重載交通瀝青路面荷載圖式探討

張 涓 / 湖南工程學院建筑工程學院

重載交通瀝青路面荷載圖式探討

張 涓 / 湖南工程學院建筑工程學院

我國的重載交通通常以車輛的超限、超載為特點，重載車輛指單軸單輪軸重大于6t、單軸雙輪軸重大于10t、雙聯軸雙輪組軸重大于18t的車輛。超重車載對瀝青路面結構的荷載作用方式和破壞作用有其獨特的現象和規律，本文推薦了適合我國道路交通的荷載計算圖式和計算模型。

重載交通；瀝青路面；荷載圖式

重載交通或稱重任務交通（Heavy Duty Traffic）在國外道路科研部門是這樣規定的：道路在投入運營后的交通量或者累計當量標準軸次遠大于一般水平，并且相對于路面正常發展過程性能下降很快的現象。重載交通在發達國家主要表現為貨運集裝箱、大型化、多軸化。

而在我國，習慣上的重載交通主要包含兩個方面的含義，即超限運輸和超載運輸。我國的重載交通通常以車輛的超限、超載為特點，即指道路上的車輛軸重超過了道路所規定的限值，對道路的一次性破壞比較嚴重，與現行規范中的重交通概念不同，后者主要按照交通量分級確定。根據《超限運輸車輛行駛公路管理規定》，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大中型貨運交通而言的，由于客車及小型貨車對路面造成的危害相對較小，可以不作為考慮的重點。

當前，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。經調查，我國大多數高速公路車輛超載嚴重，其突出表現是：車輛后軸軸載超出100kN的限定值，有的達到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、超限現象極大地降低了路面的服務功能和使用壽命，增加了公路的維護成本。重載對瀝青路面造成的影響主要是使路面產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力作用的結果。面層是剪應力作用的主要集中區域，垂直荷載和水平荷載的綜合作用是路面結構受力的最不利狀態。

超重車載往往大大超過了常規的道路荷載限值，與一般荷載對瀝青道路路層結構的荷載作用方式和破壞作用不一樣，有其獨特的現象和規律，需要加以專門研究。現行瀝青路面設計規范中以設計車道通過標準軸載BZZ-100的常規荷載的標準圖式，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。該圖式以設計車道通過標準軸載BZZ-100的常規荷載的日作用次數為基礎，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可知，該計算荷載圖式不可以代表超重車輛對路面的作用。圖1中，圖式K、I、L、M不同程度反映了超載時路面的受力情況。其中圖式I最接近于重載車輛行駛時路面受力的實際情況；圖示L和M則反映了兩種極端情況——氣壓與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圖式是當前路面設計規范中所使用的標準荷載圖式，但實際上是不存在的，分析時起到對照和驗證作用。由于非中心對稱荷載力學計算的復雜性，布載仍采用了當量圓方法。以下為四種圖式及其說明。

圖1 計算荷載圖式

（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際情況，因為承擔越重貨物運輸的車，統計上越有采用高強高壓輪胎的趨勢。但由于國內缺乏這方面的調查資料，我們引入了比利時方法中的輪載與輪壓、輪胎接地面積關系的經驗公式。

比利時方法中，所采用的標準軸載為80kN，即標準輪載為20 kN，但他們考慮了輪載的接地面積隨輪胎性質和路面狀況而異。高壓胎與路面接觸面積小，能承擔較大的荷載；低壓胎與路面接觸面積達，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計方法那樣假定輪載增大而輪壓基本不變，而是根據路上的實際調查得出以下統計公式：

式中：A——輪胎接地面積（cm2）；

P——每一個輪胎的荷載（N）；

±70和±90為保證率達到95 %的離差范圍。

在此公式的基礎上，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：

根據我國道路的實際情況，采用如下形式：

計算結果見下表1：

表1 輪重與輪壓、輪胎接地面積關系

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律。因而在以后的分析及超重載道路路面結構設計中，建議采用圖示I和式4作為研究的力學圖式和基本模型。

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湖南工程學院2010年校級青年科研項目（xj1027）。