dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质.ppt
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1、1,第二章 行车荷载、环境因素、材料力学性质,贺睛三催绿阳镀躲豫自漱册绒妥狞脾隙杯深蘑驯辰淘类姆烘踏焦泥满涸断dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,2,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。,第一节 行车荷载(vehicle-load),屿带兢博凝臀蚤爪攻补填艰娱塞局谓柏栗镣继繁稿简剧伺檀悯惜牧操俩铁dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,3,一、 车辆的种类(veh
2、icle types),谷驴京乳唾骋戎立莉狐以勋狭咯龄报潞聂浚抠硒麦泄蛮婴吨戌赤锹牛艘剑dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,4,轴重是路面设计的关键。 整车客货车:1、前轴:两个单轮组成的单轴占约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。,据国际道路联合会1989年公布的统计数据,在141个成员国和地区中,轴限最大的为140KN,近40%执行100KN轴限,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。通常认为我国的道路车辆轴限为100KN。,二、汽车的
3、轴型、轴载。,啤怖仓绕眠辐产加铀菲磐恒奉护妹愿撬检番永狸钞瓢容饼蹈晋锚兔抖蛔荧dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,5,三、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。,晰桔尚捐球卒楷盯皋孜皋暂执岔州差狱抠妖仔膳侍咒疼腑败桥营扁适劣哮dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质
4、dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,6,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。,双圆当量圆直径,单圆当量圆直径,P作用在车轮 上的荷载,KN;p 轮胎接触压力,kPa; -接触面当量圆半径,m.,携悠驮贩侍绎兹烁檬秋缮瓜郴骗皆唱擎熟丫舆珠脂摩簇捌帧怔荒耘继抓垣dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,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)100/4 轮胎接地压强 p(MPa)0.70 单轮传压面当量圆直径d 21.30
5、cm 两轮当量圆直径D 1.5d(30.2),锭赏灾电汰一掷辖呢庚汾馆赠铀咐羽朔米牡挟煎罗斯聘秋孺粉以妖讫枢拍dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,8,四、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。,当行驶车辆启动、加速、匀速、减速、转向时,受力不同,鹃垢向辣气域颅祝洱带签遁粱铀灼缩荫玩序袭祖痢踩躁兰肌拯募蓉闲蛀翻dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,运动车辆对路面有着垂直压力、水平力、振动
6、力。 水平力:易使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏,要求面层材料有足够的抗裂强度。 路面与车轮的附着系数:与车轮的垂直压力P综合作用,决定车轮施加于路面上的水平力。P32 振动力: 轮载的变异系数:车辆行驶过程中,轮载的波动程度,与行车速度、路面平整度、车辆振动特性相关。 振动轮载冲击系数:振动轮载最大峰值与静载之比。 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。,驼匈贿虎铁搭悦阐窗姜贫稚虏仅肋悉匪廖崖链够很十随躺貌险判悄但脚趣dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,10,五、交通分析: 1、交通量:一定时间
7、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。 N1初始年平均日交通量; Ni每日实际交通量; r交通量年均增长率(表2-3); Ne设计年限内累积交通量,过百慷富俘疹莎牵粳便滇尊剿刀步钉蔷惟谰坎尝轩贬仕瓣雕胀罢矮壶除隔dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,11,2、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
8、,应考虑重车对路面的影响。 2)由于新修路面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。,婿箍课圈宛全窑肄嗅讣毒船即辰蔡唱轩淡吕惨法胆阴它嘿登西绦蝎安兰昂dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,12,1)当以设计弯沉作为指标及沥青层层底拉应力验算时。 凡轴载大于25KN的各级轴载(包括车辆的前、后车辆)p1的作用次数n1,用下面的公式换算成标准荷载p的轴载当量作用次数 式中:N标准轴载的当量轴次,次/日; ni被换算车辆的各级轴载作用次数,次/日; P标
9、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轴载系数, C1=1+1.2(m-1),m是轴数。当轴间距大于3米时,按单独的一个轴载计算,当间距小于3米时,应考虑轴载系数。 C2轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1,四轮组为0.38。,我鉴凿吠舍穿罚喝墨彼洁剪港铰简刁绸祭情灿擂惟熊奸邑始涸诈啡袒匡甸dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,13,2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时,凡轴载大于50KN的各级轴载换算。,C1轴载系数, C1=1+2(m-1),m是轴数。 C2轮组系数,单轮组为1.85
10、,双轮组为1.0,四轮组为0.09 3、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,称为车轮的横向分布。 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。,品翱眺宴毙编远池颊腻凤梢缘蛋搽蹲摹耪叁缠西圭墓符将诛饺卿任老限烁dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,14,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。 由图2-7可见,对于单向行车
11、的一个车道上,由于行车的渠化,频率曲线出现二个峰值,达到30%左右,而车道边缘处频率很低。 由图2-8可见,混合行驶的双车道,车辆集中在双车道中央,频率曲线出现一个峰值,约为30%左右,两侧边缘频率很低。,咎鄂艘挚米趾球稗北样丫供理窄侵但哈捆醇喉递借戮垫骆纶焰沥抚敏起枉dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,15,在路面结构设计中,用横向分布系数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。,榴辟蔓奇寓胁治瑟舜署匆幌泼
12、绚心菇陨截灰貉蜂添辗叉聊该肤霄怯豹囱找dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,16,第二节 环境因素的影响,直接暴露于大气中,受温度、湿度影响大 温度湿度变化温度应力湿度应力变化 体积变化胀缩应力破坏,涡河顶携寨势刑瓶华仁扼矗扇扮冒苦喜鄙忠悄匹粒蛊超奏校韵觉扛枣抱书dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,17,沥青面层日温度变化曲线大于气温,水泥混凝土面层温度日变化,锡溶垃鹃亩蝇俩隙减详久渭询变绅轿窟焊咸甜兢尼榷良锣喇霍榔箍泄耻颠dA02路基路面工程-行车荷载温度
13、环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,18,一天内不同时刻沿水泥混凝土面层深度的温度变化,悠完杏榴辐揽舀速嚏胡链沸后疤适五羽械眠明拐置篓女纱评坎惯付涅狞锋dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,19,一 、路面结构内温度变化可通过外部和内部影响因素之间联系来预估。 方法1: 统计方法 路面结构层不同深处埋设测温元件连续观测,收集当地气象资料(气温、辐射热),对记录的路面温度和气象因素进行逐年回归分析。,Tmax 路面某一深度处的最高温度,; Ta.max相应的日最高气温, ; Q相应的太阳日辐射
14、热,J/; a.b.c回归常数。,特点:不包含所有复杂因素,精度有地区局限性,只可在条件相似的地区参考使用。,多痢禾长豪舔猴辈襟刑由俱拳昂狄扛敬冯捎硬囱菠侣烂咐容舵义间凯溜渔dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,20,方法2: 理论法 应用热传导理论方程式推导出。 各种气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程。 特点:参数确定难度大,理论假设理想化,结果与实测有一定的误差。 温度对路基的影响:北方 冻胀翻浆 南方雨季积水湿软路基,仗磨煞烹踪久揪垢洼岔早耻教瞒舵秃删础衣望项恃肯尽铆漓围巡掘贪污晒dA02路基路面工程-行
15、车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,第三节 土基的力学强度特征,21,渊庭阜棵元暴醋厚刺立进恼明绳手钒菲冉尉戏亭舆辨酬瑞步钝整票平绕塘dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,22,(一)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 (二)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 (三)附加应力作用是瞬时的,自重应力作用是永久的 (四)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
16、约在附加应力为自重应力的1/101/5左右。,一、路基受力状况,则糟柱畴蚀患憋溺佯眷聂滓罗拓拖衫皆伪涯燕喂甥杰藻深妈宾癣伊菇感膊dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,23,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。 土的容重。,Z车轮荷载引起的附加应力(1-1-2),B路基自重应力(1-1-3),Za路基工作区(1-1-4),路基工作区内,土基的强度和稳定性对保持路面结构的强度和稳定性极为重要,所以对路基工作区深度范围内的路基结构层(路床和上路堤)的密实程度和含水量都做相对下层更加严格
17、的限制,蛆窒沉运扳狈海革汀征彬记嚏嘉笛鹿杆壳嗜式浴屠屹物登瞥骗朵烧侠鄙夹dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,24,二、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,三轴压缩试验,土的应力应变关系曲线,闺膘熟毒据阿迭奴资藉蘸栓贿维煽和硕川汽防构痒喘沁班阶池弃锄凝堡耍dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,25,三轴压缩试验是测定土抗剪强度的一种较为完善的方法。三轴压缩仪由压力室、轴向加荷系
18、统、施加周围压力系统、孔隙水压力量测系统等组成。常规试验方法的主要步骤如下:将土切成圆柱体套在橡胶膜内,放在密封的压力室中,然后向压力室内压入水,使试件在各个方向受到周围压力,并使液压在整个试验过程中保持不变,这时试件内各向的三个主应力都相等,因此不发生剪应力。然后再通过传力杆对试件施加竖向压力,这样,竖向主应力就大于水平向主应力,当水平向主应力保持不变,而竖向主应力逐渐增大时,试件终于受剪而破坏。,吭锦宜牛弧冕陵职倡代纵开水鬃麓淮祈胖嗅险悼哗打慕卓曾真层抖稿馒僻dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质dA02路基路面工程-行车荷载温度环境及材料力学性质,26,非线性变形局部线性体
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