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第二章 行车荷载分析

发布时间:2019-06-01 16:49 来源:未知 编辑:admin

  第二章 行车荷载分析_交通运输_工程科技_专业资料。 概 道路上主要作用的荷载是? 述 汽车----是路面的主要荷载对象,路面结构损坏、路基失稳 的主要因素,汽车车辆主要分为客车和货车两大 类。 导致路面破坏破坏的因素有哪些? 汽车对路基路面作用

  概 道路上主要作用的荷载是? 述 汽车----是路面的主要荷载对象,路面结构损坏、路基失稳 的主要因素,汽车车辆主要分为客车和货车两大 类。 导致路面破坏破坏的因素有哪些? 汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、持续时 间、在使用期内行车的变化情况及数量。 本章要了解的内容? 1、车辆的类型、轴型及标准荷载。 2、车辆对路面的作用力。 2、交通量和轴载谱。 2.1 车辆的类型和轴型 一、车辆的类型 小型客车 包括小卧车、面包车。车速高(100km/h)、空车、满载重量小, (1.2吨)。 大型客车 包括城乡客车。车速不小于60km/h、满载重量10吨。 载货汽车 包括载货汽车、自卸车、牵引车、拖车、平板车、集装箱车。 1、载货汽车,车速70-80km/h、满载重量为5-15吨。 2、自卸车满载重量为15-50吨,矿山、材料运输,车速40-50km/h 3、牵引车自重5吨,可牵引100吨以上的重量。 常见车辆基本参数 小客车 (bus) 客车 中客车 车速高,自重和满载重量小120km/h以上 6-20个座位 大客车 整车 货车 (truck) 20个座位以上,长途客运和城市公共交通 货箱与汽车发动机一体。 牵引式挂车 牵引式半挂车 牵引车与挂车分离 牵引车与挂车分离,铰接。 各种车型评价 路面设计中,以轴重作为荷载标准,重型货车与大客车起决定作用。评定 路面表面特征时,如路面的平整度、防滑性,应考虑小客车的安全性和可靠性。 二、汽车的轴型、轴载 我国公路与城市道路路面设计规范中以100kN作为设计标准轴重。 轴重是路面设计的关键,不同汽车、其轴重和车轮的组合也不同。 轮轴组合主要有三大类: 1、固定车身类(整车客货车) 1)前轴: 两个单轮组成的单轴占绝大部分,轴载一般为车身总重的1/4-1/3。极 少数为双轴单轮,约占1/2,轴载一般为车身总重的一半。 2)后轴: 有单轴、双轴、三轴类型。大部分为双轴双轮。 2、牵引车类 通过铰连接,后可加拖车,有单后轴和双后轴,各轴由一对单轮或两 对双轮组成。 3、挂车类 在载重车后附加挂车,配有一对单轮或双轮。 轴型分类图 数字为轴型代号 2.2 车辆的重力作用 汽车对路基路面的作用主要包括:自重和载重 荷载怎样传递? 荷载由轮胎传递给路面、再由路面扩散到路基。 一、汽车对道路的静力作用 1、定义:静止状态的汽车对道路的作用,称为静力作用,其大小主要 取决于车轮总重。 2、影响因素: 1)汽车轮胎的内压力。 2)轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状。 3)轮载的大小。 3、半径:轮胎与路面的接触形状近似于椭圆,且a、b差别不大。路面 设计中,以圆形表示。 二、汽车对道路的静态压力 1.汽车处于停驻状态下—静态压力。 垂直压力P:与汽车轮胎的内压力Pi、轮胎的刚度和轮胎与路面接触 的形状、轮载的大小等有关。 2.接触压力 直接取轮胎内压力作为接触压 力,并假定在接触面上压力是 均匀分布的。 3.轮胎与路面的接触面形状 单位压强p大致与轮胎的内压相等,一般为0.4-0.7MPa。 轮胎与路面接触面的近似计算 近似于椭圆形,在工程设计中采用圆形接触面积。 将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载,并采用轮胎内压 力作为接触压力p,轮胎与路面接触圆的半径可以按下式确 定。 P ? ? ?p P-----车轮荷载 p-----轮胎汽压 δ----接触面当量圆半径 双轮组车轴: 每一侧双轮用一个圆 表示,称为单圆荷载。 每一侧双轮用两个圆 表示,称为双圆荷载。 单圆当量圆直径 双圆当量圆直径 P—作用在车轮 上的荷载,KN; p —轮胎接触压力,kPa; 三、路基受力状况 1)行车荷载和自重是作用在路基的两种主要外力,对于路 基都按照竖直荷载考虑? 2)行车荷载产生附加应力,对于路基的扰动影响随深度降低; 自重应力随深度变大 3)附加应力作用是瞬时的,自重应力作用是永久的; 4)行车荷载或车轮荷载可变,对于某一深度的路基土体影 响较大,我们将这样的深度叫做路基工作区,确切深度大约 在附加应力为自重应力的1/10~1/5左右。 P σ1 σ2 σ1+ σ2 1. 点荷载下的荷载 P r P (1 ? ?0 2 ) E0 ? ? rlr lr 2.圆形均布荷载作用下的荷载 (1)单圆荷载——柔性板 w 压强p 圆形均布荷载的压强为p,半径为?,利用集中荷载公式,通过积分建 立距荷载中心点r处的弯沉。 (2)单圆荷载——刚性板 P 等值弯沉l 刚性板的板底压强呈鞍形分布,平均为柔性板的 ? 单圆柔性板中心处的 ? / 4 (3)双圆荷载 / 4 ,故其板底弯沉为 四、等代荷载 一般将车辆荷载换算成等代均布土层厚度计算。见第六章 和第七章。 2.3 行车的动态影响 行车条件下除了重力,还有动力作用、水平力及瞬时和重 复性等。 一、运动车辆对道路的动力作用 因为路面不平整车身震动,车轮实际上是以一定的频率和 振幅在路面上跳动,轮载成动态波动。 车辆行驶,路面的弯沉随荷载带度变化而变化。 图 车速同路面变形的关系 1—水泥混凝土路面,角隅弯沉量 或边缘应变量随车速变化; 2—沥青路面,表面总弯沉量随车速的变化。 轮载的动态变动可以看作为正态分布,主要影响因素有: 1、行车速度---车速越高,变异越大 2、路面的平整度---平整度越差,变异越大 3、车辆的震动特性---轮胎越软,减震好,变异越小 二、轮载作用的瞬时性 车辆行驶,路面某点所受轮 载的时间很短,一般只有0.010.1s。而路面以下不同深度应 力持续时间较长。 图 竖向应力脉冲时间随车速和深度的变化 (曲线上数字为车速,km/h) 行车荷载的重复作用 1、弹性材料:疲劳性质。 2、弹塑性材料:变形累积。 三、水平荷载 当车辆在路面行驶时,除垂直荷载外,还有水平力,包括: (1)车轮与路面间的摩擦引起的水平力; (2)车轮与路面不平整处撞击引起的水平力; (3)车轮制动引起的水平力; (4)车辆急转弯侧向摩擦引起水平荷载。 水平荷载的作用效应? 使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏,要求面层材料有足 够的抗裂强度。 根据汽车行使条件可知,水平力的最大值不能超过垂直力 与路面车轮间的摩擦系数的乘积。该值在汽车紧急制动和启动 时为最大,可达到竖直力的75~80%。水平力的作用沿深度消失 的很快,一般破坏现象都发生在路面表层,所以提高路面材料 的抗剪强度才能消除它对路面表层的破坏作用。 2.4 交通分析 一、交通调查分析 二、交通量的统计与预测 1、交通量:一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面 的数量。对于路面结构设计,不仅要求收集交通总量,还必 须区分不同的车型。 1)N1——初始年平均日交通量; Ni——每日实际交通量; 2)Ne——设计年限内累积交通量 ? ——平均交通量增长率; 二、轴载的组成与等效换算: 标准:双轮组单轴载100KN作为标准轴载。 等效原则换算:某一种路面结构在不同荷载作用下达到相同 的损坏程度为根据的。 新规范修订: 1)近年交通量增长很快,重车增长多,货车超载现象严重, 应考虑重车对路面的影响。 2)由于广泛采用半刚性基层结构,承载力提高,轻型车对 路面的疲劳损伤减小。本次修订取消了60KN的标准,统一采 用100KN的标准。 标准轴载设计参考 标准轴载:BZZ-100双轮组单轴载。 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d 21.30 两轮中心区 1.5d 三、轴载谱 不同重量的轴载给路面结构带来不同程度的损坏作用。因 而,对路面设计来说,感兴趣的不单是设计年限内的总车辆数, 更重要的是不同大小和各级轴载所占的比例。对于后者,称之 为轴载组成或轴载谱。 通过室内或野外的荷载重复作用试验,可以建立荷载级位 同达到损坏时的作用次数间的关系。依据这一关系(称作疲劳方 程),可以推演出不同轴载的作用次数等效地换算成标准轴载当 量作用次数的轴载换算系数公式: 四、累计当量轴次Ne(见第九章) 五、轮迹横向分布: 1) 车辆在道路上行驶时候,车轮的轮迹总是在横断面中心 线附近一定范围内左右摇摆,并按一定的频率分布在车道横 断面上,称为轮迹的横向分布。 2)轮迹横向分布频率曲线影响因素: 交通量、交通组成、车辆高度、交通管制。

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