車輛實際荷載振動的瀝青路面設計
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摘要:考慮車輛實際載荷狀態(tài)及相關(guān)不利影響因素，以高速路瀝青路面設計為對象，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)護標準展開全面探究與分析。
關(guān)鍵詞:荷載振動;瀝青路面;設計應用;結(jié)構(gòu)影響;公路建設;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)出較強的屬性特征，比如空間上的可重復性，數(shù)值上的振動性。除此之外，在保持正態(tài)分布的同時，也表現(xiàn)出較明顯的概率分布特征。本文考慮車輛實際載荷狀態(tài)及相關(guān)不利影響因素，以高速路瀝青路面設計為對象，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)護標準展開全面探究與分析，以為同類工程應用提供技術(shù)研究參考。
1瀝青路面基于車輛實際荷載振動所導致的使用壽命影響
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量累計增加，導致與設計要求相符的路面應力和彎沉值均變大，在此情況下，路面厚度就無法滿足設計要求，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際是以現(xiàn)實具體的、行駛動態(tài)的載荷方式施加向路面，其實際施加應力值通常會在靜態(tài)軸載值的基礎上存在浮動，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的貨車軸載進行考慮，以及時了解并掌握其標準軸載軸次當量變化。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上，取軸載上限，與其概率分布相乘，由此就能獲得實際車輛軸載的概率分布，100kN軸載占比達到了50%，110kN軸載占比達到了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量并累計相加，方可獲得受行駛車輛荷載影響的實際軸載軸次當量。以彎沉、瀝青層拉力等為重要設計指標，借助上述計算方法，可以求得JN150黃河、ZM440日野和SP9250東風等行駛車輛的后軸的軸載參數(shù)。不同車型的實際軸載，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，所以標準軸載軸次當量也會相應增加。在充分考慮行駛車輛荷載影響的基礎上和忽略其它軸載軸次當量的條件下，以路面彎沉和路面瀝青層的拉應力作為重點指標，求出運行貨車軸載大于100kN的軸次當量，獲得了兩種狀態(tài)下各路齡的軸次當量.(1)道路在初始營運段，軸次當量實際累計值與設計預期差異不大。但隨著時間流逝和路面平整度的逐漸破壞，兩者差異越來越明顯。(2)當使用壽命為13.65年條件時，軸次當量實際累計值就已然超越了基于15年設計的2360×104。這也就是說，設計的路面軸次當量難以滿足公路實際使用的承載需求。通過對半剛性路面層設計拉應力之與運行累計軸次當量的對比可知:(1)半剛性層拉應力指標與路面彎沉以及面層拉應力指標相比較，前者的軸次累計實際值與預期設計存在著較大差異。(2)道路實際運行10.25年時，實際軸次當量累計已然超越了基于15年設計的2268×104。這也就是說，設計的路面軸次當量難以滿足公路實際使用的承載需求。
2荷載振動之于路面彎沉的設計影響
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)強度，一般規(guī)律是彎沉值越小，則路面強度就越好。在不忽略實際車輛載荷作用的情況下，對設計彎沉指標進行分析，能否切實滿足實際要求.在全面考慮實際車輛荷載的情況下，累計軸次當量增加，說明吻合彎沉指標的路面厚度無法滿足實際要求，需對其進行重新設計，厚度為2cm。
3車輛現(xiàn)實動荷載之于路面底層容許拉力的影響
以彎沉為指標設計的路面，可大幅度改善路面結(jié)構(gòu)強度，使其在設計年限內(nèi)不會出現(xiàn)嚴重損壞與變形。不過單憑這一指標無法保證路面結(jié)構(gòu)的抗彎拉性能得到改善，也不能避免裂縫，所以，需依靠層底拉應力這一指標來增強抗彎拉性能。
4車輛現(xiàn)實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)為設計基本指標條件下，路面設計平整度一般取值為6，并要求路齡長于11.70年，求出其累計軸次當量為1539×104，也就是實際累計軸次當量，通過擬合發(fā)現(xiàn)，在到達10.66年以后，其累計軸次當量已然達到該參數(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)護措施。同理，基于半剛性層拉力作為主要設計參考指標時，路面平整度一旦達到4.28以后，就立即需要加強養(yǎng)護。對于路面養(yǎng)護管理人員來說，要結(jié)合上述內(nèi)容，根據(jù)實際情況，適當提高養(yǎng)護標準，這樣一來，不僅能使路面承受的車輛載荷作用減小，同時還會一定程度降低養(yǎng)護成本。
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上，對路面各方面特征變化及平整度養(yǎng)護標準變化情況進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，實際累計軸次當量一般會大大高于設計當量，從而導致路面受損嚴重，大大降低路面使用壽命，路表彎沉也難以滿足設計需求，雖然層底拉應力達到了設計標準，但都不斷增加，進而需要提高平整度養(yǎng)護標準。
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作者:陳忠 單位:新疆交通科學研究院
