中南大学路基路面工程课件 8.行车荷载与交通分析

t —设计年限，年；
—设计年限内交通量平均年增长量，%； —车道系数，按表8-2选用。
8. 2 交通分析
（2）水泥混凝土路面
：
N s [(1 g r ) t 1] 365 Ne gr
（8-2-7）
式中： N e —临界荷位处所承受的标准轴载累计作用次数； N s —标准轴载日作用次数；
（2）水泥混凝土路面使用车辆轮迹横向分布系数
车辆轮迹横向分布系数 公路等级 高速公路、一级公路、收费站 二级及二级以下公路 行车道宽>7m 表8-3 纵缝边缘处 0.17～0.22 0.34～0.39
行车道宽≤7m
0.54～0.62
注：车道或行车道宽或者交通量较大时，取高值；反之，取低值。
8. 2 交通分析
1 365 N Ni 365 i 1
（8-2-1）
式中： N — 年均日交通量，次/d； N i —每日交通量，次/d。 交通量的增长大致符合几何级数规律，路面结构设计中，设计年限内的累计交 通量按（8-2-2）计算。
Ne 365N1 (1 ) t 1



（8-2-2）
P —标准轴载，KN；
。
Pi —被换算车辆的各级轴载，KN； ； k —被换算车辆的类型数；
C1 —轴数系数； C 2 —轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38。
当轴距大于3m时，按单独的一个轴载计算，此时的轴数系数为1；当轴距小 于3m时，就考虑轴数系数， 1 1 1.2(m 1) ，m为轴数。 C
8. 2 交通分析
（2）当进行半刚性基层层底拉应力验算时，各级轴载(包括车辆的前、后轴)
的当量作用次数，均按式（8-2-4）换算成标准轴载。
Pi N ' C '1 C ' 2 ni ( ) （8-2-4） 。 P i 式中： N —标准轴载的当量作用次数； C1 —轴数系数，两轴或多轴的轴数系数：C1 1 2( m 1) C 2 —轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为0.09。
大；
路面的平整度：平整度越差，变异 系数越大；
车辆的振动特性：轮胎的刚度低，
减振装置越好，变异系数越小。 图8-4 轴载的动态波动
8. 2 交通分析
8.2.1 交通量
指在一定时间内通过整个路面横断面的车辆数。如小时交通量，日交通量，月
交通量，年交通量。 交通量随时间而变化，路面设计中采用年均日交通量。
小型客车 中型客车 大型客车 整 车 货车 牵引式挂车 (truck) 牵引式半挂车 客车 (bus) 车速高，自重和满载重量小，速度可达120km/h以上 6~20个座位 20个座位以上，主要用作长途客运和城市公共交通 货箱与汽车发动机连成一体。 牵引车与挂车分离 牵引车与挂车分离，通过铰接连接。
8.1 行车荷载
B. 水平力 车轮施加给路面的各种水平力（见图8-3），与车轮的垂直压力以及路面与车 轮之间的附着系数有关。
在水平荷载作用下，路面结构层特别是面层结构，产生复杂的应力状态，若
是抗剪强度不足，将会产生推挤、拥包、波浪、车辙等破坏现象。 在城市道路沥青路面设计中，在车辆频繁制动和起动处要进行剪应力验算。
故
d
4P p
8-1-2
8P 1 2P D 2d D 2 8-1-3 因 故 p 4 p 根据我国现行公路路面设计规范中规定，以双轮组单轴轴载100KN为标准轴载，
以BZZ—100表示。其轮胎接地压力p=0.7MPa；轮重P=25KN。代入式（8-12）、式（8-1-3）得：D=30.2cm, d=21.3cm 。
t
—设计基准期
g r —交通量年平均增长率； —临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表8-3选用。
8.2.5 交通等级
交通等级是以路面结构在设计年限内承担交通荷载的繁重程度来划分的。 路面结构选型、结构组合设计、结构层位的确定、路面材料的选定等，都应 充分考虑交通等级。 我国公路交通等级划分为特重交通、重交通、中等交通、轻交通四个等级， 具体划分依据和办法见下表8-4、表8-5。
车轮对路面的压力是通过轮胎与路面
的接触而传递的，而压力的大小实际 决定于接触面积。而此面积与轮胎类
型、性质及实际负荷等因素有关。
为了便于计算，直接采用轮胎内压力 作为接触压力，把接触面积（实际轮 胎花纹接触印迹）换算成面积相当的 当量圆代替，当量圆面积为A。
图8-2 车轮荷载计算图式 a）单圆图式；b）双圆图式
8. 2 交通分析
（1）当以设计弯沉值为设计指标及沥青层层底拉应力验算时，各级轴载(包括车 辆的前、后轴) 的作用次数均按式（8-2-3）换算成标准轴载的当量作用次数。
Pi 4.35 N C1C 2 ni ( ) P i 1
式中： N —标准轴载的当量作用次数；
k
（8-2-3）
n i —被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；
不同类型车辆的轴载不一样，在相同作用次数时，给路面结构带来的损坏也
不一样。将不同类型汽车轴载与作用次数换算成标准轴载的当量作用次数。
我国水泥混凝土路面设计规范和沥青路面设计规范均选用双轮组单轴轴载 100KN作为标准轴载。 等效损坏原则：同一路面结构在不同轴载作用下达到相同的疲劳损坏程度。 沥青路面、水泥混凝土路面和半刚性路面的结构特性不同，损坏的标准也不 同。由于不同力学参数的疲劳等效效应不同，轴载换算的取值也不同。
365N t (1 ) t 1 Ne (1 ) t


8. 2 交通分析
式中:
N e—设计年限内的累计交通量
N t —设计年限内第1年年均日交通量；
N1 —设计年限内末年年均日交通量；
—设计年限内交通量年均增长率，%；
t —设计年限，年。
8.2.2 标准轴载和等效换算
路基路面工程
主讲 周建普
2011.03
8.行车荷载与交通分析
8.1行车荷载 8.2交通分析
8.1 行车荷载
8.1.1车辆种类与轴型
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，轻型货车 和中、小客车可忽略不计。但在考虑路面表面特性时，如平整度、防滑性，应 以小汽车为主要对象，因其行驶速度高，要求具有良好的平稳性和安全可靠性 （1）车辆种类 车辆种类 表8-1
8.1 行车荷载
P A p
式中： P — 车轮垂直荷载， KN； 8-1-1
p
—胎轮气压，MPa。
对于双轮组车轴，若将每一侧的双轮用一个当量圆表示，称单圆荷载；若用两
个当量圆表示，称双圆荷载。双圆荷载当量圆直径d和单圆荷载当量圆直径D 分别按式（8-1-2）、式（8-1-3）计算。
因
1 2 P d 4 p
道路横断面上各车道，同一车道横断面上各点，实际受到的轴载作用次数是不 相同的。 影响车辆横向分布的因素很多，如车道宽度，车道数，交通组织(不分车道， 划标线分车道，设分隔装置分车道)，交通密度。 考虑车流在横断面不同分布状态的影响，引进车道系数（横向分布系数），将 道路的总交通量乘以车道系数（横向分布系数），得到该道路行车最集中的一 个车道上的交通量，作为路面设计的交通量。
8. 2 交通分析
（1）沥青路面使用车道系数
车道系数 车道特征 双向单车道 双向双车道 双向四车道 车道系数 1.0 0.6~0.7 0.4~0.5 车道特征 双向六车道 双向八车道 表8-2 车道系数 0.3~0.4 0.25~0.35
公路无分隔时，车道窄宜选高值，车道宽宜选低值；当上下行车道交通荷 载有明显差异时，可按上下行交通特点路面结构与厚度设计。
（2）汽车的轴型 前轴：两个单轮组成的单轴占绝大多数，极少数为双轴单轮。 后轴：有单轴、双轴、三轴三种类型，大部分为双轴双轮。 各种不同轴型的货车如图8-1所示。
8.1 行车荷载
图8-1 不同类型轴型货车示意图
8.1 行车荷载
（3）汽车对道路的作用荷载
汽车运动状态： 停驻状态：垂直压力。 行驶状态：垂直压力，水平力，动力 作用。 A.垂直压力
8. 2 交通分析
（1）沥青路面
沥青路面交通等级 交通等级 轻交通 中等交通道) ＜300×104 300～1200×104 1200～2500×104 ＞2500×104 表8-4 大客车及中型以上的各种货 车交通量[辆/(d车道)] ＜600 600～1500 1500～3000 ＞3000
图8-3 车轮作用于路面的垂直压力与水平力 A）停驻；b）起动、一般行驶、加速；c）减速、制动；d）转向
8.1 行车荷载
C. 动力作用 因为路面的不平整和车身自身的振动，车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳 动，轮载呈动态波动，称动力作用，如图8-4所示。
轮载的这种波动主要随以下三种因素 而变化： 行车速度：车速越高，变异系数越
n
（8-2-5）
8. 2 交通分析
式中：
N s —100kN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数，次/d； Pi —单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组成或三轴-双轮组轴型i级
轴载的总重（kN）；
n
— 轴型和轴载级位数；
N i —各类轴型i级轴载的作用次数，次/d； i —轴-轮型系数，单轴-双轮组， i 1 ； 单轴-单轮组， 2.22103 P 0.43；双轴-双轮组， 1.07 105 P 0.22 i i i i 8 0.22 三轴-双轮组， i 2.2410 P i 8.2.3 车辆横向分布
8.2.4 标准轴载累计当量轴次
（1）沥青路面
(1 r ) t 1 Ne 365N1 r (1 r ) t 1 Ne 365N t t 1 r (1 r )