車輛實(shí)際荷載振動的瀝青路面設(shè)計(jì)

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摘要:考慮車輛實(shí)際載荷狀態(tài)及相關(guān)不利影響因素，以高速路瀝青路面設(shè)計(jì)為對象，將行駛車輛載荷影響下的路面各方面特征變化及平整度養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)展開全面探究與分析。

關(guān)鍵詞:荷載振動;瀝青路面;設(shè)計(jì)應(yīng)用;結(jié)構(gòu)影響;公路建設(shè);分析研

對于行駛中的車輛來說，對路面產(chǎn)生的載荷表現(xiàn)出較強(qiáng)的屬性特征，比如空間上的可重復(fù)性，數(shù)值上的振動性。除此之外，在保持正態(tài)分布的同時(shí)，也表現(xiàn)出較明顯的概率分布特征。本文考慮車輛實(shí)際載荷狀態(tài)及相關(guān)不利影響因素，以高速路瀝青路面設(shè)計(jì)為對象，將行駛車輛載荷影響下的路面各方面特征變化及平整度養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)展開全面探究與分析，以為同類工程應(yīng)用提供技術(shù)研究參考。

1瀝青路面基于車輛實(shí)際荷載振動所導(dǎo)致的使用壽命影響

就瀝青路面而言，不同車型的軸載均表現(xiàn)為靜態(tài)載荷，而受行駛車輛載荷的影響會使軸次當(dāng)量累計(jì)增加，導(dǎo)致與設(shè)計(jì)要求相符的路面應(yīng)力和彎沉值均變大，在此情況下，路面厚度就無法滿足設(shè)計(jì)要求，從而縮減路面的使用期限，使其早早被破壞。路面不僅受到靜態(tài)軸載壓力的影響。還受不規(guī)整路面疊加振動的影響。路面承受的車輛載荷實(shí)際是以現(xiàn)實(shí)具體的、行駛動態(tài)的載荷方式施加向路面，其實(shí)際施加應(yīng)力值通常會在靜態(tài)軸載值的基礎(chǔ)上存在浮動，而且能夠形成概率分布。由于中小客車軸載相對較小，故選用獨(dú)立懸架系統(tǒng)，加上車輛具有良好的平順性，所以行駛中的車輛載荷不會出現(xiàn)太大振動，故忽略其影響。而大客車和火車的軸載比較大，故選用非獨(dú)立懸架系統(tǒng)，又因車輛的平順性不理想，所以行駛中的車輛載荷會出現(xiàn)很大振動，故不可忽略其影響。結(jié)合上文內(nèi)容，在此只對超過100kN的貨車軸載進(jìn)行考慮，以及時(shí)了解并掌握其標(biāo)準(zhǔn)軸載軸次當(dāng)量變化。路面平整度IRI=2，車輛后軸軸載100kN的行駛車，則路面承受現(xiàn)實(shí)動荷載便主要存在三種形式:一是不足100kN的車輛荷載，其占比為50%，二是100kN～110kN的車輛荷載，其占比為48.87%，三是110kN～120kN的車輛荷載，其占比為1.13%。在全面考慮并分析不利因素的基礎(chǔ)上，取軸載上限，與其概率分布相乘，由此就能獲得實(shí)際車輛軸載的概率分布，100kN軸載占比達(dá)到了50%，110kN軸載占比達(dá)到了48.87%，而120kN軸載占比僅為1.13%，然后分別與車輛的交通量相乘，求出與之相匹配的軸次當(dāng)量并累計(jì)相加，方可獲得受行駛車輛荷載影響的實(shí)際軸載軸次當(dāng)量。以彎沉、瀝青層拉力等為重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，借助上述計(jì)算方法，可以求得JN150黃河、ZM440日野和SP9250東風(fēng)等行駛車輛的后軸的軸載參數(shù)。不同車型的實(shí)際軸載，由于在行駛過程中會形成一定的車輛荷載，使路面承受一定的作用力，所以標(biāo)準(zhǔn)軸載軸次當(dāng)量也會相應(yīng)增加。在充分考慮行駛車輛荷載影響的基礎(chǔ)上和忽略其它軸載軸次當(dāng)量的條件下，以路面彎沉和路面瀝青層的拉應(yīng)力作為重點(diǎn)指標(biāo)，求出運(yùn)行貨車軸載大于100kN的軸次當(dāng)量，獲得了兩種狀態(tài)下各路齡的軸次當(dāng)量.(1)道路在初始營運(yùn)段，軸次當(dāng)量實(shí)際累計(jì)值與設(shè)計(jì)預(yù)期差異不大。但隨著時(shí)間流逝和路面平整度的逐漸破壞，兩者差異越來越明顯。(2)當(dāng)使用壽命為13.65年條件時(shí)，軸次當(dāng)量實(shí)際累計(jì)值就已然超越了基于15年設(shè)計(jì)的2360×104。這也就是說，設(shè)計(jì)的路面軸次當(dāng)量難以滿足公路實(shí)際使用的承載需求。通過對半剛性路面層設(shè)計(jì)拉應(yīng)力之與運(yùn)行累計(jì)軸次當(dāng)量的對比可知:(1)半剛性層拉應(yīng)力指標(biāo)與路面彎沉以及面層拉應(yīng)力指標(biāo)相比較，前者的軸次累計(jì)實(shí)際值與預(yù)期設(shè)計(jì)存在著較大差異。(2)道路實(shí)際運(yùn)行10.25年時(shí)，實(shí)際軸次當(dāng)量累計(jì)已然超越了基于15年設(shè)計(jì)的2268×104。這也就是說，設(shè)計(jì)的路面軸次當(dāng)量難以滿足公路實(shí)際使用的承載需求。

2荷載振動之于路面彎沉的設(shè)計(jì)影響

彎沉是路面結(jié)構(gòu)在外力作用下發(fā)生了一定的豎向位移，彎沉值能有效反映出路面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，一般規(guī)律是彎沉值越小，則路面強(qiáng)度就越好。在不忽略實(shí)際車輛載荷作用的情況下，對設(shè)計(jì)彎沉指標(biāo)進(jìn)行分析，能否切實(shí)滿足實(shí)際要求.在全面考慮實(shí)際車輛荷載的情況下，累計(jì)軸次當(dāng)量增加，說明吻合彎沉指標(biāo)的路面厚度無法滿足實(shí)際要求，需對其進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，厚度為2cm。

3車輛現(xiàn)實(shí)動荷載之于路面底層容許拉力的影響

以彎沉為指標(biāo)設(shè)計(jì)的路面，可大幅度改善路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，使其在設(shè)計(jì)年限內(nèi)不會出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞與變形。不過單憑這一指標(biāo)無法保證路面結(jié)構(gòu)的抗彎拉性能得到改善，也不能避免裂縫，所以，需依靠層底拉應(yīng)力這一指標(biāo)來增強(qiáng)抗彎拉性能。

4車輛現(xiàn)實(shí)動荷載之于平整度的影響

瀝青高速路面的平整度不可大于6，此為《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》的明確規(guī)定，即IRI≤6。以路面彎沉參數(shù)和瀝青層拉力參數(shù)為設(shè)計(jì)基本指標(biāo)條件下，路面設(shè)計(jì)平整度一般取值為6，并要求路齡長于11.70年，求出其累計(jì)軸次當(dāng)量為1539×104，也就是實(shí)際累計(jì)軸次當(dāng)量，通過擬合發(fā)現(xiàn)，在到達(dá)10.66年以后，其累計(jì)軸次當(dāng)量已然達(dá)到該參數(shù)值。依據(jù)平整度衰變模型，求解出其平整度參數(shù)值為5.48，意味需要采取養(yǎng)護(hù)措施。同理，基于半剛性層拉力作為主要設(shè)計(jì)參考指標(biāo)時(shí)，路面平整度一旦達(dá)到4.28以后，就立即需要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。對于路面養(yǎng)護(hù)管理人員來說，要結(jié)合上述內(nèi)容，根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)提高養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，這樣一來，不僅能使路面承受的車輛載荷作用減小，同時(shí)還會一定程度降低養(yǎng)護(hù)成本。

5結(jié)語

本文以高速公路瀝青路面為案例，在考慮車輛載荷作用的基礎(chǔ)上，對路面各方面特征變化及平整度養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)變化情況進(jìn)行了全面研究與分析。在路齡不斷增加的狀態(tài)下，路面平整度通常也必然會伴隨發(fā)生變化，且車輛載荷在車輛行駛中還會有所增加，實(shí)際累計(jì)軸次當(dāng)量一般會大大高于設(shè)計(jì)當(dāng)量，從而導(dǎo)致路面受損嚴(yán)重，大大降低路面使用壽命，路表彎沉也難以滿足設(shè)計(jì)需求，雖然層底拉應(yīng)力達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但都不斷增加，進(jìn)而需要提高平整度養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

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作者:陳忠 單位:新疆交通科學(xué)研究院