9路面行车载荷、环境因素、材料的力学特性.ppt

第九章 行车荷载、自然环境与材料的力学特性 §9-1 行车荷载 §9-2 交通分析 §9-3 自然环境对路面的作用 §9-4 路面材料力学特性 §9-1 行车荷载 对行车荷载的研究内容： 1.汽车的轮重与轴重； 2.不同车型的车轴布置； 3.设计期限内，汽车的轴型分布及汽车年通过量的 逐年变化； 4.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。二、汽车的轴型 我国公路与城市道路设计规范中均以100kN作为标准轴重。目前我国公路行驶的车辆，后轴轴载一般在60～130kN范围内。 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。试验表明：随着车速的提高，路基路面变形比停车状态要小很多，这个影响量在设计中要予以考虑（可以考虑为路面结构刚度的相对提高 ）。对于弹缩性材料，由于应力作用的瞬时性，允许按弹性结构分析。  4.车辆荷载作用的重复性 弹性路面材料在重复荷载作用下，呈现出材料的疲劳性质；弹塑性材料，如土基和柔性路面，呈现出变形的累计。在设计中要予以考虑。 § 9-3 自然环境对路面的作用 路基路面结构直接暴露在大气当中，必然要经受着自然环境因素的影响。路基土和路面材料的刚度和强度随着路面结构内部温度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。 四、应力－应变特性 1.无结合料的碎石、砾石材料无法通过成型试件测试应力－应变特性，可用三轴压缩试验结果来反映。其表现出明显的非线性特征。 2. 水泥混凝土的抗压强度和抗压弹性模量采用棱柱体的单轴加压进行测试。 3.无机结合料宜采用三轴压缩试验测定其应力—应变特性关系。结果也呈现出非线性特征。 4.沥青混合料的应力－应变特性测试也相同。在低温下，可采用单轴试验或小梁试验，在高温下，可用三轴压缩试验测定。 由于沥青混合料中的结合料—沥青具有依赖于温度和加荷时间的粘—弹性性状，所以不能用一个常量弹性模量来表征沥青混合料的引力—应变特性关系。 沥青路面的疲劳破坏 1. 水泥混凝土及无机结合料处治的混合料 应力比增大，出现疲劳破坏的重复作用次数降低。 重复应力级位相同时，Nf变化幅度较大，试验结果离散，但概率分布基本符合对数正态分布。 疲劳方程： Nf＝107时，应力比为0.55，此时尚未发现疲劳现象。 应力比小于0.75时，重复应力施加的频率对试验结果影响很微小。 2. 沥青混合料 疲劳特性室内试验采用简支小梁或圆柱体试验等方法，有两种试验方法：控制应力与控制应变。 控制应力试验，材料的疲劳破坏以试件出现断裂为标志；而控制应变试验，可以以劲度模量下降到初始值的50％作为疲劳破坏的标准。条件相同试验中，控制应变试验所得疲劳寿命大得多。 较厚的沥青面层，宜采用控制应力试验方法；较薄的沥青面层，宜采用控制应变的试验方法。 * * 不同轴型的货车示意图 三、汽车对道路的静态压力 1. 静态压力P的影响因素： （1）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 图22 成重高速剪应力等值线图 图23 京津塘高速剪应力等值线图 不同刚度路面双轮组荷载压力的分布 2.轮载静态压力的简化 简化为单圆 简化为双圆 单圆当量圆直径 双圆当量圆直径 3.路面设计的标准轴载 1.5d 两轮中心距（cm） 21.30 单轮传压面当量圆直径d（cm） 0.70 轮胎接地压强p（MPa） 100 标准轴载P（kN） BZZ—100 标 准 轴 载 轮载对路面