路面结构设计课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Chp2,车辆与交通,1,行车荷载的作用及动态效应,一、车辆的分类,1.,车辆的种类,客车,(bus),小客车,车速高，,120km/h,以上，自重和满载重量小,中客车,6,20,个座位,大客车,20,个座位以上，长途客运和城市公共交通,货车,(truck),整车,货箱与汽车发动机一体,牵引式挂车,牵引车与挂车分离,牵引式半挂车,牵引车与挂车分离，铰接,不同类型的货车,2.,汽车的轴型,整,车,2,轴,(4,轮,),牵,引,式,挂,车,4,轴,2,轴,(4,轮,),5,轴,3,轴,5,轴,4,轴,5,轴,牵引半挂车,3,轴,6,轴,4,轴,6,轴,5,轴,6,轴,4,轴,7,轴,不同轴型的货车示意图,2.,汽车的轴型,2.,汽车的轴型,3.,车重和轴重,我国路面设计的标准轴载,标 准 轴 载,BZZ100,标准轴载,P,（,kN,）,100,轮胎接地压强,p,（,MPa,）,0.70,单轮传压面当量圆直径,dcm,）,21.30,两轮中心距（,cm,）,1.5d,标准轴载一般要求,对路面响应较大,，同时又能,反映本国公路运输运营车辆的总体轴载水平,。,何谓超载和超限？,超载运输是指车辆所装载的货物超过车辆额定载货质量。,超限运输是指运输车辆超过路面结构规定的限值。,超载但不超限的车辆对路面的使用寿命有一定的影响，,超载且超限的车辆对路面的使用寿命有很大的影响，有的甚至超过路面或桥梁结构的极限承载力，使路面结构出现结构性破坏、使桥梁结构出现整体破坏,，产生严重的安全事故。,不同轴载作用下路面结构最大剪应力分析,二、轮载,1.,轮胎压力,轮胎压力即,轮胎的充气内压力,。,由于轮胎侧壁的约束作用影响，轮胎充气内压力不等于轮胎与地面之间的接触压力，通常,轮胎与路面之间的接触压力略小于内压力,。,路面结构分析和设计时，通常不计轮胎侧壁的约束作用，,直接取轮胎内压力作为轮胎与路面之间的接触压力,。,轮胎压力和轮数对刚性路面厚度的影响,轮胎压力和轮数对垂直应力的影响,2.,接触压力,接触压力是指轮胎与路面接触面上的竖向压应力。,接触压力受胎壁刚度和胎面花纹的影响，,不是一个定值,，它,随轮载和轮胎充气压力的大小而变化,。,2.,接触压力,2.,接触压力,接触压力是指轮胎与路面接触面上的竖向压应力。,接触压力受胎壁刚度和胎面花纹的影响，,不是一个定值,，它,随轮载和轮胎充气压力的大小而变化,。,路面结构分析和设计时，通常都,近似假设接触压力在轮迹面积内呈均匀分布,，直接采用轮胎充气压力作为平均接触压力。对,薄层结构,，可能会得到不可靠的结果。,3.,接触面积,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.,接触面积,三、作用在路面上的水平力,不制动时，,制动时，,三、作用在路面上的水平力,不制动时，,制动时，,三、作用在路面上的水平力,车辆车轮制动时路面上作用的水平荷载大大超过车轮不制动时产生的水平荷载。,水平力在路面的剪应力只分布在最上层，向下迅速衰减。,三、作用在路面上的水平力,四、作用在路面上的动荷载,1.,荷载作用的瞬时性,四、作用在路面上的动荷载,1.,荷载作用的瞬时性,动荷载下路面变形量的减小意味着路面结构刚度的相对提高，或者说是路面结构的强度相对地增大了。,2.,荷载的动态效应,2.,荷载的动态效应,荷载的动态效应可用冲击系数来表示，冲击系数是指动轮载和静轮载的比值。,在较平整的路面上，车速低于,50km/h,时的冲击系数约在,1.30,以内。,在车速高而平整度差的路上，冲击系数要增大。,在路面结构分析和设计时，可以静轮载乘以冲击系数来反映荷载的动态效应。,车速与路面作用时间的关系,不同车速下路面各层结构最大剪应力,2,交通统计与分析,一、路段交通调查与分析,公路等级技术标准采用的交通量是年平均日交通量，它是一昼夜某一断面来往的折算小汽车数。,路面结构设计与验算使用的交通量是标轴载累计作用次数。,二、轴载换算,1.,公路沥青路面设计规范,提出,2.,公路水泥混凝土路面设计规范,（,JTG D40,2002,）提出,三、交通量增长率,现有交通量预估公式,建议采用,t,年内平均增长率,在开放交通,2,3,年的时间内，交通量增长率较大，以后呈逐步递减的趋势；,各路段交通量达到饱和后，所能承受的交通量基本不变，此时交通量增长率应为零，甚至可能出现负增长。,交通量增长率的变化范围较大，在,5,25,之间波动，变异系数在,15,45,之间。,四、累计轴载作用次数与道路的通行能力,在结构厚度设计时，不仅要考虑标准轴载作用次数，还要考虑,小汽车的比例,，将混合交通总数控制在道路通行能力范围内。,在确定累计轴载作用次数时，要验算道路的实际通行能力，使设计期内的混合交通量符合交通实际，可采用,饱和交通验算法,。,五、轮迹横向分布系数,路面横断面上轮迹宽度范围内的频率，也即该宽度范围内所受到的车辆作用次数同通过该横断面的总作用次数的比值，称为,轮迹横向分布系数,。,轮迹横向分布系数同各种轴载的累计作用次数相乘，可得到路面结构横断面上各点受到的疲劳作用次数。,公路水泥混凝土路面设计规范,（,JTG D40,2002,）轮迹横向分布系数,公路等级,纵缝边缘处,高速公路,0.17,0.22,二级、三级、四级公路,行车道宽,7m,0.34,0.39,行车道宽,7m,0.54,0.62,3,轴载换算,一、处理复杂多变荷载的方法,Miner,原理：,二、轴载等效换算法,标准轴载,换算标准：,设计指标、破坏状态,1.AASHTO,沥青路面设计法,标准轴载：,18klbf,设计指标,:,路面耐用性指数,PSI,2.Shell,沥青路面设计法,标准轴载：,82kN,设计指标,:,路基表面压应变、沥青面层拉应变、整体性基层拉应力、路面表层永久变形,3.,美国地沥青协会（,AI,）设计法,标准轴载：,82kN,设计指标,:,沥青层底面容许拉应变、土基表面压应变,70,年版：,81,年版：,4.,日本沥青路面设计法,标准轮载：,50kN,78,年前：,78,年后：,标准轴载：,100kN,5.,比利时沥青路面设计法,标准轴载：,80kN,提出代表轮载概念：,6.,前苏联柔性路面设计法,标准轴载：,无，不同道路采用不同计算轴载,6.,前苏联柔性路面设计法,轴载换算：,轴载等效系数,7.,我国沥青路面设计法,早期：,没有标准车或标准轴载，借用,AASHTO,轴载换算公式形式,7.,我国沥青路面设计法,78,年版：,标准车：,解放,CA10B,，,60kN,黄河,JN150,，,101.6kN,设计指标,:,容许弯沉,7.,我国沥青路面设计法,78,年版：,单轮组与双轮组换算图示,7.,我国沥青路面设计法,78,年版：,7.,我国沥青路面设计法,86,年版：,7.,我国沥青路面设计法,86,年版：,换算公式：,7.,我国沥青路面设计法,标准轴载：,双轮组单轴,100kN,设计指标,:,设计弯沉,验算指标,：层底拉应力,97,年版：,7.,我国沥青路面设计法,沿用,97,年版标准轴载、设计指标与轴载换算公式,补充采用贫混凝土作路面基层，验算层底拉应力时轴载换算公式,2004,年版：,7.,我国沥青路面设计法,以,86,年版为基础,标准车：,重型自卸汽车,厂矿道路设计规范（,GBJ22-87),：,7.,我国沥青路面设计法,设计指标：,容许弯沉、层底拉应力、路表剪应力,城市道路设计规范（,GJJ37-90),：,我国现行沥青路面设计规范轴载换算方法存在的不足,轴载换算方法不适用重轴载,尚未建立以车辙为指标的轴载换算公式,没有考虑季节、温度对轴载换算的影响,应用交通量增长率不能正确地估算累计当量轴次,