强 p(MPa)0.70 单轮传压面当量圆直径d 21.30cm 两轮当量圆直径D 1.5d(30.2)
2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于 50KN的各级轴载换算。
C’1——轴载系数， C1=1+2（m-1),m是轴数。 C’2—轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1.0，四轮组为0.09 3、轮迹横向分布： 1） 车辆在道路上行驶时候，车轮的轮迹总是在横断面中心 线附近一定范围内左右摇摆，并按一定的频率分布在车道横断 面上，称为车轮的横向分布。 2）轮迹横向分布频率曲线影响因素： 交通量、交通组成、车辆高度、交通管制。
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第二节
环境因素的影响
直接暴露于大气中，受温度、湿度影响大 温度湿度变化→温度应力湿度应力变化 → 体积变化→胀缩应力→破坏
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沥青面层日温度变 化曲线大于气温
水泥混凝土 面层温度日变化
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温度
深 度
一天内不同 时刻沿水泥 混凝土面层 深度的温度 变化
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一 、路面结构内温度变化可通过外部和内部影响因素之间 联系来预估。 方法1： 统计方法 路面结构层不同深处埋设测温元件连续观测，收集 当地气象资料（气温、辐射热），对记录的路面温度和气象 因素进行逐年回归分析。
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P ——车轮荷载引起的附加应力 车轮荷载引起的附加应力（ σZ——车轮荷载引起的附加应力（1-1-2） σ Z = K 2 ） Z
σB——路基自重应力（1-1-3） ——路基自重应力（ 路基自重应力 ） Za——路基工作区（ Za——路基工作区（1-1-4） ——路基工作区 ）
σ B = γZ
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2、轴载的组成与等效换算： 标准：双轮组单轴载100KN作为标准轴载。 等效原则换算：某一种路面结构在不同荷载作 用下达到相同的损坏程度为根据的。 新规范修订： 1）近年交通量增长很快，重车增长多，货车超 载现象严重，应考虑重车对路面的影响。 2）由于新修路面广泛采用半刚性基层结构， 承载力提高，轻型车对路面的疲劳损伤减小。 本次修订取消了60KN的标准，统一采用 100KN的标准。
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分布频率曲线中的直方图条带宽为25cm，大约接近轮迹宽度， 分布频率曲线中的直方图条带宽为25cm，大约接近轮迹宽度， 25cm 以条带上受到的车轮作用次数除以车道上受到的作用次数作为该条 带的频率。 带的频率。 由图2 可见，对于单向行车的一个车道上，由于行车的渠化， 由图2-7可见，对于单向行车的一个车道上，由于行车的渠化， 频率曲线出现二个峰值，达到30%左右，而车道边缘处频率很低。 30%左右 频率曲线出现二个峰值，达到30%左右，而车道边缘处频率很低。 由图2 可见，混合行驶的双车道，车辆集中在双车道中央， 由图2-8可见，混合行驶的双车道，车辆集中在双车道中央，频 率曲线出现一个峰值，约为30%左右，两侧边缘频率很低。 30%左右 率曲线出现一个峰值，约为30%左右，两侧边缘频率很低。
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第三节 土基的力学强度特征
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一、路基受力状况 （一）行车荷载和自重是作用在 路基的两种主要外力， 路基的两种主要外力，对于路 基都按照竖直荷载考虑 行车荷载产生附加应力， （二）行车荷载产生附加应力， 对于路基的扰动影响随深度降 低；自重应力随深度变大 附加应力作用是瞬时的， （三）附加应力作用是瞬时的， 自重应力作用是永久的 行车荷载或车轮荷载可变， （四）行车荷载或车轮荷载可变， 对于某一深度的路基土体影响 较大， 较大，我们将这样的深度叫做 路基工作区， 路基工作区，确切深度大约在 附加应力为自重应力的1/10 1/10～ 附加应力为自重应力的1/10～ 1/5左右 左右。 1/5左右。
四、运动车辆对道
路的动力作用。 路的动力作用。
因为路面不平整车 身震动， 身震动，车轮实际 上是以一定的频率 和振幅在路面上跳 动，轮载成动态波 动。 当行驶车辆启动、 当行驶车辆启动、 加速、匀速、减速、 加速、匀速、减速、 转向时， 转向时，受力不同
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• 运动车辆对路面有着垂直压力、水平力、振动力。 运动车辆对路面有着垂直压力 水平力、振动力。 垂直压力、 水平力：易使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏， 水平力：易使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏，要 求面层材料有足够的抗裂强度。 求面层材料有足够的抗裂强度。 • 路面与车轮的附着系数：与车轮的垂直压力 综合作 路面与车轮的附着系数：与车轮的垂直压力P综合作 决定车轮施加于路面上的水平力。 用，决定车轮施加于路面上的水平力。P32 振动力： 振动力： • 轮载的变异系数：车辆行驶过程中，轮载的波动程度 轮载的变异系数：车辆行驶过程中， 与行车速度、路面平整度、车辆振动特性相关。 ，与行车速度、路面平整度、车辆振动特性相关。 • 振动轮载冲击系数：振动轮载最大峰值与静载之比。 振动轮载冲击系数：振动轮载最大峰值与静载之比。 行车荷载的重复作用： 行车荷载的重复作用： 弹性材料：疲劳性质。 弹性材料：疲劳性质。 弹塑性材料：变形累积。 弹塑性材料：变形累积。
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在路面结构设计中，用横向分布系数η 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。 迹横向分布频率的影响。通常取宽度为二个条带的 宽度， 50cm，因为双轮组每个轮宽20cm 20cm， 宽度，即50cm，因为双轮组每个轮宽20cm，轮隙 10cm。这时的二个条带频率之和称为轮迹横向 宽10cm。这时的二个条带频率之和称为轮迹横向 分布系数。 分布系数。
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三、汽车对道路的静力作用。 汽车对道路的静力作用。 定义： 静止状态的汽车对道路的作用， 1、定义： 静止状态的汽车对道路的作用，称为静 力作用，其大小主要取决于车轮总重。 力作用，其大小主要取决于车轮总重。 影响因素： 2、影响因素： 汽车轮胎的内压力。 1）汽车轮胎的内压力。 轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状。 2）轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状。 轮载的大小。 3）轮载的大小。 半径：轮胎与路面的接触形状近似于椭圆， 3、半径：轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，且a、 差别不大。 路面设计中，以圆形表示。 b差别不大。 路面设计中，以圆形表示。
Tmax —路面某一深度处的最高温度，℃； Ta.max—相应的日最高气温， ℃； Q—相应的太阳日辐射热，J/㎡； a.b.c—回归常数。 特点：不包含所有复杂因素，精度有地区局限性，只可 在条件相似的地区参考使用。
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方法2： 理论法 应用热传导理论方程式推导出。 各种气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温 度预估方程。 特点：参数确定难度大，理论假设理想化，结果与 实测有一定的误差。 二 温度对路基的影响：北方 —冻胀翻浆 南方—雨季积水湿软路基
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二、路基土的应力——应变特性 弹性变形和塑性变形 提高路基土的抗变形能力是提高路基路面整体强度和刚 压 度重要方面。 入 承 载 板 试 验 土的应力应变关系曲线
压 试 验
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三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种较为完善 的方法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、 的方法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系统、 施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。 施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。 常规试验方法的主要步骤如下： 常规试验方法的主要步骤如下：将土切成圆柱体 套在橡胶膜内，放在密封的压力室中， 套在橡胶膜内，放在密封的压力室中，然后向压 力室内压入水，使试件在各个方向受到周围压力， 力室内压入水，使试件在各个方向受到周围压力， 并使液压在整个试验过程中保持不变， 并使液压在整个试验过程中保持不变，这时试件 内各向的三个主应力都相等，因此不发生剪应力。 内各向的三个主应力都相等，因此不发生剪应力。 然后再通过传力杆对试件施加竖向压力，这样， 然后再通过传力杆对试件施加竖向压力，这样， 竖向主应力就大于水平向主应力， 竖向主应力就大于水平向主应力，当水平向主应 力保持不变，而竖向主应力逐渐增大时， 力保持不变，而竖向主应力逐渐增大时，试件终 于受剪而破坏。 于受剪而破坏。