(一)高级路面 高级路面的特点是强度高,刚度大,稳定性好,使用寿命长,能适应较繁重的交通量,路面 平整,无尘埃,能保证高速行车。高级路面养护费用少,运输成本低,但初期建设投资高」 需要用质量高的材料来修筑。 (二)次高级路面 次高级路面与高级路面相比,强度和刚度较差,使用寿命较短,所适应的交通量较小,行车 速度也较低,次高级路面的初期建设投资虽较高级路面低些,但要求定期修理。养护费用和 输成本也较高。 (三)中级路面 中级路面的强度和刚度低,稳定性差,使用期限短,平整度差,易扬尘,仅能适应较小的交 通量,行车速度低。中级路面的初期建设投资虽然很低,但是养护工作量大,需要经常维修 和补充材料,才能延长使用年限。运输成本也高。 (四)低级路面 低级路面的强度和刚度最低,水稳定性差,路面平整性差,易扬尘,故只能保证低速行车 所适应的交通量最小,在雨季有时不能通车。低级路面的初期建设投资最低,但要求经常养 护修理,而且运输成本最高 二、路面分类 路面类型可以从不同角度来划分,但是一般都按面层所用的材料区划,如水泥混凝土路面 沥青路面、砂石路面等。但是在工程设计中,主要从路面结构的力学特性和设计方法的相似 性出发,将路面划分为柔性路面,刚性路面和半刚性路面三类。 (一)柔性路面 柔性路面的总体结构刚度较小,在车辆荷载作用之下产生较大的弯沉变形,路面结构本身的 抗弯拉强度较低,它通过各结构层将车辆荷载传递给土基,使土基承受较大的单位压力。路 基路面结构主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。柔性路面主要包括各种未经处 理的粒料基层和各类沥青面层、碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。 (二)刚性路面 刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。水泥混凝土的强度高,与其它筑路 材料比较,它的抗弯拉强度高,并且有较高的弹性模量,故呈现出较大的刚性,在车辆荷载 作用下,水泥混凝土结构层处于板体工作状态,竖向弯沉较小,路面结构主要靠水泥混凝土 板的抗弯拉强度承受车辆荷载。通过板体的扩散分布作用,传递给基础上的单位压力较柔性 路面小得多。 (三)半刚性路面 用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎(砾)石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层, 在前期具有柔性路面的力学性质,后期的强度和刚度均有较大幅度的增长,但是最终的强度 和刚度仍远小于水泥混凝土。由于这种材料的刚性处于柔性路面与刚性路面之间,因此把这 种基层和铺筑在它上面的沥青面层统称为半刚性路面。这种基层称为半刚性基层 刚性路面、柔性路面和半刚性路面,这种以力学特性为标准的分类方法主要是为了便于从功 能原理和设计方法出发进行区分,并没有绝对的定量分界界限。近年来材料科学的发展正在 逐步改变这种属性,如水泥混凝土的增塑研究正在使它的刚性降低而保留它的高强性质,沥 青的改性研究使得沥青混凝土随气候而变化的力学性质趋向于稳定,大幅度提高其刚度。事 物都在相互转化之中 第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质 §2-1行车荷载 汽车是路基路面的服务对象,路基路面的主要功能是长期保证车辆快速、安全、平稳地通行
(一) 高级路面 高级路面的特点是强度高，刚度大，稳定性好，使用寿命长，能适应较繁重的交通量，路面 平整，无尘埃，能保证高速行车。高级路面养护费用少，运输成本低，但初期建设投资高， 需要用质量高的材料来修筑。 (二) 次高级路面 次高级路面与高级路面相比，强度和刚度较差，使用寿命较短，所适应的交通量较小，行车 速度也较低，次高级路面的初期建设投资虽较高级路面低些，但要求定期修理。养护费用和 运输成本也较高。 (三) 中级路面 中级路面的强度和刚度低，稳定性差，使用期限短，平整度差，易扬尘，仅能适应较小的交 通量，行车速度低。中级路面的初期建设投资虽然很低，但是养护工作量大，需要经常维修 和补充材料，才能延长使用年限。运输成本也高。 (四) 低级路面 低级路面的强度和刚度最低，水稳定性差，路面平整性差，易扬尘，故只能保证低速行车， 所适应的交通量最小，在雨季有时不能通车。低级路面的初期建设投资最低，但要求经常养 护修理，而且运输成本最高。 二、路面分类 路面类型可以从不同角度来划分，但是一般都按面层所用的材料区划，如水泥混凝土路面、 沥青路面、砂石路面等。但是在工程设计中，主要从路面结构的力学特性和设计方法的相似 性出发，将路面划分为柔性路面，刚性路面和半刚性路面三类。 (一) 柔性路面 柔性路面的总体结构刚度较小，在车辆荷载作用之下产生较大的弯沉变形，路面结构本身的 抗弯拉强度较低，它通过各结构层将车辆荷载传递给土基，使土基承受较大的单位压力。路 基路面结构主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。柔性路面主要包括各种未经处 理的粒料基层和各类沥青面层、碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。 (二) 刚性路面 刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。水泥混凝土的强度高，与其它筑路 材料比较，它的抗弯拉强度高，并且有较高的弹性模量，故呈现出较大的刚性，在车辆荷载 作用下，水泥混凝土结构层处于板体工作状态，竖向弯沉较小，路面结构主要靠水泥混凝土 板的抗弯拉强度承受车辆荷载。通过板体的扩散分布作用，传递给基础上的单位压力较柔性 路面小得多。 (三) 半刚性路面 用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎(砾)石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层， 在前期具有柔性路面的力学性质，后期的强度和刚度均有较大幅度的增长，但是最终的强度 和刚度仍远小于水泥混凝土。由于这种材料的刚性处于柔性路面与刚性路面之间，因此把这 种基层和铺筑在它上面的沥青面层统称为半刚性路面。这种基层称为半刚性基层。 刚性路面、柔性路面和半刚性路面，这种以力学特性为标准的分类方法主要是为了便于从功 能原理和设计方法出发进行区分，并没有绝对的定量分界界限。近年来材料科学的发展正在 逐步改变这种属性，如水泥混凝土的增塑研究正在使它的刚性降低而保留它的高强性质，沥 青的改性研究使得沥青混凝土随气候而变化的力学性质趋向于稳定，大幅度提高其刚度。事 物都在相互转化之中。 第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质 §2-1 行车荷载 汽车是路基路面的服务对象，路基路面的主要功能是长期保证车辆快速、安全、平稳地通行
汽车荷载又是造成路基路面结构损伤的主要成因。因此,为了保证设计的路基路面结构达到 预计的功能,具有良好的结构性能,首先应对行驶的汽车作分析。包括汽车轮重与轴重的大 小与特性:不同车型车轴的布置:;设计期限内,汽车轴型的分布以及车轴通行量逐年增长的 规律:汽车静态荷载与动态荷载特性比较等。 、车辆的种类 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。小客车自身重量与满载总重都比较轻,但车速高 般可达120km/h,有的高档小车可达200km/h以上:中客车一般包括6个坐位至20个坐位的 中型客车;大客车一般是指20个坐位以上的大型客车包括铰接车和双层客车,主要用于长途 客运与城市公共交通 货车又分为整车、牵引式拖车和牵引式半拖车。整车的货厢与汽车发动机为一整体:牵引式 拖车的牵引车与拖车是分离的,牵引车提供动力,牵引后挂的拖车、有时可以拖挂两辆以上 的拖车;牵引式半拖车的牵引车与拖车也是分离的,但是通过铰接相互联接,牵引车的后轴 也担负部分货车的重量,货车厢的后部有轮轴系统,而前部通过铰接悬挂在牵引车上。货车 总的发展趋向是向大吨位发展,特别是集装箱运输水陆联运业务开展之后,货车最大吨位已 超过40-50吨。 汽车的总重量通过车轴与车轮传递给路面,所以路面结构的设计主要以轴重作为荷载标准, 在道路上行驶的多种车辆的组合中,重型货车与大客车起决定作用,轻型货车与中、小客车 影响很小,有时可以不计。但是在考虑路面表面特性要求时,如平整性,抗滑性等,以小汽 车为主要对象,因为小车的行驶速度高,所以要求在高速行车条件下具有良好的平稳性与安 全性 、汽车的轴型 无论是客车还是货车,车身的全部重量都通过车轴上的轮子传给路面,因此,对于路面结构 设计而言,更加重视汽车的轴重。由于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,为了统一设计标准和便于交通管理,各个国家对于轴重的最大限度均有明确的规定 据国际道路联合会1989年公布的统计数据,在141个成员国和地区中,轴限最大的为140KN, 近40%执行100KN轴限,我国公路与城市道路路面设计规范中均以100KN作为设计标准轴重 通常认为我国的道路车辆轴限为100KN。 通常,整车型式的客、货车车轴分前轴和后轴。绝大部分车辆的前轴为二个单轮组成的单轴, 轴载约为汽车总重量的三分之一。极少数汽车的前轴由双轴单轮组成,双前轴的载重约为汽 车总重的一半。汽车的后轴有单轴、双轴和三轴三种,大部分汽车后轴由双轮组组成,只有 少量轻型货车由单轮组成后轴。每一根后轴的轴载大约为前轴轴载的两倍。目前,在我国公 路上行驶的货车的后轴轴载,一般在60~130KN范围内,大部分在100KN以下。 由于汽车货运向大型重载方向发展,货车的总重有增加的趋势,为了满足各个国家对汽车轴 限的规定,趋向于增加轴数以提高汽车总重。因此出现了各种多轴的货车。有些运输专用设 备的平板拖车,采用多轴多轮,以便减轻对路面的压力。各种不同轴型的货车如图2-1所示。 图2-1〓同轴型的货车示意图 汽车对道路的静态压力 汽车对道路的作用可分为停驻状态和行驶状态。当汽车处于停驻状态下,对路面的作用力为 静态压力,主要是由轮胎传给路面的垂直压力p,它的大小受下述因素的影响 1)汽车轮胎的内压力pi 2)轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状 3)轮载的大小 货车轮胎的标准静内压力pi一般在0.4~0.TMa范围内。通常轮胎与路面接触面上的压力p
汽车荷载又是造成路基路面结构损伤的主要成因。因此，为了保证设计的路基路面结构达到 预计的功能，具有良好的结构性能，首先应对行驶的汽车作分析。包括汽车轮重与轴重的大 小与特性；不同车型车轴的布置；设计期限内，汽车轴型的分布以及车轴通行量逐年增长的 规律；汽车静态荷载与动态荷载特性比较等。 一、车辆的种类 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。小客车自身重量与满载总重都比较轻，但车速高，一 般可达 120km/h，有的高档小车可达 200km/h 以上；中客车一般包括 6 个坐位至 20 个坐位的 中型客车；大客车一般是指 20 个坐位以上的大型客车包括铰接车和双层客车，主要用于长途 客运与城市公共交通。 货车又分为整车、牵引式拖车和牵引式半拖车。整车的货厢与汽车发动机为一整体；牵引式 拖车的牵引车与拖车是分离的，牵引车提供动力，牵引后挂的拖车、有时可以拖挂两辆以上 的拖车；牵引式半拖车的牵引车与拖车也是分离的，但是通过铰接相互联接，牵引车的后轴 也担负部分货车的重量，货车厢的后部有轮轴系统，而前部通过铰接悬挂在牵引车上。货车 总的发展趋向是向大吨位发展，特别是集装箱运输水陆联运业务开展之后，货车最大吨位已 超过 40-50 吨。 汽车的总重量通过车轴与车轮传递给路面，所以路面结构的设计主要以轴重作为荷载标准， 在道路上行驶的多种车辆的组合中，重型货车与大客车起决定作用，轻型货车与中、小客车 影响很小，有时可以不计。但是在考虑路面表面特性要求时，如平整性，抗滑性等，以小汽 车为主要对象，因为小车的行驶速度高，所以要求在高速行车条件下具有良好的平稳性与安 全性。 二、汽车的轴型 无论是客车还是货车，车身的全部重量都通过车轴上的轮子传给路面，因此，对于路面结构 设计而言，更加重视汽车的轴重。由于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，为了统一设计标准和便于交通管理，各个国家对于轴重的最大限度均有明确的规定。 据国际道路联合会 1989 年公布的统计数据，在 141 个成员国和地区中，轴限最大的为 140KN， 近 40%执行 100KN 轴限，我国公路与城市道路路面设计规范中均以 100KN 作为设计标准轴重。 通常认为我国的道路车辆轴限为 100KN。 通常，整车型式的客、货车车轴分前轴和后轴。绝大部分车辆的前轴为二个单轮组成的单轴， 轴载约为汽车总重量的三分之一。极少数汽车的前轴由双轴单轮组成，双前轴的载重约为汽 车总重的一半。汽车的后轴有单轴、双轴和三轴三种，大部分汽车后轴由双轮组组成，只有 少量轻型货车由单轮组成后轴。每一根后轴的轴载大约为前轴轴载的两倍。目前，在我国公 路上行驶的货车的后轴轴载，一般在 60～130KN 范围内，大部分在 100KN 以下。 由于汽车货运向大型重载方向发展，货车的总重有增加的趋势，为了满足各个国家对汽车轴 限的规定，趋向于增加轴数以提高汽车总重。因此出现了各种多轴的货车。有些运输专用设 备的平板拖车，采用多轴多轮，以便减轻对路面的压力。各种不同轴型的货车如图 2-1 所示。 图 2-1〓同轴型的货车示意图 三、汽车对道路的静态压力 汽车对道路的作用可分为停驻状态和行驶状态。当汽车处于停驻状态下，对路面的作用力为 静态压力，主要是由轮胎传给路面的垂直压力 p，它的大小受下述因素的影响。 1) 汽车轮胎的内压力 pi； 2) 轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状； 3) 轮载的大小。 货车轮胎的标准静内压力 pi 一般在 0.4～0.7MPa 范围内。通常轮胎与路面接触面上的压力 p
略小于内压力pi,约为(0.8~0.9)pi。车轮在行驶过程中,内压力会因轮胎充气温度升高而 增加,因此,滚动的车轮,接触压力也有所增加,达到(0.9~1.1)pi 轮胎的刚度随轮胎的新旧程度而有不同,接触面的形状和轮胎的花纹也会影响接触压力的分 布,一般情况下,接触面上的压力分布是不均匀的。不过在路面设计中,通常忽略上述因素 的影响,而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 轮胎与路面的接触面形状如图2-2所示,它的轮廓近似于椭圆形,因其长轴与短轴的差别不 大,在工程设计中以圆形接触面积来表示。将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载,并采用 轮胎内压力作为轮胎接触压力p。当量圆的半径δ可以按式(2-1)确定 6=〖KF(〗〖SX(〗P〖〗p(2-1) 式中:〖ZK(〗P一一作用在车轮上的荷载,KN: p-—轮胎接触压力,KPa δ——接触面当量圆半径,m。〖ZK)〗 对于双轮组车轴,若每一侧的双轮用一个圆表示,称为单圆荷载:如用二个圆表示,则称为 双圆荷载(见图2-2)。单圆荷载的当量圆直径D和双圆荷载的直径d,分别按式(2-2)、式(2-3) 计算: 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,用式(2-2)、式 (2-3)计算,可分别得到相应的当量直径为 图2-2车轮荷载计算图式 a)单圆图式:b)双圆图式 四、运动车辆对道路的动态影响 行驶状态的汽车除了施加给路面垂直静压力之外,还给路面施加水平力,震动力。此外,由 于汽车以较快的速度通过,这些动力影响还有瞬时性的特征。 汽车在道路上等速行驶,车轮受到路面给它的滚动摩阻力,路面也相应受到车轮施加于它的 一个向后的水平力;汽车在上坡行驶,或者在加速行驶过程中,为了克服重力与惯性力,需 要给路面施加向后的水平力,相应在下坡行驶或者在减速行驶过程中,为了克服重力与惯性 力的作用,需要给路面施加向前的水平力。汽车在弯道上行驶,为了克服离心力,保持车身 稳定不产生侧滑,需要给路面施加侧向水平力。特别是在汽车启动和制动过程中,施加于路 面的水平力相当大 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中 有关(见图2-3),其最大值Qmax不会超过P与中的乘积,即 Qmax≤Pφ(2-4 若以q和p分别表示接触面上的单位水平力和单位垂直接触压力,则最大水平力qmax应满足: qmax≤pφ(2-5) 图2-3车轮作用于路面的垂直压力与水平力 纵向滑移路面附着系数φ表2-2 表2-2所列的φ值为实地测量的资料。由表列φ值可以看出,φ的最大值一般不超过0.7 0.8,同路面类型和湿度以及行车速度有关,相同的路面结构类型,干燥状态的φ值比潮湿状 态高:路面结构类型与干燥状态相同的情况下,车速越高,φ值越小。 路面表面必需保持足够的附着系数,这是保证正常行车的重要条件。但是从路面结构本身来 看,附着系数的大小直接关系结构层承受的水平力荷载。在水平荷载的作用下,结构层产生 复杂的应力状态,特别是面层结构,直接遭受水平荷载作用,若是抗剪强度不足,将会导致 推挤、拥包、波浪、车辙等破坏现象 汽车在道路上行驶,由于车身自身的震动和路面的不平整,其车轮实际上是以一定的频率和 振幅在路面上跳动,作用在路面上的轮载时而大于静态轮载,时而小于静态轮载,呈波动状
略小于内压力 pi，约为(0.8～0.9)pi。车轮在行驶过程中，内压力会因轮胎充气温度升高而 增加，因此，滚动的车轮，接触压力也有所增加，达到(0.9～1.1)pi。 轮胎的刚度随轮胎的新旧程度而有不同，接触面的形状和轮胎的花纹也会影响接触压力的分 布，一般情况下，接触面上的压力分布是不均匀的。不过在路面设计中，通常忽略上述因素 的影响，而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。 轮胎与路面的接触面形状如图 2-2 所示，它的轮廓近似于椭圆形，因其长轴与短轴的差别不 大，在工程设计中以圆形接触面积来表示。将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，并采用 轮胎内压力作为轮胎接触压力 p。当量圆的半径δ可以按式(2-1)确定。 δ=〖ＫＦ（〗〖ＳＸ（〗P〖〗πp (2-1) 式中：〖ＺＫ（〗P——作用在车轮上的荷载，KN； p——轮胎接触压力，KPa； δ——接触面当量圆半径，m。〖ＺＫ）〗 对于双轮组车轴，若每一侧的双轮用一个圆表示，称为单圆荷载；如用二个圆表示，则称为 双圆荷载(见图 2-2)。单圆荷载的当量圆直径 D 和双圆荷载的直径 d，分别按式(2-2)、式(2-3) 计算： 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，用式(2-2)、式 (2-3)计算，可分别得到相应的当量直径为： 图 2-2 车轮荷载计算图式 a) 单圆图式；b) 双圆图式 四、运动车辆对道路的动态影响 行驶状态的汽车除了施加给路面垂直静压力之外，还给路面施加水平力，震动力。此外，由 于汽车以较快的速度通过，这些动力影响还有瞬时性的特征。 汽车在道路上等速行驶，车轮受到路面给它的滚动摩阻力，路面也相应受到车轮施加于它的 一个向后的水平力；汽车在上坡行驶，或者在加速行驶过程中，为了克服重力与惯性力，需 要给路面施加向后的水平力，相应在下坡行驶或者在减速行驶过程中，为了克服重力与惯性 力的作用，需要给路面施加向前的水平力。汽车在弯道上行驶，为了克服离心力，保持车身 稳定不产生侧滑，需要给路面施加侧向水平力。特别是在汽车启动和制动过程中，施加于路 面的水平力相当大。 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(见图 2-3)，其最大值 Q max 不会超过 P 与φ的乘积，即： Qmax≤Pφ (2-4) 若以q和p分别表示接触面上的单位水平力和单位垂直接触压力，则最大水平力qmax应满足： qmax≤pφ (2-5) 图 2-3 车轮作用于路面的垂直压力与水平力 纵向滑移路面附着系数φ表 2-2 表 2-2 所列的φ值为实地测量的资料。由表列φ值可以看出，φ的最大值一般不超过 0.7～ 0.8，同路面类型和湿度以及行车速度有关，相同的路面结构类型，干燥状态的φ值比潮湿状 态高；路面结构类型与干燥状态相同的情况下，车速越高，φ值越小。 路面表面必需保持足够的附着系数，这是保证正常行车的重要条件。但是从路面结构本身来 看，附着系数的大小直接关系结构层承受的水平力荷载。在水平荷载的作用下，结构层产生 复杂的应力状态，特别是面层结构，直接遭受水平荷载作用，若是抗剪强度不足，将会导致 推挤、拥包、波浪、车辙等破坏现象。 汽车在道路上行驶，由于车身自身的震动和路面的不平整，其车轮实际上是以一定的频率和 振幅在路面上跳动，作用在路面上的轮载时而大于静态轮载，时而小于静态轮载，呈波动状
态,图2-4所示即为轴载波动的实例。 图2-4轴载的动态波动 车速:60km/h:路面平整度中等;轮胎着地 长:23cm;通过时间:0.0138S 轮载的这种波动,可近似地看作为呈正态分布,其变异系数(标准离差与轮载静载之比)主要 随下述三因素而变化 (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 正常情况下,变异系数一般均小于0.3。 振动轮载的最大峰值与静载之比称为冲击系数,在较平整的路面上,行车速度不超过50km/h 时,冲击系数不超过130。车速增加,或路面平整性不良,则冲击系数还要增大。在设计 路面时,有时以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载 行驶的汽车对路面施加的荷载有瞬时性,车轮通过路面上任一点,路面承受荷载的时间是很 短的,大约只有0.01~0.10S左右。在路面以下一定深度处,应力作用的持续时间略长一点, 但仍然是十分短暂的。由于路面结构中应力传递是通过相邻的颗粒来完成的,若应力出现的 时间很短,则来不及传递分布,其变形特性便不能像静载那样呈现得那样完全。美国各州公 路工作者协会(ASHO)试验路曾对不同车速下沥青路面和水泥混凝土路面的变形进行量测(见 图2-5),结果表明,当行车速度由3.2km/h提高到56km/h,沥青路面的总弯沉减少36%:当 行车速度由3.2km/h提高到96.7km/h,水泥混凝土路面的板角挠度和板边应变量减少2%左 动荷载作用下路面变形量的减小,可以理解为路面结构刚度的相对提高,或者是路面结构强 度的相对增大 图2-5车速与路面变形的关系 1——刚性路面,板角挠度和板边应变量随车速的变化 2—一柔性路面,表面总弯沉量随车速的变化。 汽车荷载对路面的多次重复作用也是一项重要的动态影响,在行车繁密的道路上,路面结构 每天将承受上千次,甚至数万次车轮荷载的作用,在路面的整个使用期限内,承受的轮载作 用次数更为可观。路面承受一次轮载作用和承受多次重复轮载作用的效果并不一样。对于弹 性材料,在重复荷载作用下,呈现出材料的疲劳性质,也就是材料的强度将随荷载重复次数 的增加而降低。对于弹塑性材料,如土基和柔性路面,在重复荷载作用下,将呈现出变形的 逐渐增大,称为变形的累积,所以对于路面设计,不仅要重视轴重静力与动力的量值,道路 通行的各类轴载的通行数量也是重要的因素。 五、交通分析 道路上通行的车辆不仅具有不同的类型和不同的轴重。而且通行的车辆数目也是变化的。路 面结构设计中,要考虑设计年限内,车辆对路面的综合累计损伤作用,必须对现有的交通量、 轴载组成以及增长规律进行调查和预估,并通过适当的方式将它们换算成当量标准轴载的累 计作用次数。 1、交通量 交通量是指一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。可以通过现有的交通流量 观测站的调査资料,得到该道路设计的初始年平均日交通量。也可以根据需要,临时设站进 行观测。当然这种观测只是短期的,仅为若干天,而且每天也可能仅观测若干小时。对此 可利用当地长期观测所得的时间分布规律、即月分布不均匀系数,日分布不均匀系数和小时 分布换算系数,将临时观测结果按相应的换算系数换算成年平均日交通量
态，图 2-4 所示即为轴载波动的实例。 图 2-4 轴载的动态波动 车速：60km/h；路面平整度中等；轮胎着地 长：23cm；通过时间：0.0138S 轮载的这种波动，可近似地看作为呈正态分布，其变异系数(标准离差与轮载静载之比)主要 随下述三因素而变化： (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。 正常情况下，变异系数一般均小于 0.3。 振动轮载的最大峰值与静 载之比称为冲击系数，在较平整的路面上，行车速度不超过 50km/h 时，冲击系数不超过 1 30。车速增加，或路面平整性不良，则冲击系数还要增大。在设计 路面时，有时以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。 行驶的汽车对路面施加的荷载有瞬时性，车轮通过路面上任一点，路面承受荷载的时间是很 短的，大约只有 0.01～0.10S 左右。在路面以下一定深度处，应力作用的持续时间略长一点， 但仍然是十分短暂的。由于路面结构中应力传递是通过相邻的颗粒来完成的，若应力出现的 时间很短，则来不及传递分布，其变形特性便不能像静载那样呈现得那样完全。美国各州公 路工作者协会(AASHO)试验路曾对不同车速下沥青路面和水泥混凝土路面的变形进行量测(见 图 2-5)，结果表明，当行车速度由 3.2km/h 提高到 56km/h，沥青路面的总弯沉减少 36%；当 行车速度由 3.2km/h 提高到 96.7km/h，水泥混凝土路面的板角挠度和板边应变量减少 29%左 右。 动荷载作用下路面变形量的减小，可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者是路面结构强 度的相对增大。 图 2-5 车速与路面变形的关系 1——刚性路面，板角挠度和板边应变量随车速的变化； 2——柔性路面，表面总弯沉量随车速的变化。 汽车荷载对路面的多次重复作用也是一项重要的动态影响，在行车繁密的道路上，路面结构 每天将承受上千次，甚至数万次车轮荷载的作用，在路面的整个使用期限内，承受的轮载作 用次数更为可观。路面承受一次轮载作用和承受多次重复轮载作用的效果并不一样。对于弹 性材料，在重复荷载作用下，呈现出材料的疲劳性质，也就是材料的强度将随荷载重复次数 的增加而降低。对于弹塑性材料，如土基和柔性路面，在重复荷载作用下，将呈现出变形的 逐渐增大，称为变形的累积，所以对于路面设计，不仅要重视轴重静力与动力的量值，道路 通行的各类轴载的通行数量也是重要的因素。 五、交通分析 道路上通行的车辆不仅具有不同的类型和不同的轴重。而且通行的车辆数目也是变化的。路 面结构设计中，要考虑设计年限内，车辆对路面的综合累计损伤作用，必须对现有的交通量、 轴载组成以及增长规律进行调查和预估，并通过适当的方式将它们换算成当量标准轴载的累 计作用次数。 1、交通量 交通量是指一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。可以通过现有的交通流量 观测站的调查资料，得到该道路设计的初始年平均日交通量。也可以根据需要，临时设站进 行观测。当然这种观测只是短期的，仅为若干天，而且每天也可能仅观测若干小时。对此， 可利用当地长期观测所得的时间分布规律、即月分布不均匀系数，日分布不均匀系数和小时 分布换算系数，将临时观测结果按相应的换算系数换算成年平均日交通量