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第二章行车荷载环境因素及材料力学性质

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路基路面工程_李宇峙_第二章行车荷载、环境因素、材料力学性质

路基路面工程_李宇峙_第二章行车荷载、环境因素、材料力学性质



一、公路路面的温度状况
1 、影响机理
路基土和路面材料的体积会随着路基路面结构内 部的温度的升降而产生膨胀和收缩。
由于温度在路基路面结构内部的变化沿深度方向 是不均匀的，所以不同深度处胀缩的变化也是不同的。 当这种不均匀胀缩受到某种原因的约束而不能实 现时，路基路面结构内部就会产生附加应力，即温度 应力，进而对路基路面产生破坏。
二、公路路面的湿度状况
1.对路基的影响 冻胀翻浆（与温度作用共同进行） 过大的湿度直接降低路基土的强度和稳定性 2.做好路基路面排水的重要性
课后思考

1.在工程设计中，如何对接触压力进行简 化。

2.怎样考虑运动车辆对道路的影响。
§2-3 土基的力学强度特性
一、路基受力状况

路基承受着路基自重和汽车轮重这两种荷载。 汽车轮重：计算时，假定车轮荷载为一圆形均布垂直荷 载，路基为一弹性均质半空间体。 路基土在车轮荷载作用下所引起的垂直应力可以用 近似如下公式计算。

环境因素影响主要表现在温度和湿度。
§2-2
环境因素影响

温度和湿度是对路基路面结构有重要影响的自然环 境因素。 路基土和路面材料的强度与刚度随路面结构内部温 度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。 路基土和路面材料的的体积随路面体系内的温度和 湿度升降而胀缩（胀缩因某种原因受到约束而不能 实现时，路基和路面结构内便会产生附加应力，即 温度应力和湿度应力）。
五、交通分析
1.交通量 交通量——在一定时间间隔内各类车辆通过某一断面 的数量。 年平均日交通量——在一年365天内的交通量之和除 以365天。 交通量调查方法——直接记录、自动记录仪。 交通量年平均增长率 设计年限内累计交通量 2.轴载组成与轴载换算 轴载换算——道路是行驶的车辆轴载与通行次数可以 按照等效原则换算为某一标准轴载的当量通行次数。 我国的标准轴载为BZZ-100。

路基路面-行车荷载、环境因素、材料的力学特性 (1)

路基路面-行车荷载、环境因素、材料的力学特性 (1)

三、汽车对道路的静态压力
1、汽车对道路的作用 停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。 行驶状态：对道路的作用力为动态垂直压力、水 平力、 振动力。 2、汽车对道路的静态压力 静载的大小与车辆的总质量及轮轴的形式有关。 影响静态垂直压力大小的因素： （1）汽车轮胎的内压力pi； （2）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形状； （3）轮载的大小。



汽车货运朝大型重载方向发展，货车的 总重量有 增加趋势，超载运输问题在我 国日益突出。 要发展多轴多轮。 对超载的定义：2000年2月，交通部《超 限运输车辆行驶公路管理条例》规定： “单轴（每侧单轮胎）载质量6000kg，单 轴（每侧双轮胎）载质 量10000kg，双联 轴（每侧双轮胎）载质量 18000kg。”附 则第二十九条规定，单轴轴载最 大不得 超过13000kg。
第二章 行车荷载、环境因素、 材料的力学特性
基本内容
第一节 行车荷载
第二节 环境因素影响 第三节 土基的力学强度特性 第四节 土基的承载能力 第五节 路基的变形破坏及防治
第六节 路面材料的力学强度特性
第七节 路面材料的累积变形及疲劳特性
第一节 行车荷载
研究行车荷载的原因：



1、汽车是路基路面的主要服务对象，又是造成 路基路面结构损坏的主要成因。 2、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 影响路面的使用性能。 3、汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原 因。要做好路基路面结构设计，必须对行车荷 载进行分析。
行车荷载的主要研究内容：


车辆的种类； 汽车的轴型； 汽车对道路的静态压力； 运动车辆对道路的动态影响； 交通分析。

第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学特性

第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学特性

土质路基湿度增大 ----模量 土质路基湿度增大 ----模量和强度降低 模量和强度降低
二、路面温度状况的影响因素 外部因素： 外部因素：( 主要为气候条件 ) 气温 太阳辐射 风速 降水和蒸发等 内部因素： 内部因素：( 路面结构层的热特性 ) 材料的导热系数 比热容 材料对辐射热的吸收率等
材料的种类、内部结构、孔隙率、 主要表现在 : 材料的种类、内部结构、孔隙率、 湿度及表面特性等方面
第二章 行车荷载、环境因素、 材料的力学特性
第二章 行车荷载、环境因素、 行车荷载、环境因素、 材料的力学特性
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 行车荷载 环境因素影响 土基的力学强度特性 土基的承载能力 路基的变形破坏及防治 路面材料的力学强度特性 路面材料的累积变形及疲劳特性
行车荷载的主要研究内容：
汽车的轮重与轴重； 不同车型的车轴布置； 设计期限内，汽车的轴型分布及汽车年通过量 的逐年变化； 汽车的静态荷载与动态荷载特性比较。
一、车辆的种类
道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。 客车：小客车、中客车、大客车； 客车：小客车、中客车、大客车； 货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。 货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。
一. 车轮对路面的静态作用 1. 垂直接触压力（即接地压强） 垂直接触压力（即接地压强） 轮载大小 轮胎内压 (轮胎内的气压) 轮胎内的气压)
p
pi
有关
p 的大小与
轮胎的弹性 轮胎接触面的面积 轮胎的花纹
车辆在不同的行驶状态 p = (0.8 ~ 1.3) pi 通常轮胎内压 pi = 0.4 ~ 0.7 Mpa 考虑综合影响后,在路面结构设计中一般取 考虑综合影响后 在路面结构设计中一般取 p = pi

2章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质

2章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质

五. 交通分析（交通调查：车辆数/车辆类型/货车满载程度）
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 （年平均交通量、高峰小时交通量、日分布不均匀系数、年增长率）
（1）初始年平均日交通量：
365
Ni
N1
i1
365
（2）设计年限内累计交通量：
（2-6）
Ne
365N 1
1 t
P03
P13 P23
P02
P12 P22
P01
P11 P21
25 L1 L2 L3
B1 S1
B1 S1
B2 S2 B3 S2 B2
比较复杂的轮胎接地面积计算
四. 运动车辆对道路的动态影响
1. 动态力
水平力(滚动摩阻/加减速制动摩擦力/ 弯道侧向摩擦力) 、振动力
Qmax P
（2-4）
路面附着系数f与路面结构类型、干湿状态及车速有关
➢路表温度变化与气温大致同步，但温度较气温高
➢不同深度处的温度同样随气温变化呈周期变化，升降幅 度随深度增加而减小，峰值出现也随深度增加而滞后
一天内不同时刻沿水泥混凝土 面层深度的温度日变化曲线
观测结果分析：
水泥混凝土面层温度梯度与气 温的日变化曲线
➢顶面与底面之间的温差，在一天内经历了由负到正，再由正 到负的循环变化
《中华人民共和国道路交通安全法实施条例》
第五十四条 机动车载物不得超过机动车行驶证上核定的载 质量，装载长度、宽度不得超出车厢，并应遵守下列规定：
(一)重型、中型载货汽车，半挂车载物，高度从地面起不 得超过4米，载运集装箱的车辆不得超过4.2米；
(二)其他载货的机动车载物，高度从地面起不得超过2.5米；

2-行车荷载、环境因素、材料的力学性质

2-行车荷载、环境因素、材料的力学性质

轴载变化的变异系数影响因素： a)行车速度：车速越高，变异系 数越大； b)路面的平整度：平整度越差， 变异系数越大； c)车辆的振动特性：轮胎的刚度 低，减振装置的效果越好，变 异系数越小。 振动轮载最大峰值与静载之比 称为冲击系数，设计路面时， 应以静轮载乘以冲击系数作为 设计荷载。 冲击系数＝动轮载/静轮载

该深度Za随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和 厚度的增加而减小。
要求： 工作区内：强度、稳定性重要，压实度提高。
KnP 路基工作区深度：Z a＝ γ
3
一般K＝0.5
◆ 3 路基土的应力——应变特性
弹性变形和塑性变形 提高路基土的抗变形能力是提高路基路面整 体强度和刚度重要方面。

压 入 承 载 板 试 验
3）交通荷载轴载换算和统计计算

a）交通调查与重复荷载
交通量调查与分析：调查内容包括交通总量、车型 分布、轴型轴载、实载率等，有的还调查轴载谱； 分析主要是确定交通量年平均增长率，并求算获得 设计年限内累计交通量。对路面而言，主要是轴重。 轴载组成与轴载换算：不同轴载的作用次数的频率 组成即为轴载谱，各不同轴载应根据某一指标按其 对路面结构的损伤作用的等效性换算成其它轴载的 作用次数，从而可使用标准轴载来综合累计。
三 轴 压 缩 试 验
非线性变形———局部线性体 即在曲线的一个微小线段内近似视为直线，以其斜率为模量 1)、初始切线模量 应力值为零应力—应变曲线斜率 2)、切线模量 某一应力处应力—应变曲线斜率， 反映该应力处变化 3)、割线模量 某一应力对应点与起点相连割线 模量，反应该范围内应力—应变平均状态 4)、 回弹模量 应力卸除阶段，应力—应变曲线的割线模量 反映地基瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。 总结：①前三种应变包含回弹应变和残余应变 ②回弹模量则仅包含回弹应变，部分反映了土的弹 性性质。

行车荷载

行车荷载

第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质第一节行车荷载汽车是路基路面的服务对象，路基路面的主要功能是长期保证车辆快速、安全、平稳地通行。

而其中汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要成因。

一．车辆的种类道路上通行的汽车车辆主要分为客车和货车两大类。

其中：客车：小客车、中客车、大客车货车：整车、牵引式挂车、牵引术半挂车汽车的总荷载通过车辆与车轮传递给路面，所以路面结构的设计主要以轴载作为荷载的标准。

二. 汽车的轴型我国公路与城市道路路面设计规范中均以100KN作为设计标准轴重。

整车客货车：1.前轴：两个单轮组成的单轴约占1/3/。

极少数为双轴单轮约占1/2。

2.后轴：有单轴、双轴、三轴类型。

大部分为双轴双轮。

三．汽车对道路的静态压力1.定义：汽车在道路上行驶可分为停驻状态和行驶状态。

当汽车处于停住状态时，对路面的作用为静态压力主要是由轮胎传给路面的垂直压力p，它的大小受下述因素的影响。

2.影响因素：a．汽车轮胎的内力pi；b.轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形态；c.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。

路面设计中以圆表示。

四.运动车辆对道路的动态影响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。

行车荷载的重复作用：弹性材料：疲劳性质弹塑性材料：变形累积五．交通分析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，还必须区分不同车型2.轮载的组成和等效换算：标准：双轮组单轴载100KN作为标准轮载。

等效原则换算：某一种路面结构在不同荷载的作用下达到相同的破坏程度为根据的。

第二节环境因素影响直接暴露于空气中，受温度、湿度影响大。

温度的影响作用1.影响机理路基土和路面材料的体积会随着路基路面结构内部的温度和湿度的升降而产生膨胀和收缩。

由于温度和湿度在路基路面结构内部的变化沿深度方向是不均匀的，所以不同深度处胀缩的变化也是不同的。

[2] 行车荷载


五、交通分析
路面结构设计中，要考虑设计年限内，车辆对 路面的综合累计损伤作用，必须对现有的交通量、 轴载组成及增长规律进行调查和预估，并通过适 当的方式将它们换算成当量标准轴载的累积作用 次数。
交通量调查，将车辆分成11类：小型货车、中型 货车、大型货车、小型客车、大型客车、拖挂车、 小型拖拉机、大中型拖拉机、自行车、人力车和 畜力车。
不同轴型货车代表车型：
二轴车 三轴车
四轴车
五轴车 六轴车
拖挂车代表车型：
三轴车 五轴车
四轴车 六轴车
2. 交通（轴载）量调查方法
根据实测道路通过轴载次数和重量，获得典型轴载谱。
轴载谱
方法一(以轴型为基础)：
按照不同的轴轮类型把车轴分类(单轴单轮、单轴双轮、双 联轴双轮、三联轴双轮)，然后对所有车轴进行称重调查， 按照轴型归类得到各类轴的轴载谱；
设计车道为道路行车道内承受交通最繁重的一个车道，是整个路面的最不利车道。 初期年平均日货车交通量（双向）乘以方向分配系数和车道分配系数，即为设计 车道的年平均日货车交通量(ADTT)。
2) 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2轴6轮及以上车辆分为整车、半挂和多挂3大类， 每类车再按轴数细分，分别按车型称重后得到单轴轴载 谱。
方法(1)的直接对象是轴，适合于对轴型有较好识别能力的 快速自动称重仪器。
方法二（以车辆类型为基础）：
把车辆按照轴型组成和轴数进行分类(如三轴整车、三轴半 挂等)，分别调查各类车辆的通过数，并在各类车辆中抽取 一定数量进行称重调查，再统计得到各类轴的轴载谱。
方法(2)把车辆按照轴型进行分类，调查时统计的是车辆数， 便于识别，适合于人工配合进行的移动或慢速固定设备测 定，并与交通量观测数据协调。

路面路基工程 第二章 行车荷载环境因素材料力学性质

不良地质条件：泥石流、溶洞等。 较大自然灾害：大暴雨地区。
二、路基病害防治 prevention
提高路基稳定性，防止各种病害产生，采取措施： For Improving subbase stability and preventing damage, we can use the following methods:
1]
2、轴载的组成与等效换算： component of axle load and equivalent converted 轴载谱axle load spectrum :各级轴载所占的比例. 等效原则换算：principle of equivalent converted
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。
六、交通分析：traffic analysis
1、交通量：traffic volume 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。
365
Ni
N1
i1
365
Ne
365N1
[(1
)t
1]
Ne
365Nt
(1 )t1
[(1
)t
南方—雨季积水湿软路基 south: soft subbase by gathered water
第三节 土基的荷载变形特性 loading deformation in soil
一.土基的受力状况 1路基受力： 自重 weight 车辆荷载 vehicle load
P—车轮荷载换算的均布荷载 KN/㎡ D—圆形均布荷载作用面积的直径。 Z—应力作用点深度。 r—土的容重。
碎落dehris

chap2行车荷载、环境因素、材料的力学性质


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二、温度对路基路面的影响
1、 对路基的影响 温度单独影响较小，主要是水温结合，发生冻胀和春融。 1） 产生原因： ①体积增大②弱结合水向冰冻区移动 2） 影响因素：
①路基土对冰冻的敏感性（细颗粒含量大） ②气温下降缓慢 ③水的供给 3）措施： ①降低地下水位 ②采用砼路面结构组合或密级配沥青砼。
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四、汽车对道路的动力作用
动荷载 振动 竖向力 运动 水平力
1、变异系数：标准离差与轮载静载之比（0~0.3）
动荷系数：动载/静载（K＞1）
影响因素：①行车速度②平整度③车辆的振动特性
2、荷载具有瞬时性
作用时间0.01~0.1S,若V=60Km/h，则t取0.03S
3、重复特性 ①弹性材料 疲劳→强度降低
图2-7 轮迹横向分布频率曲线 (单向行驶一个车道)
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图2-8 轮迹横向分布频率曲线 (混合行驶双车道)
14
横向分布频率：以轮迹的大约宽度（25cm）为条带，条带 上受到的车轮作用次数除以车道上受到的作用次数。
柔性路面
车道数
η
刚性路面
单车道
1
公路等级
纵缝边 缘处
双 车 道
四车道
分道行 驶
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
伤的标准也不相同，因而系数α和n取值各不相同。具体数值在
有关202章1/3/节8 分别作介绍。
13
4、轮迹横向分布系数 在路面设计中我们通过调查和分析得到的交通量资料往往
是整个路面宽度范围内所有行车道上的总交通量，但每个车道 上的交通量并没有这么多，而且各不相同。我们设计采用的应 是具有最大交通量的车道，这就需要对轴载（轮载）在车道横 断面上的分布作调查分析。

第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质

第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质发表日期：2008-6-10 阅读次数：214次§2-1 行车荷载一、车辆的种类分为客车与货车两大类。

客车：小客车、中客车与大客车。

货车：整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。

路面结构设计——轴重作为荷载标准。

二、车辆的轴型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。

三、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。

轮胎与路面接触面上的压力p<内压力Pi，约为(0.8～0.9)Pi。

2. 接触压力直接取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近似于椭圆形，在工程设计中采用圆形接触面积。

4.当量的圆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式(2.1)确定。

（2.1）单圆荷载：对于双轮组车轴，每一侧的双轮用一个圆表示；双圆荷载：每一侧的双轮用两个圆表示。

5. 标准轴载我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ—100的P=100/4kN，p=700kPa：d100=0.213m， D100=0.302m四、运动车辆对道路的动态影响运动状态的汽车：垂直静压力、水平力、振动力。

动力影响还有瞬时性的特征。

1.水平力车轮施加于路面的各种水平力Q值与车轮的垂直压力P，以及路面与车轮之间的附着系数φ有关，其最大值Qmax不会超过P与φ的乘积，即：Qmax≤Pφ (2.2)2. 动载特性其变异系数：(1)行车速度：车速越高，变异系数越大；(2)路面的平整度：平整度越差，变异系数越大；(3)车辆的振动特性：轮胎的刚度低，减振装置的效果越好，变异系数越小。

冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比。

3. 瞬时性0.1～0.01s左右。

五、交通分析1.交通量交通量是指一定时间间隔内通过道路某一断面的车辆总数。

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汽车轮胎的内压力
货车轮胎的标准静内压力：一般在0.4－0.7MPa范围 内。 通常轮胎与路面接触面上的压力p略小于内压力pi, 约为(0.8－0.9)pi。 在轮胎软而旧，或轮载超荷，或实际内压力比标准 低很多，接触压力p才达到(1.1－1.3)pi. 车轮在行驶过程中，内压力会因轮胎充气温度升高 而增加，因此，滚动的车轮接触压力也有所增加， 达到(0.9－1.1)pi.
多轴货车
由于汽车货运向大型重载方向发展，货车的 总重有增加的趋势，因此出现了各种多轴的 货车。 平板挂车，采用多轴多轮，以便减轻对路面 的压力。
三、汽车对道路的静态压力
汽车对道路的作用可分为停驻状态和行驶 状态。当汽车处于停驻状态下，对路面的作 用力为静态压力．主要是由轮胎传给路面的 垂直压力，它的大小受下述因素的影响。 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；
一、车辆的种类
道路上通行的汽车车辆主要分为客车与货车两大类。 客车又分为小客车、中客车与大客车。 小客车自身重量与满载总重都比较轻，但车速高； 中客车一般包括6个座位至20个座位的中型客车； 大客车一般是指20个座位以上的大型客车（包括铰 接车和双层客车),主要用于长途客运与城市公共交 通。
有交通量观测站配置有自动化的轴载仪直接 记录通行车辆的轴数和轴载大小，然后按轴 载大小分类统计累计轴载数，这种调查称为 轴载谱的调查。轴载谱调查与交通量的统计 相互进行校核与补充。 道路路面承受的年平均日交通量是逐年增长 的，要确定路面设计年限内的总交通量，还 需要预估该年限内交通的发展。 交通量调查，经济增长速度
轴载换算系数公式
3．轮迹横向分布 车辆在道路上行驶时，车轮的轨迹总是在横断面中心线 附近一定范围内左右摆动，由于轮迹的宽度远小于车道 的宽度，因而总的轴载通行次数既不会集中在横断面上 某一固定位置，也不可能平均分配到每一点上，而是按 一定规律分布在车道横断面上，称为轮迹的横向分布。
轴载通行次数分布频率曲线中的直方图条带宽为25cm， 大约接近轮迹宽度，以条带上受到的车轮作用次数除 以车道上受到的作用次数作为该条带的频率。 轮迹横向分布频率曲线图形随许多因素如：交通量、 交通组成，车道宽度、交通管理规则等而变化，需分 别各种不同情况，通过实地调查，才能确定。 在路面结构设计中，用横向分布系数η来反映轮迹横 向分布频率的影响。通常取宽度为二个条带的宽度， 即50cm，因为双轮组每个轮宽20cm，轮隙宽10cm。这 时的二个条带频率之和称为轮迹横向分布系数。
轮载瞬态作用
行驶的汽车对路面施加的荷载有瞬时性。车轮通过路面 上任一点，路面承受荷载的时间大约只有0.01－0.10s 左右。在路面以下一定深度处，应力作用的持续时间略 长一点。 美国AASHO试验路的试验结果： 当行车速度由3．2km／h提高到56km／h，沥青路面的总 弯沉减少36％；当行车速度由3.2km／h提高到96.7km／ h，水泥混凝土路面的板角挠度和板边应变量减少29％ 左右. 动荷载作用下路面变形量的减小．可以理解为路面结构 刚度的相对提高，或者是路面结构强度的相对增大。
轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状
影响轮胎的刚度的因素：轮胎的新旧程度， 接触面的形状和轮胎的花纹等等。 接触面上的压力分布是不均匀的。 轮胎与路面的接触面形状轮廓近似于椭圆形， 因其长轴与短轴的差别不大，在工程设计中 以圆形接触面积来表示。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 为轮胎接触压力.
的最大值一般不超过0．7－0．8，同路面类型和湿度以及行
轴载波动
汽车在道路上行驶，由于车身自身的振动和路面的不平整，其 车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动，作用在路面 上的轮载时而大于静态轮载，时而小于静态轮载，呈波动状态，
轮载的这种波动，可近似地看作为呈正态分布，其变异系数 （标准离差与轮载静载之比）主要随下述三因素而变化： 1）行车速度：车速越高，变异系数越大； 2）路面的平整度：平整度越差，变异系数越大； 3）车辆的振动特性：轮胎的刚度低，减振装置的效果越好， 变异系数越小。 正常情况下，变异系数一般均小于0.3. 振动轮载的最大峰值与静载之比称为冲击系数，在较平整的路 面上，行车速度不超过50km／h对，冲击系数不超过1.30。
货车---整车
牵引式半挂车
牵引式半挂车
牵引式挂车(拖车)
汽车的总重量通过车轴与车轮传递给路面，所以路 面结构的设计主要以轴重作为荷载标准。 在道路上行驶的多种车辆的组合中，重型货车与大 客车起决定作用，轻型货车与中、小客车影响很小， 有时可以不计。但是在考虑路面表面特性要求时， 如平整性、抗滑性等，以小汽车为主要对象，因为 小车的行驶速度高，所以要求在高速行车条件下具 有良好的平稳性与安全性。
第二章 行车荷载 、环境因素、材料 的力学性质
§2-1 行车荷载
汽车是路基路面的服务对象，路基路面的主要功 能是长期保证车辆快速、安全、平稳地通行。汽车荷 载又是造成路基路面结构损伤的主要成因。因此，为 了保证设计的路基路面结构达到预计的功能，具有良 好的结构性能，首先应对行驶的汽车作分析，包括汽 车轮重与轴重的大小与特性；不同车型车轴的布臵； 设计期限内，汽车轴型的分布以及车轴通行量逐年增 长的规律；汽车静态荷载与动态荷载特性比较等。
道路上行驶的汽车轴载与通行次数可以按照等效原则换算 为某一标准轴载的当量通行次数，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l00kN 作为标准轴载。 各种轴载的作用次数进行等效换算的原则是，同一种路面 结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度。 沥青路面、水泥混凝土路面和半刚性路面的结构特性不同， 损伤的标准也不相同，因而系数a和n取值各不相同。
2．轴载组成与等效换算
不同重力的轴载给路面结构带来的损伤程度是不同的。 对于路面结构设计，除了设计期限的累计交通量之外， 另一个重要的交通因素便是各级轴载所占的比例在轴载 组成或轴载谱。 由交通调查得到某类车辆每日通行的轴载数，乘以相应 的轴载谱百分率，即可推算出所有车辆各级轴载的作用 次数。
§2-2 环境因素的影响 路基路面结构直接暴露在大气之中，经受着自 然环境因素的影响。温度和湿度是对路基路面 结构有重要影响的自然环境因素。 图2－9给出了沥青混凝土的动弹性模量随温度 升高而降低的情况，图2－l0所示为路基回弹模 量随湿度增长而急剧下降的情况 .
路基土和路面材料的体积随路基路面结构内温度和湿度 的升降而引起膨胀和收缩。 温度和湿度： 1 随环境而变 2 沿着结构的深度呈不均匀分布 因此材料涨缩也是变化的。 如果不均匀的胀缩受到约束而不能完全实现时，路基和 路面结构内便会产生附加应力，即温度应力和湿度应力。
附着系数
车轮施加于路面的各种水平力值与车轮的垂直压力，以及路面 与车轮之间的附着系数 有关，其最大值不会超过垂直力P与 的乘积，即：
Q p
m ax

车速度有关。 路面表面必须保持足够的附着系数，这是保证正常行车的重要 条件。但是从路面结构本身来看，附着系数的大小直接关系结 构层承受的水平力荷载。在水平荷载的作用下，结构层产生复 杂的应力状态，特别是面层结构，直接遭受水平荷载作用，若 是抗剪强度不足，将会导致推挤、拥包、波浪、车辙等破坏现 象。
对于双轮组车轴，每一侧的双轮用一个圆表 示，称为单圆荷载；如用二个圆表示，则称 双圆荷载。其当量圆直径分别按下式计算：
d 4P p D 8P p 2d
双圆荷载当量圆直径
单圆荷载当量圆直径
双圆荷载当量圆的直径和半径
当量圆半径：

P p

P －作用在车轮上的荷载 p－轮胎接触压力 δ－接触面当量圆半径 在标准轴载BZZ-100的P=100/4kN， p=700kPa，则d=0.213m，D=0.302m。
交通量的计算
N1
N
i 1
365
i
Ne
365 N1
365
初始年平均交通量 每日实际交通量

(1 ) 1
t
N1
N e 设计年限内的累计交通量
N1
设计的初始年平均日交通量
Ni
N t 设计的末年年平均日交通量
然后通过调查研究，分析论证， 以确定交通量年平均增长率。

t
设计年限内交通量年平均增长率 设计年限
五、交通分析
路面结构设计中，要考虑设计年限内，车辆 对路面的综合累计损伤作用，必须对现有的 交通量、轴载组成以及增长规律进行调查和 预估，并通过适当的方式将它们换算成当量 标准轴载的累计作用次数。
1、交通量
交通量是指一定时间间隔内各类车辆通过某一道 路横断面的数量。 可以通过现有的交通流量观测站得到调查资料， 也可以根据需要，设临时设站进行观测。 根据月分布不均匀系数、日分布不均匀系数和小 时分布换算系数，将临时观测结果按相应的换算 系数换算成年平均日交通量。
对于路面结构设计，要收集交通总量，还必须区分 不同的车型。目前各地观测站进行交通量调查，将 车辆分成11类：小型货车、中型货车、大型货车、 小型客车、大型客车、拖挂车、小型拖拉机、大中 型拖拉机泪行车、人力车和畜力车。 小型货车、小型客车、拖拉机和非机动车可忽略不 计，这些车辆所占的比例应从总量中扣除。其余各 类列入统计范畴的车辆按轴型和轴载大小分类（单 后轴货车、双后轴货车、牵引拖挂车、牵引半拖挂 车等）和分级统计。
货车又分为整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。 整车的货厢与汽车发动机为一整体； 牵引半挂车的牵引车与挂车也是分离的，但是通过铰 接相互连接，牵引车的后轴也担负部分货车的重量， 货车厢的后部有轮轴系统，而前部通过铰接悬挂在牵 引车上。 牵引式挂车的牵引车与挂车是分离的，牵引车提供动 力，牵引后挂的挂车，有时可以拖挂两辆以上的挂车；