張巨功

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

瀝青路面的路用性能受外部條件如車輛荷載、輪胎氣壓的影響很大，高溫下瀝青混合料的車轍變形隨車輛荷載、輪胎氣壓的增加而快速增加，最終導(dǎo)致瀝青混合料無(wú)法抵擋表面壓應(yīng)力的作用而產(chǎn)生永久變形[1-2]。隨著車輛的大型化和載重能力的不斷增加，汽車的輪胎充氣壓力也在不斷增加，額定載重150 kN的貨車實(shí)際載重達(dá)380 kN，輪胎的充氣壓力可達(dá)1.0～1.1 MPa左右[3-4]，而對(duì)于不同輪胎充氣壓力時(shí)，同類型同載重的汽車對(duì)路面壓應(yīng)力有所不同。一般認(rèn)為，輪胎作用于地面為橢圓分布,但部分文獻(xiàn)認(rèn)為[5]，輪胎作用于路面的接地形狀在荷載的增加過(guò)程中很大程度上趨近為矩形，并越來(lái)越明顯。

本文在常溫下，選用雙輪單后軸貨車，進(jìn)行不同輪胎充氣壓力、不同軸載下測(cè)試實(shí)際輪胎接地壓應(yīng)力。輪胎氣壓分別為 0.6 MPa、0.7 MPa、0.9 MPa、1.1 MPa、1.3 MPa，軸載選擇 110 kN、120 kN、130 kN、140 kN、150 kN，分析軸載、輪胎氣壓與路面壓應(yīng)力之間的關(guān)系。

1 輪胎接地面積

本文對(duì)雙輪單后軸貨車的后軸所有輪胎改變氣壓、軸載進(jìn)行試驗(yàn)，后軸每個(gè)輪胎氣壓選用氣壓表放氣的方式設(shè)定到設(shè)計(jì)氣壓，并保證后軸各輪胎的氣壓相同，荷載通過(guò)裝載土的方式逐級(jí)增加。輪胎接地面積選后軸所有輪胎接地面積，采用毫米網(wǎng)格復(fù)寫(xiě)紙放入貨車所有后輪胎下測(cè)試相加而得。

從不同軸載、不同氣壓的輪胎印來(lái)看，在一定氣壓下，隨軸載的增加，復(fù)寫(xiě)紙上的胎印越來(lái)越清淅，表明對(duì)路面的壓力明顯增加；輪胎印的寬度沒(méi)發(fā)生變化，而輪胎印的長(zhǎng)度發(fā)生了增加，表明輪胎隨軸載的增加，輪胎接地面積增加；胎印中間印跡比外圍明顯，表明輪壓為中間大兩邊小的非均勻分布；軸載增加過(guò)程中，插于放氣孔中的氣壓表氣壓幾乎沒(méi)有變化，表明軸載的變化對(duì)胎內(nèi)氣壓影響微弱。

2 輪胎平均接地壓應(yīng)力

通過(guò)對(duì)不同輪胎氣壓、軸載的輪胎平均接地壓應(yīng)力測(cè)試，計(jì)算得不同軸載和輪胎氣壓時(shí)的實(shí)際接地面積，進(jìn)而計(jì)算輪胎平均接地壓應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1，關(guān)系圖見(jiàn)圖1、圖2。從表1可知，輪胎氣壓不變，隨軸載的增加，輪胎平均接地面積增加，平均接地壓應(yīng)力也增加，表明輪胎接地面積的增加影響量不能抵消軸載的增加影響量。荷載不變，隨著輪胎氣壓的升高，輪胎平均接地壓應(yīng)力升高。

圖1 平均接地壓應(yīng)力與軸向荷載之間的關(guān)系

表1 輪胎氣壓、軸載、輪胎平均接地壓應(yīng)力之間的關(guān)系

圖2 平均接地壓應(yīng)力與輪胎氣壓之間的關(guān)系

從圖1、圖2可以看出，平均接地壓應(yīng)力與軸向荷載、輪胎氣壓之間呈很好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)都達(dá)到0.98以上。軸向荷載與輪胎氣壓都影響平均接地壓應(yīng)力，且輪胎氣壓對(duì)平均接地壓應(yīng)力的影響不可忽略。

3 輪胎平均接地壓應(yīng)力三維曲面回歸

通過(guò)對(duì)平均接地壓應(yīng)力與軸向荷載、輪胎氣壓之間的相關(guān)性分析，平均接地壓應(yīng)力與其他兩個(gè)指標(biāo)之間都呈很好的線性關(guān)系，所以在三維空間中應(yīng)成很好的平面關(guān)系。運(yùn)用SPSS軟件[5]對(duì)平均接地壓應(yīng)力與軸向荷載、輪胎氣壓進(jìn)行三維回歸，回歸方程如式（1），曲面圖見(jiàn)圖3。

Z=0.114+0.549x+0.003 13y R2=0.986，（1）式中：Z表示輪胎平均接地壓應(yīng)力，MPa；x表示輪胎充氣壓力，MPa；y表示標(biāo)準(zhǔn)單后軸軸向荷載，kN。

從式（1）可以看出，軸載不變時(shí)，輪胎氣壓每升高1 MPa，輪胎平均接地壓應(yīng)力升高約0.5 MPa;軸載每增加1 t，輪胎平均接地壓應(yīng)力增加0.03 MPa。輪胎氣壓從0.7 MPa升高到1.3 MPa時(shí)，輪胎平均接地壓應(yīng)力升高到約 3 MPa，軸載從 10 t增加到15 t時(shí)，輪胎平均接地壓應(yīng)力增加0.15 MPa。

圖3 平均接地壓應(yīng)力與軸向荷載、輪胎氣壓之間的關(guān)系

車輛駕駛員為了節(jié)約燃油，提高輪胎氣壓以減少輪胎接地面積過(guò)大對(duì)車輛的阻力。從圖3可以看出，提高輪胎氣壓后，勢(shì)必引起平均接地壓應(yīng)力的升高，對(duì)路面的損害與超載無(wú)異。

4 結(jié)語(yǔ)

a）隨軸載的增加，輪胎接地面積呈中間大兩邊小的非均勻分布，并隨軸載的增加，輪印逐漸趨于矩形。

b）輪胎氣壓不變，隨軸載的增加，輪胎平均接地面積增加，平均接地壓應(yīng)力也增加。表明，輪胎接地面積的增加影響量不能抵消軸載增加的增加量。

c）軸載不變，隨輪胎氣壓升高，輪胎平均接地壓應(yīng)力升高。

d）平均接地壓應(yīng)力與軸向荷載、輪胎氣壓之間呈很好的線性關(guān)系。

e）軸載不變時(shí)，輪胎氣壓每升高1 MPa，輪胎平均接地壓應(yīng)力升高約0.5 MPa；軸載每增加1 t，輪胎平均接地壓應(yīng)力增加0.03 MPa。輪胎氣壓對(duì)輪胎平均接地壓應(yīng)力的影響不可小視。

f）目前超限治理中，只注重了載重汽車的總重，而沒(méi)有注意輪胎氣壓超壓使路面平均接地壓應(yīng)力嚴(yán)重超出0.7 MPa的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。建議路政部門增加輪胎氣壓的檢測(cè)或設(shè)計(jì)單位路面設(shè)計(jì)時(shí)提高瀝青路面輪胎平均接地壓應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)。