高強(qiáng) 唐海濤

（煙臺市萊陽公路管理局，山東 萊陽265200）

行車荷載對路基路面影響分析

高強(qiáng) 唐海濤

（煙臺市萊陽公路管理局，山東 萊陽265200）

路基、路面的服務(wù)對象是汽車，其主要功能是保證車輛平穩(wěn)、安全、快速地通行。造成路基、路面結(jié)構(gòu)損傷的主要原因是汽車荷載。所以，為保證路基、路面達(dá)到預(yù)定的功能，具有良好的結(jié)構(gòu)性能，應(yīng)對行駛中汽車進(jìn)行系統(tǒng)分析，包括汽車軸載與輪載的大小與特性；在設(shè)計期限內(nèi)，車輛通行量逐年變化的規(guī)律以及汽車軸型的分布；汽車的動態(tài)與靜態(tài)荷載特性比較等。

汽車軸型；靜態(tài)荷載；動態(tài)荷載；車輛通行量

1 車輛的種類

道路上主要有兩大類汽車車輛分別是貨車和客車。其中貨車分為整車、牽引式半掛車和牽引式掛車；客車分為大客車、中客車和小客車。

2 汽車對道路的靜態(tài)壓力

在道路上汽車有停止和行駛兩種狀態(tài)。當(dāng)汽車處于停止?fàn)顟B(tài)時，對路面的作用力為靜態(tài)壓力，主要是經(jīng)過輪胎施加給路面的垂直壓力p。影響p的主要因素為：

2.1 輪載的大??；

2.2 輪胎的內(nèi)壓力pi；

2.3 輪胎與路面的接觸形態(tài)和輪胎的剛度。

通常汽車輪胎與路面接觸面上的壓力p為（0.8～0.9）pi。貨車輪胎的標(biāo)準(zhǔn)靜內(nèi)壓力pi一般在0.4～0.7MPa范圍內(nèi)。一般情況下，我們假定接觸面上壓力是均勻分布并且直接取內(nèi)壓力作為接觸壓力。

通常情況下，我們將車輪何在簡化成當(dāng)量的圓形均布荷載。由此，當(dāng)量圓的半徑可由下列公式計算：δ=

式中：P為作用在車輪上的荷載；p為輪胎與路面接觸面上的壓力。

就雙輪組車軸而言，若每一側(cè)的雙輪用兩個圓表示稱為雙圓荷載；每一側(cè)的雙輪用一個圓表示，稱為單圓荷載。則雙圓荷載的當(dāng)量直徑d和單圓荷載的當(dāng)量直徑D計算公式分別如下：

3 運(yùn)動車輛對道路的動態(tài)影響

汽車在道路上等速行駛，路面會受到車輪給它的滾動摩擦力。路面承受的各種車輪施加的水平力Q與車輪和路面間的附著系數(shù)φ，及車輪的垂直壓力P有關(guān)，即Qmax≤Pφ。

φ的取值一般不會超過0.7～0.8，影響φ值大小的因素主要是路面類型、行車速度和濕度，路面類型和濕度狀態(tài)相同的狀況下，車速越高，φ值越??；相同路面類型，干燥狀態(tài)的φ值比潮濕狀態(tài)高。要保證汽車正常行駛，路面表面必須保持足夠的附著系數(shù)。附著系數(shù)的大小又與結(jié)構(gòu)層承受的水平力荷載有關(guān)，特別是面層結(jié)構(gòu)，直接遭受水平荷載作用，要是抗剪力不足，則會導(dǎo)致波浪、車轍、擁抱、推擠等破壞現(xiàn)象。

汽車因自身振動和路面不平，實際上給路面的荷載是軸載波動，而非靜態(tài)輪載。軸載波動可近似地看做呈正態(tài)分布，它的標(biāo)準(zhǔn)差與輪載靜載之比（變異系數(shù)），主要由以下因素影響：

3.1 路面平整度：平整度越差，變異系數(shù)越大。

3.2 車輛振動特性：減震裝置越好，變異系數(shù)越小。

3.3 行車速度：車速越大，變異系數(shù)越大。

變異系數(shù)一般情況下都小于0.3.

在設(shè)計路面時，有時以靜輪載乘以沖擊系數(shù)作為設(shè)計荷載。沖擊系數(shù)為振動輪載的最大峰值與靜載之比。沖擊系數(shù)與車速和路面平整性有關(guān)，車速越大，平整性越差，沖擊系數(shù)就越大。

4 交通分析

每日在同一路段上，會有不同類型和不同軸重的汽車通過，而且通的車輛數(shù)也是不同的。因此我們必須將它們換算成當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸載的累積作用次數(shù)。

4.1 交通量

在一定時間間隔內(nèi)各類車輛通過某一道路橫斷面的數(shù)量就叫交通量。通過觀測每日實際交通量可以算出初始年平均日交通量，計算公式如下

其中N1為初始年平均日交通量，Ni為每日實際交通量。

要想得知設(shè)計年限內(nèi)累計交通量，我們還應(yīng)該知道設(shè)計年限內(nèi)交通量年平均增長量。在不同地區(qū)，不同經(jīng)濟(jì)條件下γ都是不一樣的，越發(fā)達(dá)的地區(qū)γ增長較小，相對于發(fā)展中國家和經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)等，γ值一般較大。我們還應(yīng)該通過觀測的交通量來得出交通量的增長規(guī)律。確定γ值后，設(shè)計年限內(nèi)累計交通量可由下式得出

4.2 軸載的組成與等效換算

對于路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計，除了要考慮設(shè)計期限內(nèi)的累計交通量外，還應(yīng)該考慮各級軸載所占比例，即軸載組成或軸載譜?？梢愿鶕?jù)交通調(diào)查得到的某一類車輛某日的軸載數(shù)，乘以其相對應(yīng)的軸載譜百分率，得到所有車輛的各級軸載作用的次數(shù)。我們再以同一路面結(jié)構(gòu)在不同軸載作用下達(dá)到相同的損傷程度這一原則，推算出軸載換算系數(shù)：

式中：ηi為i級軸載換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的換算系數(shù)；Ps為標(biāo)準(zhǔn)軸載，即雙輪組單軸軸載100KN；Ns為標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)；Pi為i級軸載；Ni為i級軸載作用次數(shù)；α為反應(yīng)軸型和輪組輪胎數(shù)影響的系數(shù)；n為與路面結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。

V447

A

1671-0037（2014）01-70-1

2013年11月28日。