道路工程第6章课件.ppt
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1、第一节第一节 交通荷载及其对路面的作用交通荷载及其对路面的作用第二节第二节 标准轴载、轴载换算与累计标准轴载作用次数标准轴载、轴载换算与累计标准轴载作用次数第四节第四节 路面材料的设计参数路面材料的设计参数第三第三节节 土基的力学强度特性及参数土基的力学强度特性及参数 第一节第一节 交通荷载及对路面的作用交通荷载及对路面的作用 道路上通行的汽车按道路上通行的汽车按用途用途分为客车和货车两大类:分为客车和货车两大类: 1、客车、客车 小客车小客车;中客车(中客车(6个座位个座位20个座位的中型客车);大客个座位的中型客车);大客车车(20个座位以上的大型客车个座位以上的大型客车) 轻型货车:自身
2、质量和满载总质量小于轻型货车:自身质量和满载总质量小于25KN25KN的货车的货车 中型货车:自身质量和满载总质量为中型货车:自身质量和满载总质量为25KN25KN70KN70KN的货车的货车 重型货车:自身质量和满载总质量大于重型货车:自身质量和满载总质量大于70KN70KN的货车的货车整车、牵引式挂车和牵引式半挂车整车、牵引式挂车和牵引式半挂车一、车辆的种类一、车辆的种类 二、车辆的轴型二、车辆的轴型 客、货车车轴分客、货车车轴分前轴前轴和和后轴;后轴;大多数情况下,前轴为单轴(载重约大多数情况下,前轴为单轴(载重约1/3),而后轴有单轴、双轴或三轴),而后轴有单轴、双轴或三轴3种。种。
3、汽车汽车货运日趋向大型重载方向发展,一般采用货运日趋向大型重载方向发展,一般采用多轴多轮多轴多轮形式,以形式,以满足满足轴限轴限的要求,从而减轻对路面的压力。的要求,从而减轻对路面的压力。 三、汽车对道路的静态作用三、汽车对道路的静态作用 u汽车的两种状态:停驻状态和行驶状态;u汽车在停驻状态下对路面的作用力称为静态压力,其大小受下述因素的影响: 汽车轮胎的内压力pi,接触面压力略小于内压;轮胎的刚度新旧和轮胎与路面接接触面的形状和花纹;轮载的大小。 在工程设计中,对接触压力p进行如下简化:以轮胎内压力为轮胎的接触压力;接触面形状为圆形;接触面上的压力为均匀分布。胎胎壁壁受受拉拉胎胎壁壁受受压
4、压胎压胎压触压力触压力(1)单轮: pPP为轮载为轮载(kN);p为轮压为轮压(kPa);为当量圆半径为当量圆半径(m) (2)双轮: 单圆荷载单圆荷载:每一侧的双轮用:每一侧的双轮用一个圆表示时称为单圆荷载。其一个圆表示时称为单圆荷载。其圆直径圆直径D为:为:pPD8 双圆荷载双圆荷载:每一侧的双轮用:每一侧的双轮用两个圆表示时称为双圆荷载。其圆两个圆表示时称为双圆荷载。其圆直径直径d为:为:pPd4四、运动车辆对道路的动态影响四、运动车辆对道路的动态影响 (1)水平力)水平力动态作用:动态作用:垂直作用力、水平力和振动力垂直作用力、水平力和振动力 等速、加速、减速以及在弯道上行驶时,会产生
5、向前、向等速、加速、减速以及在弯道上行驶时,会产生向前、向后或侧向水平力。后或侧向水平力。u 车辆在车辆在紧急制动紧急制动时对路面产生的水平力较大,可达垂直时对路面产生的水平力较大,可达垂直力的力的80,在路面设计时,不容忽视其影响。水平力分布,在路面设计时,不容忽视其影响。水平力分布在与在与垂直力相同的接触面内垂直力相同的接触面内,通常假设水平力也是,通常假设水平力也是均匀分均匀分布布的。的。u 在水平荷载的作用下,结构层产生在水平荷载的作用下,结构层产生复杂的应力状态复杂的应力状态。特。特别是面层结构,直接承受水平荷载的作用,若抗剪强度不别是面层结构,直接承受水平荷载的作用,若抗剪强度不足
6、,则会导致足,则会导致推挤、拥包、波浪、车辙推挤、拥包、波浪、车辙等破坏现象。等破坏现象。u 水平力水平力作用深度作用深度一般不大,约为一般不大,约为710cm左右。左右。 (2)振动力)振动力产生:因车身自身的振动和路面的不平整使车轮在路面上跳动而产生。冲击系数=振动轮载的最大峰值静载轮载的振动作用可用冲击系数来衡量u较平整的路面上,车速不超过50km/h,冲击系数不超过1.3u路面设计时,有时以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。u路面设计时,由于柔性路面有一定的抗振作用,所以一般不考虑行车荷载的振动力;对于刚性路面则必须考虑振动力的影响。 (3)车辆荷载作用的瞬时性)车辆荷载作用的瞬时性u路
7、面结构中应力传递是通过路面结构中应力传递是通过相邻颗粒相邻颗粒来完成,变形来不及完全呈现,表来完成,变形来不及完全呈现,表现为路面现为路面刚度和强度相对增大刚度和强度相对增大。 根据美国各州公路工作者协会根据美国各州公路工作者协会(AASHO)试验路曾对其作过试验路曾对其作过测定:测定: 速度由速度由3.2km/h56km/h时,沥青路面时,沥青路面总弯沉减少总弯沉减少36% 速度由速度由3.2km/h96.7km/h时,水泥砼路面时,水泥砼路面板角挠度和板角挠度和板边应变量板边应变量减少减少29%左右左右 4. 车辆荷载作用的重复性车辆荷载作用的重复性 重复荷载与一次荷载作用的效果并不一样:
8、重复荷载与一次荷载作用的效果并不一样:u弹性材料弹性材料表现出表现出疲劳性质疲劳性质,即材料强度随荷载重复次数,即材料强度随荷载重复次数的增加而降低。的增加而降低。u弹塑性材料弹塑性材料(如土基和柔性路面)(如土基和柔性路面)产生产生变形累积变形累积因此,对于路面设计,在荷载指标上应同时考虑因此,对于路面设计,在荷载指标上应同时考虑轴重静力轴重静力和和动力量值动力量值以及轴载的以及轴载的作用次数作用次数。五、车轮轮迹横向分布五、车轮轮迹横向分布 u概念概念:一般而言,轴载通行次数是按一定规律分布在车道横断面上,这:一般而言,轴载通行次数是按一定规律分布在车道横断面上,这称为称为轮迹的横向分布轮
9、迹的横向分布。 u轮迹横向分布系数(轮迹横向分布系数(一个比值一个比值):):对于路面横断面上某一宽度范围内的对于路面横断面上某一宽度范围内的频率,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。次数的比值。轴载横向分布规律一般是用轴载横向分布规律一般是用频率曲线频率曲线表示:表示: 条带频率条带上受到车轮的作用次数条带频率条带上受到车轮的作用次数/车道上受到的作用次数车道上受到的作用次数第二节第二节 标准轴载、轴载换算与累计标准标准轴载、轴载换算与累计标准轴载作用次数轴载作用次数 一、交通量一、交通量 交通
10、量是指交通量是指一定时间间隔一定时间间隔内各种车辆通过内各种车辆通过某一道路横断面某一道路横断面的的数量数量。交通量通过交通流量调查分析得到。交通量通过交通流量调查分析得到。 年平均日交通量和初始年平均日交通量年平均日交通量和初始年平均日交通量的计算方法的计算方法 通过通过观测站观测站的调查与分折得到的调查与分折得到u 对于对于公路设计公路设计,不仅要收集,不仅要收集交通总量交通总量,还要对车型进行,还要对车型进行分类分类。4类类:小客车、中型车、大型车、拖挂车。:小客车、中型车、大型车、拖挂车。u 对于对于路面结构设计路面结构设计,还应确定,还应确定轴型轴型和和轴载大小轴载大小,同时,同时应
11、估计货车的满载程度,确定应估计货车的满载程度,确定空车率空车率。利用自动化轴载仪直接记录通行车辆的利用自动化轴载仪直接记录通行车辆的轴数轴数和和轴载大小轴载大小,然后按轴载大小分类然后按轴载大小分类统计累计轴载数统计累计轴载数。u 轴载谱调查与交通量统计轴载谱调查与交通量统计相互校核相互校核与与补充补充 轴载谱调查轴载谱调查单轴双轮轴载谱0%2%4%6%8%10%12%14%16%18%1102130415061708190101110121130141150161170181190201210221230241250轴载范围(kN)各轴载范围车轴所占百分比2. 标准轴载标准轴载1)标准轴载u
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