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路面车辙与车辆荷载的关系

发布时间:2019-07-25 14:29 来源:未知 编辑:admin

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  1 路面车辙与车辆荷载的关系 车辙是沥青路而在自然温度场中经受车辆的重复荷载作用下, 沥青混合料产生永久变形和塑 性流动逐步形成的。轴载对沥青路而高温车辙的影响是不言而喻的。特别是重型车、超载车 对加速沥青路而的变形起到了推波助澜的作用。轮胎气压是适应车辆荷载的,荷载越大,则 轮胎气压越高。车辆超载会促使汽车司机去增加轮胎气压,据资料表明,有些超载货车的轮 胎气压高达 1.1 MPa。行车速度对沥青路而永久变形的影响主要反映在荷载的持续时间上, 车辆行车速度越慢,荷载作用时间越长,所引起的路而变形越大。这种现象主要出现在停车 场、车站、交叉口、爬坡车道、收费站以及其他交通拥挤、车辆行驶缓慢的地方。 沥青混合料是由矿质骨架和沥青混合料所构成的,具有空间网格结构的一种多相分散体系, 其力学强度主要由矿质颗粒之间的摩阻力和嵌挤作用以及沥青和矿料之间的粘结力所构成。 沥青混合料中嵌挤力和内摩阻力的大小主要取决于矿质集料的特性和沥青用量。 沥青混合力 的粘聚力主要取决于沥青与矿料之间的相互作用力和沥青材料本身的粘结力。 一般根据沥青 结构层的三向应力状态,认为沥青混合料的抗剪强度符合摩尔一库仑公式”c+ 6tg }Z} o 目前车辙预测方法大致分为三类:(1)理论分析法;( 2)理论分析加经验分析;(3)统计分析法。近 年来,我国一些研究单位依据各自的试验条件,在开展沥青路而永久变形的研究过程中,车 辙预估模型很多是建立在弹性层状体系理论基础上的, 通过计算荷载作用下沥青而层各亚层 垂直压应力或回弹变形,最后考虑混合料的粘性等因素进行修正。 本文将分析不同垂直荷载作用下而层的垂直压应力的变化。 图 1 和图 2 分别为纵向花纹分布 荷载和横向花纹分布荷载作用下而层垂直应力变化曲线)轴载对垂直压 应力的影响很大,轴载越大,垂直压应力越大。对于纵向花纹分布荷 载,当轴载从 100 kN 增大到 140 kN 时,压应力的最大值从 610.47 kPa 增大到 740.23 kPa, 增加了 21.3%。对于横向花纹分布荷载,当轴载从 100 kN 增大到 140 kN 时,压应力的最大 值从 756.05 kPa 增大到 945.78 kPa,增加 25.1%0 (2)随深度的增加,垂直压应力逐渐减小。 轴载为 100 kN 时,对于纵向花纹分布荷载,深度从 0 增加到 15cm 时,压应力从 610.47 kPa 减小到 266.59 kPa,减小 56.3%;对于横向花纹分布荷载,深度从 0 增加到 15 cm 时,压应力 从 756.05 kPa 减小到 278.46 kPa,减小 63.2% o 从上而的分析可以看到, 轴载的大小对而层的垂直压应力影响很大, 这对于车辙的形成有很 大的影响。 2 疲劳破坏与车辆荷载的关系 车辆荷载对路而疲劳破坏的影响主要从荷载大小、 荷载重复作用次数和荷载间歇时间等方而 进行考虑。 荷载大小取决于车辆轴载和轮胎气压等因素, 荷载大小对疲劳破坏有着直接的影 响。 荷载越大, 对路而材料造成的疲劳损伤越大。 当荷载产生的应力大于材料的结构抗力时, 可能一次较大的荷载就会引起路而结构的破坏。 随着荷载作用次数的增加, 而层混合料的强 度损伤也会增加,劲度将逐渐下降。就沥青混合料的疲劳试验而言,一般认为疲劳破坏过程 包括三个阶段:内部损伤的积累, 伴随着劲度模量的明显降低(荷载重复作用次数大约 200 次); 微裂纹的出现(重复作用次数约为 200 至 10 000 次,视加载而定),此时劲度以比较低的速度 减小;劲度急剧下降,裂纹扩大并进一步发展。路而在承受车辆荷载时,在车辆前后轴之间 或前后车轮之间都有间歇时间。荷载间歇时间取决于车辆的轴距或车辆之间的 车头距。对一定车速而言,轴距愈大,前后轴载之间的时间越长。由于沥青混合料具有粘弹 性性质,故在荷载之间的间歇时间内,沥青路而将产生有利于疲劳微裂纹愈 合的内部应力, 因而可延长其疲劳寿命。 考虑到距荷载作用中心处不同距离的而层表而各点 的最大主应力和主应变的变化,水平荷载为单向水平荷载,作用方向沿 y 轴正向,水平荷载 系数 u 分别为 o.1 和 o.s o 车辆在路而上行驶时, 路而各点的应力状态是相当复杂的, 处于拉压应力和应变交迭变化的 状态。图 3 表明单轴的动力荷载在而层中产生的辐向应变,由 C.L.Monismith 首先测得。该 图表明在单轴荷载作用时, 而层表而上的上点当车轮接近时首先受拉, 当车轮压在该点的瞬 间则受压,随后当车轮离开时再次受拉。考虑路表沿 y 方向的不同计算点,得到各点最大主 应力和主应变的变化曲线 和图 So 从图中可以看到, 当不考虑水平荷载时, 最大主应力和最大主应变均为对称分布, 在日=0.2cm 附近出现拉应力和拉应变,拉应力的最大值为 29.37 kPa o 考虑水平荷载时,最大主应力和 最大主应变不再是对称分布,不同大小的水平荷载影响也不一样,水平荷载系数 为 0.1 时,对最大主应力或最大主应变的影响很小,拉应力的最大值为 37.82 kPa,比只考虑 垂直荷载时增加 29%。水平荷载系数为 0.5 时,Y=一 0.14 cm 处(水平荷载作用方向的后端) 的拉应力和拉应变急剧增加,拉应力的最大值为 328.89 kPa,其大小是只考虑垂直荷载时的 11 倍。因此,受车辆水平荷载较大的路段,而层在拉应力和剪应力的综合作用下,将在表 而产生一些裂纹,随着荷载重复作用次数的增加,加上其它自然环境因素的影响,就会逐渐 进一步发展成为松散或坑槽等。 3 结论 了解了车辆荷载与路而车辙以及路而疲劳破坏的关系, 结合相关文献的实测数据, 对不同荷 载作用下的路而结构进行分析,得到结论如下。 (1)不同形式的荷载作用而对荷载作用局部区域内的路而结构影响较大,对远离荷载作 用而的点影响较小,就最大剪应力而言,不考虑水平荷载时,两者相差 7 倍左右。 ( 2)对于同一荷载类型,层底的最大主应力随着轴载的增加而增大。在大小相等的轴载 作用下, 两种荷载类型计算出的同一路而结构层底而的最大主应力相差不大, 并且随着深度 的增加,两者之间的差异逐渐减小。 (3)随着轴载的增大,纵向花纹分布荷载和横向花纹分布荷载作用下的而层垂直压应力 均增大。 最大剪应力也随着轴载增加而增大, 而且轴载的变化在荷载作用而局部范围的影响 较大。因此,超载或重载车辆行驶在路而上,将使垂直压应力和最大剪应力成倍增加,可能 导致而层的剪切破坏或而层沥青混凝土产生塑性流动形成车辙。 ( 4)车辆荷载作用在路而上,而层表而的点处于拉应力和压应力交替状态,特别是在水 平荷载较大时, 距离荷载作用而一定距离的表而的点拉应力相当大。 随着荷载作用次数的增 加,而层表而可能出现疲劳裂缝。

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