[理学]第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学特性.ppt

第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学特性 第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学特性  第一节 行车荷载第二节 环境因素影响第三节 土基的力学强度特性第四节 土基的承载能力第五节 路基的变形破坏及防治第六节 路面材料的力学强度特性第七节 路面材料的累积变形及疲劳特性 第一节 行车荷载 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保证车辆快速、安全、舒适、经济通行。 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。 行车荷载的主要研究内容： 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。 一、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。 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。 二、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。目前我国公路是行驶的车辆，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。多轴多轮化发展。 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。 车辆的种类（vehicle types) 二、汽车的轴型、轴载。 轴重是路面设计的关键。 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。 2、后轴：有单轴、双轴、三轴类型。 大部分为双轴双轮。 三、汽车对道路的静态压力 静态压力P的影响因素： 1.汽车轮胎内压； 2.轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态； 3.轮载的大小。 四、运动车辆对道路的动态影响 1.水平力对路面造成的影响： 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） 轮载动态变化的影响因素：车速、路面平整度、车辆的振动特性。 冲击系数：振动轮载的最大值与静载的比值。 3. 轮载作用的瞬时性 车轮通过路面的时间约为0.01～0.1s左右，当应力出现的时间很短时，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。 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 1水平荷载： 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。 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。 Qmax=P φ 纵向滑移路面附着系数 2、运动车辆对道路的动力作用： 因为路面不平整车身震动，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。 3 瞬时性：行使车辆对路面所施加的荷载，除了上述动载特性外，还具有瞬时性。 3行车荷载的重复作用： 各荷载作用下竖向位移云图 气温变化规律 分别采用上述两式计算了海拉尔市1月份日变化气温值，并与实测值进行对比。从图可看出，实测值与1式拟合值差值较大，而与2式拟合值较为接近。因此，采用2拟合气温的日变化规律是可行的，故本文采用此式。 降温条件下路面温度场 在沥青稳定碎石基层层底深度附近，各参考时间的温度曲线出现拐点，说明设置沥青稳定碎石基层使半刚性材料层下移，有利于改善其温度状况。 随着深度增加，温度波动滞后时间逐渐增大。1m深处的温度日变化已经很小，在0.5℃之内，此深度处的温度年变化占主导地位。 在3个参照时间点当中，2小时温度梯度最大，1天和2天温度梯度值较为接近，当路面深度达到30cm左右时，温度梯度趋于稳定。 面层温度梯度受气温变化的影响较大，从降温开始到6小时左右温度梯度值渐趋平稳。 沥青稳定碎石基层和半刚性底基层温度梯度随