第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质

第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质

§2-1 行车荷载

一、车辆的种类

分为客车与货车两大类。

客车：小客车、中客车与大客车。

货车：整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。

路面结构设计——轴重作为荷载标准。

二、车辆的轴型

我国公路与城市道路路面设计规范中以100kN 作为设计标准轴重。

三、汽车对道路的静态压力

1.汽车处于停驻状态下——静态压力。

垂直压力P ：与汽车轮胎的内压力Pi 、轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状、轮载的大小等有关。

轮胎与路面接触面上的压力p<内压力Pi ，约为(0.8～0.9)Pi 。

2. 接触压力

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。

3.轮胎与路面的接触面形状

近似于椭圆形，在工程设计中采用圆形接触面积。

4. 当量的圆

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接触压力p ，轮胎与路面接触圆的半径可以按式(2.1)确定。

p P πδ= （2.1）

单圆荷载：对于双轮组车轴，每一侧的双轮用一个圆表示；

双圆荷载：每一侧的双轮用两个圆表示。

5. 标准轴载

我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ —100的P=100/4kN ，p=700kPa ：

d 100=0.213m ， D 100=0.302m

四、运动车辆对道路的动态影响

运动状态的汽车：垂直静压力、水平力、振动力。

动力影响还有瞬时性的特征。

1.水平力

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φ有关，其最大值Qmax 不会超过P 与φ的乘积，即：

Qmax ≤P φ (2.4)

2. 动载特性

其变异系数：

(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。

冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比。

3. 瞬时性

0.1～0.01s 左右。

五、交通分析

1.交通量

交通量是指一定时间间隔内通过道路某一断面的车辆总数。

2.交通量预测

在路面结构设计中，通过调查分析确定初始年平均日交通量N1，设计年限内累计交通量Ne 可以按式（2.5）预估：

()[]113651-+=t e N N γγ (2.7)

3.标准轴载等效换算

汽车的轴载与通行次数可以按照等效原则换算成标准轴载的作用次数。 我国沥青路面和水泥混凝土路面规范均以单轴100kN 作为标准轴载，以BZZ-100表示。

各级轴载等效换算为标准轴载所依据的原则：

同一种路面结构在不同轴载作用下，要达到相同的疲劳损坏程度。

4.轴迹横向分布

轮迹横向分布的图形和峰值：交通的渠化程度，它随许多因素变化，诸如：交通组织类型(不分车道混合交通，划标线分道行驶或设分隔带分道行驶)、车道宽、交通密度、交通组成、车速以及司机的驾驶习惯和经验等。

§2-2 环境因素影响

1.温度变化对路面的影响

2.温度变化预测

3.大气湿度

§2-3 土基的力学强度特性

一、路基受力状况

路基：自重、轮重。

设计：路基受力在路基弹性限度范围内。 轮载引起的垂直应力：

25.21⎪⎭⎫ ⎝⎛+=D Z p Z σ 自重垂直应力：Z B γσ=

路基任意点：B Z σσσ+=

二、路基工作区

概念：在路基某一深度处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小（1/10-1/5），该深度范围内的路基称为应力工作区。

工作区内：强度、稳定性重要，压实度提高。

三、路基土的应力——应变特性

路基土变形：弹性、塑性

试验：压入承载板试验和三轴压缩试验：

绘应力与回弹变形的关系——非线性。

应力——应变特性：非线性、弹塑性

模量：初始切线模量、切线模量、割线模量、回弹模量

四、重复荷载对路基土的影响

塑性变形积累：土的性质、相对荷载、荷载作用的性质。

§2-4 土基的承载能力

土基承载能力：路基顶面在一定应力级位下抵抗变形的能力。

一、土基回弹模量

反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。

测定：圆形承载板

柔性压板：土基与压板之间的接触压力为常量。

刚性压板：压板下土基顶面的挠度为等值。

承载板直径：车轮的轮印当量圆直径。

二、地基反应模量

文科勒地基：土基顶面任一点的弯沉仅同该点的垂直压力成正比，而与其他相邻点处的压力无关。

K=p/l

承载板试验测定（一次加载到位）。

K R =1.77K

三、加州承载比

以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标准，以它们的相对比值表示CBR 值。

19.2cm 压头——0.127cm/min ——单位0.254cm ——1.27cm

100⨯=s p p CBR p ——对应于某一贯入度的土基单位压力；

p s ——相应贯入度的标准压力。

CBR 试验：室内和室外试验

§2-5 路基的变形、破坏及防治

一、路基的主要病害

1．路基沉陷

路基沉陷是指路基表面在垂直方向产生较大的沉落。

路基的沉陷：

一是路基本身的压缩沉降；

二是由于路基下部天然地面承载能力不足，在路基自用下引起沉陷或向两侧挤出而造成的。

2．边坡滑塌

路基边坡滑塌分为溜方与滑坡两种情况。

1)溜方：由于少量土体沿土质边坡向下移动所形成。

主要是由于流动水冲刷边坡或施工不当而引起的。

2)滑坡：一部分土体在重力作用下沿某一滑动面滑动。

滑坡主要是由于土体的稳定性不足所引起的。

3)碎落和崩塌：路堑边坡风化岩层表面从坡面上剥落。

4)路基沿山坡滑动：整个路基沿倾斜的原地面向下滑动。

5)不良地质和水文条件造成的路基破坏

二、路基病害防治

1．正确设计路基横断面。

2．选择良好的路基用土填筑路基。

3．采取正确的填筑方法，保证达到规定的压实度。

4．适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围。

5．正确进行排水设计。

6．必要时设计隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基冰冻深度和水分累积，砂垫层以疏干土基。

7．采取边坡加固、修筑挡土结构物、上体加筋等防护技术措施，以提高其