1、第六章 交通荷載及路面設計參數主要內容第一節 交通荷載及其對路面的作用第二節 標準軸載及軸載換算第三節 路面材料設計參數第一節 交通荷載及其對路面的作用核心內容車輛的種類汽車的軸型汽車對道路的靜態壓力運動車輛對道路的動態影響交通分析第一節 交通荷載及其對路面的作用交通荷載汽車荷載既是路基路面的服務對象，又是造成路基路面結構損傷的主要原因；它是不斷移動著的、具有振動和沖擊影響的動荷載；汽車荷載的特性包括：汽車輪重與軸重的大小與特性、車軸的布置、汽車軸載的時間分布特性、汽車靜態與動態荷載特性等。1、車輛的種類道路上通行的汽車車輛主要分為客車與貨車兩大類。客車又分為小客車、中客車與大客車；貨車又分為

2、整車、牽引式掛車和牽引式半掛車。汽車及其客貨總重量通過車身傳遞到車軸，再傳遞到車輪，最終由輪胎傳遞到路面，因此，路面結構設計主要以軸重或者輪壓來進行控制。2、汽車的軸型軸載軸型分布 單軸單輪 單軸雙輪雙軸單輪雙軸雙輪多軸多輪2、汽車的軸型 汽車的軸型2、汽車的軸型圖2-1 不同軸型的貨車示意圖 汽車的軸型簡化圖2、汽車的軸型軸輪組與軸重：整車分前軸和后軸，絕大部分車輛的前軸為兩個單輪組成的單軸（軸載約為P/3），極少數汽車前軸為雙軸單輪組（軸重約為P/2）。大部分貨車后軸由雙輪組組成，有單軸、雙軸和三軸等三種。表6-3 汽車及掛車單軸的最大允許軸載的最大限制 單位：Kg 2、汽車的軸型輪壓與壓

3、圓輪胎對路面的靜態壓力大小與胎內壓相接近，壓面近似為圓形，d由p、P來計算，p可近似取輪胎氣壓。圖2-2 車輪荷載計算圖式a)單圓圖式；b)雙圓圖式 汽車的輪壓與壓圓PPPPPdPPdddD1.5dD路面路面a)b)3、汽車對道路的靜態壓力對于雙輪組車軸，可以按雙圓考慮，也可以按單圓對待，其當量圓的直徑計算如下：a)雙圓荷載的當量圓半徑：b)單圓荷載的當量圓直徑D：3、汽車對道路的靜態壓力荷載圓半徑和直徑 道路上行駛的汽車除給路面施加垂直靜壓力外，還施加水平力和振動力，對路面固定點而言，這種影響又具有瞬時性和重復性。圖2-3車輪作用于路面的垂直壓力與水平壓力a)停駐；b)啟動、一般行駛、加速；

4、c)減速、制動；d)轉向PPPPVQQa)b)c)d)4、運動車輛對道路的動態影響1）水平力： 行車安全要求 qmax p ，其中 為路表與車輪的附著系數，它同路面類型與濕度以及行車速度有關。路表層水平力過大易導致推擠、擁包、波浪及車轍等病害。2）振動力： 振動輪載最大峰值與靜載之比稱為沖擊系數，設計路面時，應以靜輪載乘以沖擊系數作為設計荷載。3）瞬時作用及重復： 路面點的車輪作用時間約為0.010.10s，結構變形來不及呈現，瞬時作用利于結構，但多次重復作用又易使其疲勞。4、運動車輛對道路的動態影響表2-2 縱向滑移路面附著系數路面狀況路面類型車速（km/h）123264干燥碎石0.60瀝青

5、混凝土0.701.000.500.65水泥混凝土0.700.850.600.80潮濕碎石0.40瀝青混凝土0.400.650.100.50水泥混凝土0.600.700.350.55路表與車輪的附著系數4、運動車輛對道路的動態影響4、運動車輛對道路的動態影響水泥混凝土路面在移動荷載作用下的響應4、運動車輛對道路的動態影響車速與路面變形的關系軸載的動態波動1）交通調查與重復荷載 交通量調查與分析：調查內容包括交通總量、車型分布、軸型軸載、實載率等，有的還調查軸載譜；分析主要是確定交通量年平均增長率，并求算獲得設計年限內累計交通量。對路面而言，主要是軸重。 軸載組成與軸載換算：不同軸載的作用次數的頻

6、率組成即為軸載譜，各不同軸載應根據某一指標按其對路面結構的損傷作用的等效性換算成其它軸載的作用次數，從而可使用標準軸載來綜合累計。2）輪跡橫向分布：總軸載作用按一定規律分布于車道橫斷面的現象稱為輪跡橫向分布，車道綜合累計需考慮。5、交通分析5、交通分析序號軸型分布代表車型代號整車類1中型貨車(載重2.510T)躍進、解放、東風等U1.12重型貨車(載重10T)黃河、羅曼、斯太爾等U1.1大通、交通、太脫拉等U1.2半掛類33軸半掛車解放、東風等國產牽引車S1.1.144軸半掛車斯堪尼亞、沃爾沃、斯太爾等進口牽引車或紅巖、黃河等引進技術生產的牽引車 S1.1.255軸半掛車S1.2.2S1.2.

7、36=6軸半掛車S1.2.3按軸型分類的車輛類別 1）交通調查與重復荷載5、交通分析軸型分類及代號軸型示意圖整車類Single Unit TruckU1.1U1.2半掛類Semi-Tractor TrailorS1.1.1S1.1.2S1.2.2S1.2.3各類軸型示意圖 1）交通調查與重復荷載5、交通分析我國常用的汽車的路面設計參數標準車2）軸載譜2）軸載譜5、交通分析軸載譜軸載譜：不同軸載在道路上的比例關系 3）車輛荷載的輪跡橫向分布5、交通分析圖2-7 輪跡橫向分布頻率曲線（單向行駛一個車道）圖2-8 輪跡橫向分布頻率曲線（混合行駛雙車道）3）車輛荷載的輪跡橫向分布5、交通分析瀝青混凝土

8、路面車道系數水泥混凝土路面輪跡橫向分布系數第二節 標準軸載及軸載換算核心內容交通量標準軸載軸載換算累計標準軸載作用次數標準軸載作用次數的調查與分析1、交通量年平均日交通量(AADT)交通量是指在單位時間內，通過道路某一斷面的交通實體數。我國的公路工程技術標準（JTG B01）確定道路等級時規定的標準車是小客車，即將混合交通量換算成為以小客車為標準的交通當量。 初始年平均日交通量2、標準軸載選用標準軸載的原因作用在路面的設計荷載千變萬化，一般選用一種軸載作為路面結構設計的標準軸載，其他各種軸載按照一定原則換算成標準軸載。標準軸載（Equivalent Single Axle Load-ESAL）

9、根據實際選定的一種代表車型，中國為單軸雙輪，稱為BZZ-100，軸重100kN。美國為單軸雙輪，軸重80kN標準軸載要求對路面的響應較大、又能反映本國公路運輸運營車輛的總體軸載水平。2、標準軸載幾個概念超載運輸是車輛所裝載貨物超過車輛額定載貨質量。超限運輸指被運輸的設備、構件或貨物，其外形尺寸、高度、重量、長度超過了交通部門所規定的范圍 。超載但不超限的車輛對路面的使用壽命有一定的影響，超載且超限的車輛對路面的使用壽命有很大的影響，有的甚至超過路面或橋梁結構的極限承載力，使路面結構出現結構性破壞、使橋梁結構出現整體破壞、產生嚴重的安全事故。軸載換算的基本原則：等破壞原則：同一種路面結構在不同軸

10、載作用下在使用末期達到相同的損傷程度（破壞狀態）；等厚度原則：不同標準軸載設計的路面結構厚度相同。軸載換算系數公式：3、軸載換算3、軸載換算瀝青路面軸載換算系數公式：3、軸載換算瀝青路面軸載換算系數公式：3、軸載換算水泥混凝土路面軸載換算系數公式：舊規范換算公式初始年平均日交通量N1的計算 設計年限內一個車道內的累計交通量4、累計標準軸載作用次數瀝青路面-車道系數水泥混凝土路面-橫向分布系數5、標準軸載作用次數的調查與分析調查方法地磅靜態稱重人工千斤頂稱量移動式稱重WIM（weigh-in-motion）WIM設備可以分成固定式和移動式兩類5、標準軸載作用次數的調查與分析交通量增長率 交通量年

11、平均增長率()變化范圍(%)交通量增長率計算方法：回歸T年交通量與年限的關系6、交通荷載分級分級原因由于不同等級道路承受不同的交通荷載作用，為了判別道路承受荷載的輕重，公路 瀝青路面設計規范和公路水泥混凝土路面設計規范分別進行了交通荷載等級的劃分。具體分級 瀝青路面交通荷載分級水泥混凝土路面交通荷載分級 第三節 路面材料設計參數核心內容概述無機結合料穩定材料瀝青混合料水泥混凝土材料級配碎石1）主要材料類型松散顆粒型材料 granular瀝青結合類材料 asphalt mixture無機結合料類材料 inorganic binding material水泥混凝土材料 cement concret

12、e 由于材料（整體性材料和非整體性材料）的基本性質和成型方式的不同，各種路面結構具有不同的力學強度特性（即應力-應變關系），也使得路面具有不同的使用品質和使用壽命。0、概述1、路面材料的幾種強度2）抗剪強度 shear strength 三軸抗剪試驗 摩爾庫侖強度理論： =c+ tg 直接抗剪試驗 P/A（極限抗剪力/抗剪面積） 其中c和是表征路面材料抗剪強度的兩項參數，c是材料的黏聚力（kpa），是材料內摩阻角，對于土，可以通過直剪試驗得到；對于松散粒料無法做直接剪切試驗，可用三軸壓縮試驗測定。三軸試驗確定c.c0、概述0、概述3）抗壓強度 compressive strength無側限的強

13、度試驗：指試樣在無側向壓力條件下，抵抗軸向壓力的極限應力。材料經過標準成型和養生后通過無側限抗壓試驗測定的強度。有側限的強度試驗：描述路面實際的三維狀態。三軸試驗；鋼管混凝土。4）抗拉強度 tensile strength氣溫變化會引起路面材料收縮，濕度變化能產生半剛性材料干縮，當收縮變形受到約束，即在材料內產生拉應力，材料抗拉強度不足即可引起路面結構拉伸斷裂。路面材料的抗拉強度主要由混合料中的結合料粘結力提供，采用直接拉伸或間接拉伸試驗測定材料的抗拉強度。5）抗彎拉強度 flexible strength路面材料的實際工作狀態是彎曲反復變化的，結構層底首先容易出現局部拉裂、產生彎曲斷裂。材料

14、的抗彎拉強度一般采用簡支梁三分點加載進行測定。0、概述0、概述2、路面材料的強度試驗1）抗壓強度試驗一般有大試件、中試件和小試件。小試件指50mm*5 0mm；中試件指100mm*100mm；大試件指 150 mm*150mm。間接拉伸試驗1-壓條；2-試件pp112接拉伸試驗1-上蓋帽；2-變形傳感器；3-金屬箍；4-下蓋帽；5-試件321540、概述2）抗拉強度試驗（直接拉伸試驗和間接拉伸試驗）瀝青和水泥混凝土間接抗拉強度試驗瀝青混凝土抗彎拉強度試驗水泥混凝土抗彎拉強度試驗彎拉試驗抗彎拉強度試驗劈裂實驗示意圖0、概述直接拉伸間接拉伸試驗瀝青和水泥混凝土間接抗拉強度試驗 我國瀝青及瀝青混合料

15、試驗規程中標準彎曲實驗試件為250mm30mm35mm 的棱柱體小梁，跨徑2000.5mm。試驗溫度采用150.5，評價低溫拉伸性能時，宜采用-100.5。 0、概述瀝青混凝土抗彎拉強度試驗彎曲實驗有切口的彎曲實驗150mm150mm550mm 的棱柱體梁圖2-30 小梁試驗加載圖式(1-試驗梁；2-承壓板；3-支點；4-頂桿；5-千分表)LPhl/3l/321345l1l00、概述水泥混凝土抗彎拉強度試驗彎拉試驗3）抗剪強度試驗討論?0、概述3、疲勞概念疲勞：路面材料在循環加載下，在某點或某些點產生局部損傷，在一定循環次數后形成裂紋，并進一步擴展直到完全斷裂的現象稱為疲勞。疲勞破壞：在低于材

16、料強度極限的循環加載作用下，材料發生破壞的現象稱為疲勞破壞。疲勞強度：是指材料在多次循環加載作用下出現疲勞破壞所對應的應力（應變）稱為疲勞強度或疲勞應變。0、概述疲勞極限：當重復荷載作用次數為無限大時的最大應力（應變）值即稱為疲勞極限。疲勞壽命：材料在疲勞破壞時所作用的應力（應變）循環次數稱為疲勞壽命疲勞曲線：將重復拉應力r與一次加載破壞的極限拉應力的比值(稱為應力比)或重復拉應變r 作為縱坐標，繪制出r/f或r與重復作用次數Nf的關系曲線，即稱為疲勞曲線。0、概述4、瀝青混凝土疲勞強度試驗瀝青及無機材料劈裂疲勞試驗懸臂梯形梁疲勞試驗三分點疲勞試驗四點彎曲疲勞試驗示意圖1、無機結合料穩定材料無

17、機結合料穩定材料的無側限抗壓強度試驗按照預定干密度和壓實度用靜力壓實法制備試件、試件高：直徑1：1的圓柱體、養生時間為材料設計齡期（7天），整個養生期間的溫度應保持202，養生期的最后一天，將試件浸泡在水中（水的深度應使水面在試件頂上約2.5cm）、側向沒有圍壓時的單軸抗壓強度。1、無機結合料穩定材料 無機結合料穩定材料的無側限抗壓回彈模量試驗在養生期的最后一天首先將圓柱形試件的兩個端面應用水泥凈漿徹底抹平。然后將試件直立桌上，在表面撒少量0.25-0.5mm的細砂，用直徑打于試件的平面圓形鋼板放在頂面，加壓旋轉圓鋼板，使頂面齊平。最后將端面已經處理平整的試件浸水一晝夜進行養生。加載板上的計算

18、單位壓力的選定值：對于無機結合料穩定基層材料，用0.5-0.7MPa；對于無機結合料穩定底基層材料,用0.20.4MPa，實際加載的最大單位壓力應略大于選定值。 1、無機結合料穩定材料無機結合料穩定材料劈裂強度試驗（間接抗拉強度）試件的制作與無限抗壓強度試驗的試件制作相同，只是在試驗時在側向測定試件的最大劈裂強度，計算得到無機結合料穩定材料的劈裂強度。側向加壓時應放置壓條，并將試件橫置在壓條上，同時在試件頂面也放一壓條（上下壓條與試件的接觸線必須位于試件直徑的兩端，并與升降臺垂直）。壓條采用半徑與試件半徑相同的弧面壓條，其長度應大于試件高度。 劈裂實驗示意圖1、無機結合料穩定材料無機結合料穩定

19、材料的劈裂模量試驗試件成型和加載要求與無側限抗壓回彈模量試驗相同。要求在加載過程中，每到一定荷載，就讀記一次形變，在試件破壞前應能記錄67次荷載和相應形變。然后將試件壓至破壞，讀記破壞時的荷載和形變。并繪制單位壓力與形變的關系曲線，必要時對曲線進行修正。1、無機結合料穩定材料無機結合料穩定材料疲勞強度試驗通過試件施加重復應力進行試驗，可繪出應力比水平與重復荷載作用次數的關系曲線（疲勞曲線），并可回歸出疲勞方程：r/f =-lgNf。疲勞試驗方法劈裂疲勞試驗（我國）小梁疲勞試驗直接抗拉試驗二灰砂礫（小梁）應力強度比疲勞壽命曲線1、無機結合料穩定材料水泥砂礫（小梁）應力與強度比疲勞壽命曲線1、無機

20、結合料穩定材料1、無機結合料穩定材料無機結合料穩定材料的設計參數-疲勞參數 未來我國基層疲勞方程1、無機結合料穩定材料無機結合料穩定材料的設計參數-模量參數計算 1、無機結合料穩定材料無機結合料穩定材料的設計參數-模量參數計算 1、無機結合料穩定材料無機結合料穩定材料的設計參數-模量參數建議值 1、無機結合料穩定材料無機結合料穩定材料的設計參數-動態模量建議值 無機結合料穩定材料抗壓強度和動態回彈模量參數示意圖2、瀝青材料瀝青混凝土的抗壓試驗瀝青混合料的彎沉計算時抗壓回彈模量的試驗溫度為20、彎拉驗算時抗壓回彈模量的試驗溫度為15、劈裂強度的試驗溫度也為15。試驗采用圓柱體試件，其直徑為100

21、mm，高為100mm，試驗加載的速率為2mm/min。試件成型采用靜壓法、輪碾法、搓揉法和旋轉壓實成型法，試件的密度應符合馬歇爾標準擊實密度100，用于抗壓強度試驗的試件個數不得少于3個，用于抗壓回彈試驗的試件個數不得少于36個。對抗壓強度要求以2mm/min的加載速率均勻加載直至破壞，由破壞荷載P和圓柱體試件的面積參數計算得出試件的抗壓強度（MPa）。2、瀝青材料瀝青混凝土的劈裂試驗瀝青混凝土的劈裂試驗既可以為瀝青路面設計提供設計參數，也可以評價瀝青混凝土的低溫特性。當用于評價瀝青混凝土的低溫特性時的試驗溫度為-10（試驗加載速率為1mm/min）。我國瀝青混凝土路面的設計參試采用靜參數，采

22、用的試驗溫度為15、試驗加載速率為50mm/min，計算時相應的泊松比采用0.30。試件馬歇爾擊實成型的方法、輪碾機成型的板體試件和道路現場鉆孔試件。采用馬歇爾擊實成型的試件的尺寸要求為直徑101.6mm，高為63.5mm；輪碾機成型的板體試件和道路現場鉆孔試件的尺寸要求為直徑100mm或150mm，高為40mm。2、瀝青材料瀝青混凝土疲勞強度試驗有控制應力與控制應變兩種試驗方法；厚瀝青路面宜采用控制應力的方法；薄瀝青路面宜采用控制應變的方法；一般路面厚度可采取其中一種方法。目前一般建議采用控制應變的方法。未來我國基層疲勞方程2、瀝青材料瀝青混凝土材料的設計參數-疲勞參數 2、瀝青材料瀝青混凝

23、土材料的設計參數-靜態模量參數2、瀝青材料瀝青混凝土材料的設計參數-動態模量參數常用瀝青混合料20、10Hz 動態回彈模量參數建議值3、水泥混凝土材料水泥混凝土抗折強度和水泥混凝土抗折彈性模量3、水泥混凝土材料水泥混凝土抗折強度和水泥混凝土抗折彈性模量水泥混凝土抗折強度試件為直角棱柱體小梁，標準試件尺寸為150mm*150mm*550mm，在標準條件下，經養護28d后，按三分點處雙點加載 (圖6-11)測定其抗折強度(fcf) 和抗折彈性模量。疲勞參數3、水泥混凝土材料 水泥混凝土抗折強度和水泥混凝土抗折彈性模量參數值水泥混凝土強度和彈性模量經驗參考參考值4、級配碎石1）影響因素影響粒料層模量的因素以及變化趨勢影響因素影響趨勢粗集料比例比例越大，模量越高密度密度越大，模量越高碾壓含水率提高到最大值，然后降低應力水平應力水平越大，模量越高使用期間含水率含水率