第二章 行车荷载及环境作用.ppt

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、车量的种类 二、汽车的轴型 单轴单轮 单轴双轮 双轴单轮 双轴双轮 多轴多轮 三、轴轮组与轴重：整车分前轴和后轴，绝大部分车辆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。 四、轮压与压圆：轮胎对路面的静态压力大小与胎内气压相接近，压面近似为圆形，d（圆直径）由p（轮胎接地压力）、P（轴重）来计算，p可近似取轮胎气压。 对于双轮组车轴，可以按双圆考虑，也可以按单圆对待，其当量圆的直径计算如下： a)双圆荷载的当量圆半径δ： b)单圆荷载的当量圆直径D： 五、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。 1）水平力：行车安全要求 qmax≤ p?? ，其中? 为路表与车轮的附着系数，它同路面类型与湿度以及行车速度有关。路表层水平力过大易导致推挤、拥包、波浪及车辙等病害。 2）振动力：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。 3）瞬时作用及重复：路面点车轮作用时间约为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。 八、交通荷载轴载换算和统计计算 1）交通调查与分析 调查内容包括交通总量、车型分布、轴型轴载等，有的还调查轴载谱，不同轴载作用次数的频率组成即为轴载谱；分析主要是确定交通量年平均增长率，并求算获得设计年限内累计交通量。 轴载组成与轴载换算：各不同轴载应根据某一指标按其对路面结构的损伤作用等效性换算成其它轴载作用次数，从而可使用标准轴载来综合累计。 3）轴载换算 轴载换算的基本原则： ①等效破坏原则：同一种路面结构在不同轴载作用下在使用末期达到相同的损伤程度（破坏状态）； ②轴载换算系数公式： 4）累计轴载作用次数 初始年平均日交通量N1 设计年限内累计交通量 设计年限内一个车道内的累计交通量 湿度 2、温度对道路的影响 温度造成路基的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀。 温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割。 温度造成沥青混凝土路面塑性变形累积及低温开裂 。 3、湿度对道路的影响 湿度对路基的影响：湿软、冰冻及整体不稳定，需设置良好的排水设施，并控制路基干湿类型。 湿度对路面的影响：水分积蓄于路面体内，降低路面强度与刚度，造成路面破坏，并可进一步加剧路面透水性 。 §2-3 土基的力学强度特性 一、路基受力状况 1、汽车荷载引起路基中的垂直应力σz： 式中：p－车轮荷载换算的均布荷载（单位：KN／m3) D－圆形均布荷载作用面积的直径m。 Z－圆形均布荷载下应力作用点的深度m。 2、土基本身自重引起路基中的垂直应力σB ： 路基土本身自重在路基深度为Z处所引起的垂直压应力σB: σB =γZ 式中：γ－土的容重（单位：KN/m3）。 二、路基工作区 1、路基工作区的概念：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σB相比所占比例很小，仅为1/10～1/5时，该深度范围内的路基称为路基工作区。 2、路基工作区要求：土基的强度和稳定性对保证路面结构的强度和稳定性极为重要，对路基工作区深度范围内土质选择，路基的压实度应提出较高的要求。 三、土基的力学强度特性及其设计参数： 路基土的变形包括弹性变形和塑性变形两部分。过大塑性变形将导致各种沥青路面产生车辙和纵向不平整；对于水泥混凝土路面，路基土塑性变形将引起板块断裂。弹性变形将使得沥青面层和水泥混凝土面板产生疲劳开裂。 §2-4 土基的承载能力的表征参数 1、土的非线性特性 2、模量的概念 土的应力－应变关系曲线 （1）初始切线模量：应力值为零时的应力-应变曲线的正切，如图①代表加荷开始土的应力-应变关系。 （2）切线模量：某一应力级位处应力-应变曲线斜率，如图②反映土在该级位应力-应变变化精确关系。 （3）割线模量：以某一应力值对应曲线上的点同起始点相连的割线斜率，如图③反映在该应力级范围内的应力-应变关系的平均情况。 （4）回弹模量：应力卸