车辆实际荷载振动的沥青路面设计

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摘要:考虑车辆实际载荷状态及相关不利影响因素，以高速路沥青路面设计为对象，将行驶车辆载荷影响下的路面各方面特征变化及平整度养护标准展开全面探究与分析。

关键词:荷载振动;沥青路面;设计应用;结构影响;公路建设;分析研

对于行驶中的车辆来说，对路面产生的载荷表现出较强的属性特征，比如空间上的可重复性，数值上的振动性。除此之外，在保持正态分布的同时，也表现出较明显的概率分布特征。本文考虑车辆实际载荷状态及相关不利影响因素，以高速路沥青路面设计为对象，将行驶车辆载荷影响下的路面各方面特征变化及平整度养护标准展开全面探究与分析，以为同类工程应用提供技术研究参考。

1沥青路面基于车辆实际荷载振动所导致的使用寿命影响

就沥青路面而言，不同车型的轴载均表现为静态载荷，而受行驶车辆载荷的影响会使轴次当量累计增加，导致与设计要求相符的路面应力和弯沉值均变大，在此情况下，路面厚度就无法满足设计要求，从而缩减路面的使用期限，使其早早被破坏。路面不仅受到静态轴载压力的影响。还受不规整路面叠加振动的影响。路面承受的车辆载荷实际是以现实具体的、行驶动态的载荷方式施加向路面，其实际施加应力值通常会在静态轴载值的基础上存在浮动，而且能够形成概率分布。由于中小客车轴载相对较小，故选用独立悬架系统，加上车辆具有良好的平顺性，所以行驶中的车辆载荷不会出现太大振动，故忽略其影响。而大客车和火车的轴载比较大，故选用非独立悬架系统，又因车辆的平顺性不理想，所以行驶中的车辆载荷会出现很大振动，故不可忽略其影响。结合上文内容，在此只对超过100kN的货车轴载进行考虑，以及时了解并掌握其标准轴载轴次当量变化。路面平整度IRI=2，车辆后轴轴载100kN的行驶车，则路面承受现实动荷载便主要存在三种形式:一是不足100kN的车辆荷载，其占比为50%，二是100kN～110kN的车辆荷载，其占比为48.87%，三是110kN～120kN的车辆荷载，其占比为1.13%。在全面考虑并分析不利因素的基础上，取轴载上限，与其概率分布相乘，由此就能获得实际车辆轴载的概率分布，100kN轴载占比达到了50%，110kN轴载占比达到了48.87%，而120kN轴载占比仅为1.13%，然后分别与车辆的交通量相乘，求出与之相匹配的轴次当量并累计相加，方可获得受行驶车辆荷载影响的实际轴载轴次当量。以弯沉、沥青层拉力等为重要设计指标，借助上述计算方法，可以求得JN150黄河、ZM440日野和SP9250东风等行驶车辆的后轴的轴载参数。不同车型的实际轴载，由于在行驶过程中会形成一定的车辆荷载，使路面承受一定的作用力，所以标准轴载轴次当量也会相应增加。在充分考虑行驶车辆荷载影响的基础上和忽略其它轴载轴次当量的条件下，以路面弯沉和路面沥青层的拉应力作为重点指标，求出运行货车轴载大于100kN的轴次当量，获得了两种状态下各路龄的轴次当量.(1)道路在初始营运段，轴次当量实际累计值与设计预期差异不大。但随着时间流逝和路面平整度的逐渐破坏，两者差异越来越明显。(2)当使用寿命为13.65年条件时，轴次当量实际累计值就已然超越了基于15年设计的2360×104。这也就是说，设计的路面轴次当量难以满足公路实际使用的承载需求。通过对半刚性路面层设计拉应力之与运行累计轴次当量的对比可知:(1)半刚性层拉应力指标与路面弯沉以及面层拉应力指标相比较，前者的轴次累计实际值与预期设计存在着较大差异。(2)道路实际运行10.25年时，实际轴次当量累计已然超越了基于15年设计的2268×104。这也就是说，设计的路面轴次当量难以满足公路实际使用的承载需求。

2荷载振动之于路面弯沉的设计影响

弯沉是路面结构在外力作用下发生了一定的竖向位移，弯沉值能有效反映出路面的结构强度，一般规律是弯沉值越小，则路面强度就越好。在不忽略实际车辆载荷作用的情况下，对设计弯沉指标进行分析，能否切实满足实际要求.在全面考虑实际车辆荷载的情况下，累计轴次当量增加，说明吻合弯沉指标的路面厚度无法满足实际要求，需对其进行重新设计，厚度为2cm。

3车辆现实动荷载之于路面底层容许拉力的影响

以弯沉为指标设计的路面，可大幅度改善路面结构强度，使其在设计年限内不会出现严重损坏与变形。不过单凭这一指标无法保证路面结构的抗弯拉性能得到改善，也不能避免裂缝，所以，需依靠层底拉应力这一指标来增强抗弯拉性能。

4车辆现实动荷载之于平整度的影响

沥青高速路面的平整度不可大于6，此为《公路沥青路面养护技术规范》的明确规定，即IRI≤6。以路面弯沉参数和沥青层拉力参数为设计基本指标条件下，路面设计平整度一般取值为6，并要求路龄长于11.70年，求出其累计轴次当量为1539×104，也就是实际累计轴次当量，通过拟合发现，在到达10.66年以后，其累计轴次当量已然达到该参数值。依据平整度衰变模型，求解出其平整度参数值为5.48，意味需要采取养护措施。同理，基于半刚性层拉力作为主要设计参考指标时，路面平整度一旦达到4.28以后，就立即需要加强养护。对于路面养护管理人员来说，要结合上述内容，根据实际情况，适当提高养护标准，这样一来，不仅能使路面承受的车辆载荷作用减小，同时还会一定程度降低养护成本。

5结语

本文以高速公路沥青路面为案例，在考虑车辆载荷作用的基础上，对路面各方面特征变化及平整度养护标准变化情况进行了全面研究与分析。在路龄不断增加的状态下，路面平整度通常也必然会伴随发生变化，且车辆载荷在车辆行驶中还会有所增加，实际累计轴次当量一般会大大高于设计当量，从而导致路面受损严重，大大降低路面使用寿命，路表弯沉也难以满足设计需求，虽然层底拉应力达到了设计标准，但都不断增加，进而需要提高平整度养护标准。

参考文献

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作者:陈忠 单位:新疆交通科学研究院