(1.6)--第6章 行车荷载与交通分析.ppt

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1、路基路面工程Road Subgrade and Pavement Engineering 6.2 交通数据调查6.1 车辆荷载及其对路面的作用6.3 标准轴载与轴载换算第六章第六章第六章第六章 行车荷载行车荷载行车荷载行车荷载与交通分析与交通分析与交通分析与交通分析 车辆荷载及其对路面的作用车辆的种类和汽车轴型汽车对道路的静态压力运动辆对道路的动态影响Please replace the written content请替换文字内容l车辆是路面结构的服务对象，也是使路面结构遭受损坏的主要原因。l为能设计和修建出符合使用要求的路面结构物，必须首先对作用在路面上的各种车辆的荷载特性进行分析。l车辆

2、荷载特性是路面材料、结构设计和分析的依据，也是路面使用状况和损坏分析的基础。一、车辆的种类和汽车轴型Please replace the written content请替换文字内容1、车辆种类载客汽车：大、中、小型载货汽车：按本身及轮轴组合形式可分为整车、牵引式(全)挂车和牵引式半挂车。大客车（20人）中客车（9-20人）小客车（轿车）（除司机外乘坐2-8人）一、车辆的种类和汽车轴型Please replace the written content请替换文字内容整车整车整车整车全挂车全挂车全挂车全挂车半挂车半挂车半挂车半挂车一、车辆的种类和汽车轴型Please replace the wr

3、itten content请替换文字内容2、汽车轴型前轴绝大多数车辆的前轴为两个单轮组成的单轴。后轴单轴、双轴、三轴。公路沥青路面设计规范（JTGD50）中，轴型可根据轮组和轴组类型分为7类。1257一、车辆的种类和汽车轴型1234567Please replace the written content请替换文字内容一、车辆的种类和汽车轴型车辆类型可按轴型组合分为11类2、汽车轴型Please replace the written content请替换文字内容二、汽车对道路的静态压力1定义：静止的汽车对道路的作用称为静力作用,主要是指由轮胎传给路面的垂直压力P。l轮胎对路面的静态压力大小与

4、胎内压相接近，压面近似为圆形l将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，接触面当量半径d由接触压力p和作用在车轮上的荷载P来计算。Please replace the written content请替换文字内容2单、双轴荷载的当量圆直径（1）单圆荷载：双轮组车轴每一侧的双轮用一个圆表示。（2）双圆荷载：双轮组车轴每一侧的双轮用两个圆表示。二、汽车对道路的静态压力标标 准准 轴轴 载载 BZZ100BZZ100标准轴载标准轴载P/kNP/kN100100轮胎接地压强轮胎接地压强p/MPap/MPa0.700.70单轮传压面当量圆单轮传压面当量圆直径直径d/cmd/cm21.3021.30两轮中心距两

5、轮中心距/cm/cm1.5d1.5dPlease replace the written content请替换文字内容三、运动车辆对道路的动态影响1、水平力：当车辆在路面上行驶时，除垂直荷载之外，作用在路面上的还有水平力。最大水平力QmaxP，其中为路表与车轮的附着系数，它同路面类型与湿度以及行车速度有关。车轮作用于路面的垂直压力与水平压力a)停驻；b)启动、一般行驶、加速；c)减速、制动；d)转向Please replace the written content请替换文字内容2、振动力作用在路面上的轮载时而大于静轮载，时而小于静轮载，呈正态分布。振动荷载的最大峰值与静载之比称为冲击系数。在

6、较平整的路面上，行车速度不超过50km/h，冲击系数不超过1.30。车速增加，车辆的减振性能差或路面平整性不良，则冲击系数还要增大。在路面设计时有时以静轮载乘以冲击系数做为设计荷载。三、运动车辆对道路的动态影响Please replace the written content请替换文字内容3、瞬时性车轮通过路面上任一点，路面承受荷载的时间大约只有0.010.10s。美国各州公路工作者对不同车速下路面变形量进行测定：当车速由3.2km/h提高到56km/h,沥青总弯沉减少36%，水泥由3.2km/h提高到96.7km/h，水泥混凝土路面板角挠度和板边应变量减少29%。随着车速的提高，路基路面变

7、形比静止状态要小很多，瞬时作用利于结构，但多次重复作用又易使其疲劳。水泥路面沥青路面三、运动车辆对道路的动态影响Please replace the written content请替换文字内容4、重复性l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。l路面结构设计时，道路上通行的各类轴载作用次数也是重要的因素。三、运动车辆对道路的动态影响 交通数据调查交通数据调查车型与轴载组成Please replace the written content请替换文字内容道路路面设计中，一般选用一种轴载作为路面设计的标准轴载，其他各种轴载按照一定的原则

8、换算为标准轴载，从而获取当量设计轴载累计作用次数。为了进行轴载换算，需进行交通数据调查。包括：交通量及其增长率、方向系数、车道系数、车辆类型组成、轴型组成及轴重等。一、交通数据调查Please replace the written content请替换文字内容1、交通量(AADT)交通量是指一定的时间间隔内，各类车辆通过道路某一断面的数量（双向）。为获得设计年限内的总交通量，首先需要确定设计道路的初始年平均日交通量，即通车第一年平均日交通量，可按下式计算：一、交通数据调查式中：AADT初始年平均日交通量；Qi规定时间(365天)内的每日实际交通量。交通量为所有行车道上通过的往返车辆数，路面设

9、计所依据的是设计车道上的交通量。Please replace the written content请替换文字内容l方向系数方向系数为一个行车方向的交通量占整个行车道交通量的比例。一般情况下，方向系数取用0.5-0.6。但有些专用道路可能出现一个方向的车辆明显多于另一个方向的情况，这时，需通过调查后确定方向系数。一、交通数据调查2、设计车道年平均日货车交通量Q1：Q1设计车道的年平均日货车交通量；AADTT2轴6轮及以上车辆的双向年平均日交通量;DDF方向系数;LDF车道系数。Please replace the written content请替换文字内容一、交通数据调查l车道系数沥青路面：

10、分为三个层次确定车道系数。改建设计采用水平一，根据现场交通量观测资料，统计设计方向不同车道上车辆的数量，确定车道系数；新建设计采用水平二，采用当地的经验值；或水平三，采用规范推荐的值。水泥路面：直接采用规范推荐的值。2、设计车道年平均日货车交通量Q1：Please replace the written content请替换文字内容一、交通数据调查3、设计年限内设计车道的累计交通量路面承受的年平均日交通量时逐年增大的，在路面设计中，需通过调查研究，分析论证来确定交通量年平均增长率，设计年限内设计车道的累计交通量可按下式预估：Ne设计年限内的累计交通量;N1设计的初始年平均日交通量;Nt设计的末

11、年年平均日交通量;设计年限内交通量年平均增长率;t设计年限。或Please replace the written content请替换文字内容1、轴载谱根据实测通过轴载的次数和相应的轴重，整理成的直方图，作为该道路通行的各级轴载的典型轴载谱。由交通调查得到不同车型的组成分布，进而获取每种车型每日通行的轴载数，乘以相应的轴载谱百分率，推算出所有车辆各级轴载的作用次数。二、车型与轴载组成Please replace the written content请替换文字内容二、车型与轴载组成1、轴载谱（1）沥青路面轴载谱分析：通过在车道上设置称重设备，连续的采集设计车道上所有2类11类车辆的类型、轴型

12、组成及轴重数据。统计各类车辆各种轴型在不同轴重区间出现的百分比，确定各种轴型的轴重分布系数称为轴载谱。确定轴载谱时，单轴单胎间隔2.5kN、单轴双胎间隔4.5kN、双联轴间隔9.0kN、三联轴间隔13.5kN划分一个轴重区间。Please replace the written content请替换文字内容二、车型与轴载组成（2）水泥混凝土路面轴载谱分析采用以轴型为基础和以车辆类型为基础两种方法获得单轴轴载谱。l以轴型进行称重和统计时，随机统计3000辆2轴6轮及以上车辆中单轴、双联轴和三联轴等不同轴型出现的单轴次数，并分别称取其单轴轴重，可按单轴轴重级位统计整理后得到轴载谱。l以车辆类型为基

13、础进行各种轴型的轴载称重和统计时，可将2轴6轮及以上车辆分为整车、半挂和多挂3大类，调查获取车辆类型组成比例，每类车再按轴数细分，分别按车型称重后得到单轴轴载谱。1、轴载谱Please replace the written content请替换文字内容二、车型与轴载组成l为了便于统计，将2类-11类车统称为大型客车和货车，并将某一类车占2类-11类车辆的百分比称为车辆类型分布系数。l整体货车和半挂货车占2类-11类车辆总数的百分比称为货车类型分布系数TTC。（1）对于沥青路面，车辆类型分布系数改建采用水平一、新建采用水平二或水平三。水平一，根据交通观测资料分析2类11类车型所占的百分比，得到

14、车辆类型分布系数；水平二，根据交通历史数据或经验数据确定公路TTC分类，采用该TTC分类车辆类型分布系数当地经验值；水平三，根据交通历史数据或经验数据确定公路TTC分类，采用下表规定车辆类型分布系数。（2）水泥混凝土路面：根据轴载结果确定。2、车辆类型分布系数Please replace the written content请替换文字内容二、车型与轴载组成3、车辆荷载的轮迹横向分布l轮迹横向分布：在车道横断面上，某点车辆通行次数占总通行次数的比例。l轮迹横向分布一般仅在水泥混凝土路面设计中使用，用于考虑车轮荷载在水泥混凝土板临界荷位处的作用。l水泥混凝土路面轮迹横向分布系数直接采用推荐的默许

15、值。水泥混凝土路面轮迹横向分布系数 标准轴载与轴载换算标准轴载轴载换算交通荷载分级Please replace the written content请替换文字内容1、选用标准轴载的原因作用在路面的设计荷载千变万化，一般选用一种轴载作为路面结构设计的标准轴载，其他各种轴载按照一定原则换算成标准轴载。2、标准轴载路面设计标准轴载双轮组单轴载100KN。路面结构设计主要以轴重或者轮压来进行控制。一、标准轴载根据“重载沥青路面设计规范”研究报告，国外研究资料表明“世界上采用100kN为标准轴载的国家最多,占34%；以80kN位标准轴载的国家次之，占28%；标准大于100kN的国家占26%；标准轴载为

16、60kN或90kN的国家占6%”。标准轴载BZZ100标准轴载P/kN100轮胎接地压强p/MPa0.70单轮传压面当量圆直径d/cm21.30两轮中心距/cm1.5dPlease replace the written content请替换文字内容二、轴载换算l轴载换算的基本原则：等破坏原则：同一种路面结构在不同轴载作用下在使用末期达到相同的损伤程度（破坏状态）。l沥青路面轴载换算指标：以沥青层层底拉应变，无机结合料层层底拉应力，沥青混合料层永久变形，路基顶面竖向压应变为换算指标。l水泥混凝土路面换算指标：我国现行水泥混凝土路面设计规范中采用水泥混凝土板板底弯拉应力为换算指标。l轴载换算系数

17、公式：Please replace the written content请替换文字内容平均轴数：通过在车道上设置称重设备，连续的采集设计车道上所有2类11类车辆的类型、轴型组成及轴重数据，并对车辆进行分类。分别统计2类11类车辆单轴单胎、单轴双胎、双联轴和三联轴的数量，除以各类车辆总量，计算各类车辆中不同轴型平均轴。（1）设计轴载换算系数水平一（高速、一级的改建设计）1、沥青路面轴载换算二、轴载换算式中：NAPTmim类车辆中i种轴型的平均轴数；NAmim类车辆中i种轴型总数；NTm类车辆总数；mi分别为单轴单胎、单轴双胎、双联轴和三联轴；m2类11类车。Please replace the

18、 written content请替换文字内容1、沥青路面轴载换算二、轴载换算统计2类-11类车辆各种轴型在不同轴重区间出现的百分比，确定各种轴型的轴重分布系数，称为轴载谱。确定轴载谱时，单轴单胎、单轴双胎、双联轴、三联轴分别每隔2.5kN、4.5kN、9.0kN和13.5kN划分一个轴重区间。轴重分布系数（1）设计轴载换算系数水平一式中：ALDFmij一m类车辆中i种轴型在j级轴重区间的轴重分布系数;NDmijm类车辆中i种轴型在j级轴重区间的数量;NAmim类车辆中i种轴型的数量。Please replace the written content请替换文字内容二、轴载换算换算系数（1）设

19、计轴载换算系数水平一1、沥青路面轴载换算Ps一设计轴载(kN);Pmij一m类车辆中i种轴型在j级轴重区间的单轴轴载(kN)，对双联轴和三联轴，为平均分配到每根单轴的轴载；b换算系数，沥青层底拉应变和永久变形b=4,路基压应变的永久变形b=5,无机结合料层底拉应力b=13。c1一轴组系数，前后轴间距大于3m时，分别按单个轴计算c=1；轴间距小于3m时，按轴组系数表取值；c2轮组系数，双轮组为1.0，单轮时取4.5。EALFmm类车辆的当量设计轴载换算系数；NAPTmim类车辆中i种轴型的平均轴数；ALDFmim类车辆中i种轴型在j级轴重区间的轴重分布系数；EALFmijm类车辆中i种轴型在j级

20、轴重区间当量设计轴载换算系数。计算2类11类车辆各种轴型在不同轴重区间的当量设计轴载换算系数：计算m类车辆的当量设计轴载换算系数：Please replace the written content请替换文字内容（2）设计轴载换算系数水平二和水平三（其他情况）二、轴载换算1、沥青路面轴载换算确定各类车辆的当量设计轴载换算系数：式中:EALFmlm类车辆中非满载车的当量设计轴载换算系数;EALFmhm类车辆中满载车的当量设计轴载换算系数;PERmlm类车辆中非满载车所占的百分比;PERmhm类车辆中满载车所占的百分比。非满载车和满载车的比例和当量设计轴载换算系数，水平二时取当地经验值，水平三时取

21、表中所列全国经验值。Please replace the written content请替换文字内容二、轴载换算1、沥青路面轴载换算（3）当量设计轴载累计作用次数确定初始年设计车道日平均当量轴次N1当量设计轴载累计作用次数Ne设计指标：沥青混合料层层底拉应变、沥青混合料层永久变形量Ne1设计指标：无机结合料稳定层层底拉应力Ne2设计指标：路基顶面竖向压应变Ne3Please replace the written content请替换文字内容（1）以轴型为基础换算随机统计3000辆2轴6轮及以上车辆中单轴、双联轴、三联轴单轴次数，并分别称取其单轴轴重，可按单轴轴重级位统计整理后得到轴载谱。二

22、、轴载换算2、水泥混凝土路面轴载换算kpi不同单轴轴重级位i的设计轴载当量换算系数;Pi单轴单轮、单轴双轮组、双轴双轮组或三轴双轮组轴型中单轴级位i的轴重(kN);Ps设计轴载的轴重(kN);pi一单轴轴重级位i的频率(以分数计)；n随机调查3000辆2轴6轮以上车辆中出现的单轴总轴数。设计车道的设计轴载日作用次数：设计轴载当量换算系数：Please replace the written content请替换文字内容二、轴载换算2、水泥混凝土路面轴载换算（2）以车辆类型为基础换算2、水泥混凝土路面轴载换算以车辆类型为基础进行各种轴型的轴载称重和统计时，可将轴轮及以上车辆分为整车、半挂和多挂大

23、类，调查获取车辆类型组成比例，每类车再按轴数细分，分别按车型称重后得到单轴轴载谱。各类车辆的设计轴载当量换算系数计算：设计车道的设计轴载日作用次数：式中：kp,k一k类车辆的设计轴载当量换算系数;pi一k类车辆单轴轴重级位i的频率（以分数计）。pk一k类车辆的组成比例(以分数计)。Please replace the written content请替换文字内容二、轴载换算2、水泥混凝土路面轴载换算设计基准期内水泥混凝土路面设计车道临界荷位处所承受的设计轴载累计作用次数:（3）设计轴载累计作用次数水泥混凝土路面轮迹横向分布系数公路技术等级设计基准期（年）高速公路30一级公路30二级公路20三级公路15四级公路10Please replace the written content请替换文字内容l由于不同等级道路承受不同的交通荷载作用，为了判别道路承受荷载的轻重，公路沥青路面设计规范和公路水泥混凝土路面设计规范分别进行了交通荷载等级的划分。三、交通荷载分级沥青路面交通荷载分级沥青路面交通荷载分级水泥混凝土路面交通荷载分级水泥混凝土路面交通荷载分级 谢谢您的聆听Road Subgrade and Pavement Engineering