第二章 行车荷载环境因素材料的力学性质 (2)

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§2.2环境因素影响环境因素影响－温度
一、温度 一）温度变化 气温与路面温度 高温：广州气温39℃ －路表面62℃ 京珠北气温42℃ －路表面69℃ 虎门大桥钢桥面－78 ℃ 低温：哈尔滨气温－39℃－路表面－29℃ 路面结构温度场：
高温：往下越来越低温 低温：往下越来越高温
Za
3
KnP

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§2.3路基工作区

路基工作区随车轮荷载 的加大而加深 超载车对路基产生加大 影响 在路基工作区内的土质 承载力提出较高要求。 路堤路基工作区内应充 分压实 路堑路基工作区内换填 或充分压实
汽车型号 解放CA-10B 东风EQ140 黄河JN150
后轴重 60.85 69.2 101.6

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6、交通分析
1 交通量增长率γ 交通量增长率γ跟汽车拥有量/增长率、经济情况/ 增长率、发展阶段有关 γ约为2～15％ 设计年限(分析年限)内累计交通量Ne 365N1[( 1 )T 1] Ne N1＝设计的初始年平均日交通量 T＝设计年限或分析年限： 设计年限：水泥路面 20～30年；沥青5～15年 分析年限：30～50年 γ交通量增长率
荷载对路面作用时间：40km/h约等于0.02s 沥青路面 3.2km/h～56km/h 总弯沉减少36％ 水泥路面3.2km/h～96km/h 板角挠度和板边应变量减少29％
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动态影响
材料测定参数－静态参数 实际路面 高速行驶：动态 停滞交通：接近静态 重复荷载与交通量大小对路面结构影响不同
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§2.2环境因素影响－湿度
路基和粒料层的湿度状况是环境因素和路基 土和粒料的吸力的平衡。 土-水特性曲线方程 保持路基干燥的主要方法：

正确设计路基与路面结构 良好的筑路材料 良好的排水设施（地面排水，内部排水，引 水）
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§2.3土基的力学强度特性
一、路基受力状况
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32 0.6
64
0.7~1 0.7~0.85 0.4
0.5~0.65 0.6~0.8
0.1~0.5 0.35~0.55
动态影响
2、竖向力
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 动荷载P动＝ δ P静
δ－冲击系数<1.3
3、瞬时性 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。

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trafic axle load





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 。
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后轴1 60.85 69.2 101.6 66 93.8 93.8 90 120
后轴2
后轴 数 1 1 1 1
86.6 93.8 90 120
2 2 1 2
交通荷载参数

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。 4、轮压与压圆：轮胎对路面的静态压力大小与胎 内压相接近，压面近似为圆形，d由p、P来计算，p 可近似取轮胎气压。

发生条件－三者缺一不可
1、水 2、水通道 3、负温
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§2.2环境因素影响－温度

对水泥混凝土路面
热胀冷缩－产生温度应力；热胀冷缩通道应保证 翘曲－内外温差产生温度梯度：白天拱起，晚上上 翘－翘曲应力Warping stress 翘曲对底下的基层产生影响－容易脱空 outrunning ，缺料，影响路基稳定；

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6、交通分析
2 轴载组成与等效换算 等效换算原则： 同一路面结构在不同车辆作用下达到相同的临界状 态（损伤程度）； 损伤：如弯沉，路面外观 甲车作用N1次后，弯沉为l1； 乙车作用N2次后，弯 沉为l1； 两辆车作用效果相当；则等效系数：

NS Pi n i ( ) Ni PS
1、水平力horizontal force
S滚 P
μ＝0.01～0.05 驱动制动时：
Sb f b p
fo-附着系数Adhesion coefficient fg-滑动系数sliding coefficient
fgP<Sb<foP
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纵向滑移路面附着系数
车速（km/h） 路面状况 路面类型 12 碎石 干燥 沥青砼 水泥砼 碎石 潮湿 沥青砼 水泥砼 0.4~0.65 0.6~0.7
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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。

图2-3车轮作用于路面的垂直压力与水平压力 a)停驻；b)启动、一般行驶、加速；c)减速、制动；d)转向
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§2.1 车辆动态影响
0.6～0.7
0.4～0.5 0.3～0.4
034~0.39
0.54~0.62
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交通分析

4 交通量方向分布系数 一般为0.5；某些特殊路，重载车分布可能差 异性较大，如运煤路；重载去空载轻载回－ 京珠高速公路南下重载北上多为轻工业产品
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7超载与超限overload and over limit
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§2.2环境因素影响－温度
二）影响 对沥青路面 正温：温度升高，强度下降、弹性模量降低，变形能力提高 负温：温度下降，强度先提高、到一定温度后反而下降，弹性模量
升高到一定程度后不变；变脆，变形能力变小；
秋冬－冻涨 水密度1，冰密度0.9，体积扩大1.1倍 高温季节－翻浆－强度下降、破坏
轮胎与地面接触不规则，作圆形均布荷载简化： 以当量圆半径δ 表示：
＝ p
{P－车轮上荷载大小,KN {p－轮胎接触压力,kpa {δ－接触面当量圆半径,m 标准轴载：单轴双轮组标准轴重100KN，p=0.7MPa 单轮－单圆荷载 da=0.302m 双轮－双圆荷载 d100=0.213m ；δ=10.65cm
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Axle load/axle type
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常见车型
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拖挂车
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汽车的轴型
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汽车的轴型简化图
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汽车路面设计参数
汽车型号 CA-10B 东风EQ140 黄河JN150 黄河JN253 东风拖挂车 尼桑 CW(L)40HD 138S 太脱拉T815S 总重 80.25 92.9 150.6 121 214.4 237.6 225.4 310 前轴 19.4 23.7 49 55 34 50 45.4 70
Superpave Models
3rd Annual CEE Advisory Council Meeting
1Βιβλιοθήκη Baidu
第二章
行车荷载、环境因素、材料的力学性质
trafic axle load/Environment factors/mechanical property
§2 主要内容
§2.1行车荷载trafic load §2.2环境因素影响Environmental Factors §2.3土基的力学强度特性Mechanical strength properties of the soil subgrade §2.4土基的承载能力 LBC of subgrade §2.5路基的变形、破坏及防治 The deformation, damage and control of roadbed §2.6路面材料的力学强度特性Mechanical strength properties of pavement material §2.7路面材料的累计变形与疲劳特性Pavement material accumulated deformation and fatigue properties

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6、交通分析
1 交通量 交通量－单位时间通过道路横断面的交通实体数 单位时间：小时，天，月，年等 交通实体：畜力车、小汽车、载重汽车等 交通量车辆分类： 小型车：微型车、小客车、轻型车等 大中型车：载货汽车、大客车、重型载货汽车等 特大型车：大平板车、集装箱运输车、大型拖挂车 等
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§2.1行车荷载 trafic axle load

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。
工作区深度
n=1/5 1.62 1.69 1.92 n=1/10 2.04 2.13 2.42
黄河JN150
黄河JN253
200
66
2.40
1.66
路基土自重引起垂直压力ζ B=γ Z 荷载引起垂直压力
σz
B
Z
p Z 2 1 2.5( ) D
σz
σ
z+
路面结构层容重20～25KN/m3 基面层容重16～22KN/m3 原状土容重14～25KN/m3 对路基而言：均质土体 路基内任一点处的垂直应力包括由车轮荷载 引起的ζZ和由土基自重所引起的ζB，两 者的共同作用
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σB σ zσ B
σ
§2.3路基工作区
二、路基工作区The subgrade work zone 在路基工作区以外的路基，路基对 于支承路面结构和车轮荷载的影响 逐渐减少。工作区深度Za: 定义：当车轮荷载引起的垂直应力 ζ Z和自重引起的垂直应力ζ B相 比所占的比例很小，仅为1/10~1/5 时，该深度范围为路基工作区

指数：n 沥青路面＝4.35，水泥16 半刚性8～11
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6、交通分析

3轮迹横向分布 交通量随车道变化，车道内按正态分布
沥青路面
单车道 双车道有分隔 1 0.5 水泥混凝土路面 高速、一级、收费 0.17~0.22 站 二级及 二级以 下公路 车道宽 >7m ≤7m
双车道无分隔
四车道 六车道
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trafic axle load





2、车辆的种类与作用特点 轴载－－轴型分布 单轴单轮Single axle-single wheel 单轴双轮Single Axle, Dual Wheels 双轴单轮Single Axle, single Wheels 双轴双轮tandem Axle, Dual Wheels 三联轴双轮tridem Axle, Dual Wheels
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§2.2环境因素影响－湿度
受地下水位升降、降水和蒸发、路面结构透 水性等因素的影响，路基和粒料层的湿度在 年循环内发生着周期性的变化。 含水量是影响路基土和粒料回弹模量值的重 要因素。因而，路基和粒料层的模量在年内 也会随湿度变化而出现相应的周期性变化。


路面设计时，应依据路基和粒料层的湿度变 化，在不同时段分别采用不同的模量值
超载运输是车辆所装载货物超过车辆额定载货 质量。 超限运输指运输车辆超过路面结构的容许承载 能力。 超载但不超限的车辆对路面的使用寿命有一定 的影响，超载且超限的车辆对路面的使用寿命 有很大的影响，有的甚至超过路面或桥梁结构 的极限承载力，使路面结构出现结构性破坏、 使桥梁结构出现整体破坏、产生严重的安全事 故。
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§2.1 汽车对轮胎的静态压力
轮胎传给路面的垂直压力P {轮胎内压力pi {轮胎刚度与形状 {轮载大小 轮胎标准内压力pi＝0.4～0.7MPa; 一般：P=0.9~1.1 pi 行驶过程中：P=0.9~1.1 pi
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汽车的轮压与压圆
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§2.1 汽车对轮胎的静态压力