張 涓 / 湖南工程學(xué)院建筑工程學(xué)院

重載交通瀝青路面荷載圖式探討

張 涓 / 湖南工程學(xué)院建筑工程學(xué)院

我國的重載交通通常以車輛的超限、超載為特點(diǎn)，重載車輛指單軸單輪軸重大于6t、單軸雙輪軸重大于10t、雙聯(lián)軸雙輪組軸重大于18t的車輛。超重車載對(duì)瀝青路面結(jié)構(gòu)的荷載作用方式和破壞作用有其獨(dú)特的現(xiàn)象和規(guī)律，本文推薦了適合我國道路交通的荷載計(jì)算圖式和計(jì)算模型。

重載交通；瀝青路面；荷載圖式

重載交通或稱重任務(wù)交通（Heavy Duty Traffic）在國外道路科研部門是這樣規(guī)定的：道路在投入運(yùn)營后的交通量或者累計(jì)當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次遠(yuǎn)大于一般水平，并且相對(duì)于路面正常發(fā)展過程性能下降很快的現(xiàn)象。重載交通在發(fā)達(dá)國家主要表現(xiàn)為貨運(yùn)集裝箱、大型化、多軸化。

而在我國，習(xí)慣上的重載交通主要包含兩個(gè)方面的含義，即超限運(yùn)輸和超載運(yùn)輸。我國的重載交通通常以車輛的超限、超載為特點(diǎn)，即指道路上的車輛軸重超過了道路所規(guī)定的限值，對(duì)道路的一次性破壞比較嚴(yán)重，與現(xiàn)行規(guī)范中的重交通概念不同，后者主要按照交通量分級(jí)確定。根據(jù)《超限運(yùn)輸車輛行駛公路管理規(guī)定》，重載車輛指單軸單輪軸重大于6t、單軸雙輪軸重大于10t、雙聯(lián)軸雙輪組軸重大于18t的車輛。重載交通瀝青路面的破損分析研究主要是針對(duì)大中型貨運(yùn)交通而言的，由于客車及小型貨車對(duì)路面造成的危害相對(duì)較小，可以不作為考慮的重點(diǎn)。

當(dāng)前，我國公路上的車輛超載、超限情況十分普遍，重載車輛日益增加。經(jīng)調(diào)查，我國大多數(shù)高速公路車輛超載嚴(yán)重，其突出表現(xiàn)是：車輛后軸軸載超出100kN的限定值，有的達(dá)到180kN以上；輪胎充氣壓力超出0.7MPa的額定值，有的超出0.9MPa以上。這些超載、超限現(xiàn)象極大地降低了路面的服務(wù)功能和使用壽命，增加了公路的維護(hù)成本。重載對(duì)瀝青路面造成的影響主要是使路面產(chǎn)生疲勞開裂和車轍損壞，而路面疲勞開裂、車轍等病害在很大程度上是路面剪應(yīng)力作用的結(jié)果。面層是剪應(yīng)力作用的主要集中區(qū)域，垂直荷載和水平荷載的綜合作用是路面結(jié)構(gòu)受力的最不利狀態(tài)。

超重車載往往大大超過了常規(guī)的道路荷載限值，與一般荷載對(duì)瀝青道路路層結(jié)構(gòu)的荷載作用方式和破壞作用不一樣，有其獨(dú)特的現(xiàn)象和規(guī)律，需要加以專門研究。現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范中以設(shè)計(jì)車道通過標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100的常規(guī)荷載的標(biāo)準(zhǔn)圖式，即雙輪雙圓，接地半徑為10.65cm，圓心距等于3倍接地半徑，輪胎的接地壓力等于0.7MPa。該圖式以設(shè)計(jì)車道通過標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100的常規(guī)荷載的日作用次數(shù)為基礎(chǔ)，適用于單軸軸載小于130kN，雙輪組雙軸軸載小于320kN的一般車輛荷載。由重載車輛的作用特點(diǎn)可知，該計(jì)算荷載圖式不可以代表超重車輛對(duì)路面的作用。圖1中，圖式K、I、L、M不同程度反映了超載時(shí)路面的受力情況。其中圖式I最接近于重載車輛行駛時(shí)路面受力的實(shí)際情況；圖示L和M則反映了兩種極端情況——?dú)鈮号c軸重等比例增加以維持接地面積不變，接地壓力不變，輪胎隨軸重增加而塌落；圖示I、L、M涵蓋了重載車的所有使

用范圍；K圖式是當(dāng)前路面設(shè)計(jì)規(guī)范中所使用的標(biāo)準(zhǔn)荷載圖式，但實(shí)際上是不存在的，分析時(shí)起到對(duì)照和驗(yàn)證作用。由于非中心對(duì)稱荷載力學(xué)計(jì)算的復(fù)雜性，布載仍采用了當(dāng)量圓方法。以下為四種圖式及其說明。

圖1 計(jì)算荷載圖式

（2）I圖式：輪壓和接地面積均隨軸載的增加而增加，圓中心距保持不變。

（3）L圖式：接地半徑與圓中心距保持不變，輪壓隨軸重等比例增減。

（4）M圖式：輪壓與圓中心距保持不變，接地半徑隨軸重增加而增加。

其中I圖式最符合超重載車輛的實(shí)際情況，因?yàn)槌袚?dān)越重貨物運(yùn)輸?shù)能?，統(tǒng)計(jì)上越有采用高強(qiáng)高壓輪胎的趨勢(shì)。但由于國內(nèi)缺乏這方面的調(diào)查資料，我們引入了比利時(shí)方法中的輪載與輪壓、輪胎接地面積關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。

比利時(shí)方法中，所采用的標(biāo)準(zhǔn)軸載為80kN，即標(biāo)準(zhǔn)輪載為20 kN，但他們考慮了輪載的接地面積隨輪胎性質(zhì)和路面狀況而異。高壓胎與路面接觸面積小，能承擔(dān)較大的荷載；低壓胎與路面接觸面積達(dá)，故牽引力大，而且還受路面狀況和沖擊力的影響，所以該方法不象其他設(shè)計(jì)方法那樣假定輪載增大而輪壓基本不變，而是根據(jù)路上的實(shí)際調(diào)查得出以下統(tǒng)計(jì)公式：

式中：A——輪胎接地面積（cm2）；

P——每一個(gè)輪胎的荷載（N）；

±70和±90為保證率達(dá)到95 %的離差范圍。

在此公式的基礎(chǔ)上，再假定輪載P均勻分布在該接觸面積的圓面積上，圓半徑為δ，并求得接地壓力p：

根據(jù)我國道路的實(shí)際情況，采用如下形式：

計(jì)算結(jié)果見下表1：

表1 輪重與輪壓、輪胎接地面積關(guān)系

綜上所述，圖示I和式4比較適合我國道路交通的具體情況，反映了隨著軸重增加，輪壓和輪胎接地面積變化的正確規(guī)律，即輪壓和接地面積均隨軸載的增及而增加，圓中心距保持不變的變化規(guī)律。因而在以后的分析及超重載道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建議采用圖示I和式4作為研究的力學(xué)圖式和基本模型。

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湖南工程學(xué)院2010年校級(jí)青年科研項(xiàng)目（xj1027）。