B行车荷载的分析.pptx

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1、2-1 车辆荷载的分析车辆荷载的分析一、车辆的类型：1.小型客车：包括小卧车、小面包车等，它们的车速高，重量小，总重一般大于12KN，最高车速一般大于100km/h,6m长,2m高,1.8宽.2.大型客车:用于城市交通或城乡运营,有些地方还使用铰接式大客车。满载重量一般大于100KN,最小车速常不小于60km/h3.载货汽车:有一般载货汽车、自卸汽车牵引车及被牵引的拖挂车、平板车和集装箱车等。一般总重为50150KN,最高车速约为70-80km/h.自卸车总重为150500KN以上,多用于矿山内部运输及施工工地的材料运输,一般不作长途运输,最高车速约为40-50km/h.牵引车自重约为50KN

2、,被牵引的拖挂车,平板车,集装箱车的最大重量大于1000KN.在路面设计中,一般将特种工程车辆视为载货汽车.在路面结构设计及路基稳定性验算中,主要考虑大型客车及载货汽车的作用。而在评定路面的表面特性(如平整度,抗滑性)时,应考虑小车高速行驶的安全性和舒适性.第1页/共12页 汽车通过安装在车轴上的轮子把荷载传给路面。汽车类型众多,车轮与车轴的组合型式也变化繁多,目前,轮轴型式分为三大类：1.固定车身类:最大量最普通的一类.车轴可分为前轴和后轴.大部分的前轴为两侧各一个单轮组成的单轴,约为汽车总重的1/41/3.少数汽车的前轴由双轴单轮组成,双前轴的轴载约为汽车总重的一半.汽车的后周有单轴和双轴

3、,后轴由双轴组成的较多,每根后轴的轴载约为前轴轴载的两倍.挂车类:+1.1 ,+1.2,+2.2.牵引车类:-11,-22,-44二、汽车的轴型第2页/共12页2-2 2-2 车辆的重力作用车辆的重力作用含自重和载重,车辆通过轮胎将其重力传给路面,再由路面扩至路基。一一.接触压力:处于静载时,汽车的轮胎对路面的平均垂直压强.同轮胎大小,轮胎的充气内压力及其轮胎的性质有关.一般轮胎的气压为0.4-0.7MPa,路面设计时,接触压力视为均匀分布二.接触面积:实际胎面的花纹,实用上接触时的投影面积,有圆形和椭圆形,常用圆形.P P为车轮荷载为车轮荷载 当车轮的一侧为双轮组时，其接触面积一般可换算为面

4、积与它相等的一个圆形面积。若将双轮组的每一个轮子与路面的接触面积为面积相等的圆形面积，则双轮组可换算为两个圆形面积。前者叫单圆式，后者叫双圆式。都是当量圆，不是真正的圆形。第3页/共12页三、等代荷载：在路基路面稳定性验算中，车辆荷载常换算成等代均布土层厚度。在高速、一级公路（有集装箱公路）：用汽超20级，挂车-120在二、三级公路：用汽-20级，挂车-100在改建三级公路：用汽-15级，挂车-80在四级公路：用汽-10级，履带-502-3 行车的动态分析主要研究路面的受力状况。如动力作用、水平力、瞬时性、重复性。一、动力作用：由于路面不平和自身振动，车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动

5、着。1、冲击系数 2、动荷系数 3、影响因素（行车速度、路面平整度、车辆的振动特性）第4页/共12页变差系数：标准离差与静载的比值。通常变差系数0 0.3 3二、轮载作用的瞬时性：使路面变形量，意味着路面结构的抗变形能力（刚度）和强度动荷载与静载的比值称为冲击系数，常为1.3（在较平整路面上，车速50km/h时）如此短的荷载作用时间，使路面结构中的应力来不及传递分布，其变形不会像静载时那样充分。美国公路工作者协会（AASHO）曾经做过试验发现：不同车速下沥青路面和水泥混凝土路面表面的变形进行过实测，表明：当车速由3.2km/h56km/h时，柔性路面的总弯沉量f（变形）减少了36-38%；而当

6、车速由3.2km/h96.7km/h时，刚性路面的板角挠度f和板边应变量降低了29%左右。设计时：设计轮载=静轮载 行车以一定速率行经路面时，路表面上任一点所经受轮载的时间很短，通常只有0.01-0.1秒。路表面下不同深度处应力持续作用时间稍长些，但仍很短。见P14第5页/共12页三、水平力：2.牵引力引起的水平力：Fd P 通常为0.5-0.7（干燥）0.3-0.5（潮湿）0.1-0.2（结冰）1.滚动阻力：F0=P =0.01-0.02（AC、CC路面）1-2%向前 （轮胎对路面）=0.025-0.05（砂石路面）3.起动（制动）阻力：Fsf s P f s通常为0.7-0.8（干燥）fs

7、为路面与轮胎间的制动摩阻系数，常f 0 路面的纵向滑移摩阻系数见P15表2-2 f 0同路面类型、路面特性、路面干湿状况和车速有关。4.车辆（加）减速实时，路面也受到向（后）前的水平力：F=（0.5-0.6）P5.离心力：Fl0.1 P 可见，水平力最大为紧急制动时：可达竖直力的80%，设计时必须考虑。水平力分布也假设为均布的，且在竖向力相同的接触面内。第6页/共12页2-4 交通分析 路面结构设计时要考虑荷载重复作用的次数，这就涉及到分析道路的交通量。各种轴型、各级轴载重复作用的累计次数。路面所受荷载为重复荷载，其破坏机理为疲劳破坏。AC路面：10-15年，CC路面：20年 不大修。一.交通

8、量的统计与预测：1.平均日交通量n：指一定时间（每日，一昼夜24小时）通过道路某一断面的车辆总数。通过交通量调查：连续式每天24小时（一年）；费时费力，但较全面 间隙式每月选几天，省时省事，但代表性差 实用上可根据观测资料中周和年的变化规律特点，选择有代表性的观测日。也可根据观测的结果乘以相应的不均匀系数。如月观测系数、日观测系数或周观测系数。见P16例题。目前，我国公路交通量观测站在调查记录时，将车辆分为载重量不满25KN的小型货车、25-80KN的中型货车、大于80KN的大型货车、小型客车、大型客车、汽车拖挂车、拖拉机（大中学、小学）和非机动车（兽力车、人力车、自行车）11类。其中：小型拖

9、拉机、小客车、小型载货汽车及非机动车对路面结构性能影响很小，在路面结构设计时，不予考虑，故在统计时加以扣除。第7页/共12页2.使用期内累计交通量：道路的交通量会随年份而增长的。现在的车比以前多得多，且每年都在增长，而要求得路面在使用期内通过的累计车辆次数，必须考虑交通量的年增长率。当然 很难正确估计，只能预估，考虑今后可能达到的饱和量和地方经济文化发展趋势等因素定。则：在使用期内的累计交通量：t为使用年限，n1 为开始年的年平均日交通量。在双向车道上：还要考虑方向不均匀系数，一般为0.5-0.6 在多车道上：要考虑车道不均匀系数，1.0（1车道/方向）0.8-1.0（2车道/方向）0.6-0

10、.8（3车道/方向）二.轴（轮）载谱:指行驶在路上的车辆，各轮（轴）重各不相同，对路面的破坏程度也不同，故还需考虑不同大小的轴载在整个车辆中所占的比例 轴载谱可通过在路面埋置地磅或传感器来记录，其次数、重量可画成直方图。见P17 2-6图 由交通调查可得各级轴载的年平均日作用次数，若已知，则可得各级轴载的累计作用次数。年平均日作用次数=平均轴数平均日交通量第8页/共12页三、轴载的等效换算：1.组成：由于轴载的种类很多，通常将各级轴载换算为某一标准轴载来考虑。如100KN（我国和大部分国家），也有些国家以130KN或80KN作为标准轴载。2.等效换算原则：同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同

11、的疲劳损坏程度时，相应的作用次数被认为是等效的。3.换算公式（换算系数公式）：Ns为每日通过的标准轴载次数，下标s为标准的，i为i级轴载.Ps=100KN,为反映轴数、轮组数的影响系数。1).沥青路面：计算路表弯沉及沥青层层底拉应力时:（见P163-164）相当于:=C1 C2 n=4.35C1与轴数有关,C1=1+1.2(m-1)m为轴数C2与轮数有关,单轮 C2=6.4,双轮 C2=1.0 四轮 C2=0.38第9页/共12页2).水泥路面(P210)计算半刚性基层层底拉应力时:n=8 i 为轴数系数,单轴 i=1.0 双轴时 Pi=200KNC1=1+2(m-1)m为轴数单轮 C2=18

12、.5,双轮 C2=1.0 四轮 C2=0.09(纵缝处)(横缝处)第10页/共12页四、轮迹的横向分布：1.水泥混凝土路面设计规范(轮迹横向分布系数)。从P19图2-7:分车道单向行驶,宽3.75m的车道上实测到的轮迹横向分布频率曲线,可见在离边缘0.9-3.0m附近的分布频率达峰值.轮迹覆盖带宽为50cm.(轮宽20cm,轮隙10cm,双轮组)故图中相邻两条带频率之和即为横向分布系数(频率)。2.沥青路面设计规范(车道系数):从P19图2-8:不分车道混合行驶时轮迹横向分布频率曲线上可见中间频率达最大.车道特征车道系数单车道1.0双车道有分隔0.5无分隔0.6-0.7四车道0.4-0.5六车道0.3-0.4公路等级纵缝边缘处高速,一级0.17-0.22二三四级行车道7m0.34-0.39行车道7m0.54-0.62作业:2.5 第11页/共12页感谢您的观赏！第12页/共12页