車輛動荷載以及大氣溫度對瀝青路面造成的影響淺析

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400041)

車輛動荷載以及大氣溫度對瀝青路面造成的影響淺析

李青

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院重慶400041)

時代在進步，橋梁上的結(jié)構(gòu)分析越來越受到各個方面的矚目，因為造價成本允許我們做許多這方面的研究，所以橋梁的動力力學(xué)分析一直在取得突破性的進展。道路的動荷載也非常多，但是因為個方面的考慮，它比橋梁的設(shè)計等級要低的多，所以一般情況下根本不會考慮道路的動力學(xué)分析，只是在設(shè)計的時候考慮到某一段最危險的路段按照規(guī)格排滿車輛，計算靜荷載下的反應(yīng)，但是這種情況往往不能考慮到實際運用中路面受到力的真實狀況，很容易造成路面結(jié)構(gòu)的破壞，特別是一些超重車輛的增多，往往會提前結(jié)束道路的使用壽命，給人們造成巨額的經(jīng)濟損失，所以我們需要加強對路面動力學(xué)的研究，本文就路面動力學(xué)車輛荷載的研究方法提供一些建議。

瀝青路面；車輛荷載；動力學(xué)分析

一、引言

自從1998年我國建造的第一條高速公路通車以來[1]，我國的高速路就開始了嶄新的時代對于我國的瀝青路面來講，從最開始的路面靜力學(xué)研究，到中期的路面動力的響應(yīng)以及后期的車轍試驗的研究，都彰顯了我國對于路面力學(xué)狀況的深入了解。從最開始的單層理想彈性空間體系到多層結(jié)構(gòu)理想體系再到最終的半彈性理想結(jié)構(gòu)體型。我國對于車輛在路面上的深入研究已經(jīng)明顯地體現(xiàn)了出來。瀝青路面作為一種常用的柔性路面材料，它的平整度以及路面平鋪后的視覺感受是最好的。但是如何避免車輛在路上對路面造成更多的傷害，分析層間的力學(xué)反應(yīng)是十分重要的。一些超載的車輛很容易在路面上留下不可恢復(fù)性的車轍，這對路面的美觀通常會造成很大的影響，除了在路面上的凹凸不平造成乘客的不舒適感，也會在雨天造成路面積水的狀況發(fā)生，不可避免的會降低輪胎與地面的摩擦系數(shù)，輪胎打滑的現(xiàn)象會時常發(fā)生，對行車安全會造成很大的影響，而且會加大路面滲水，造成對路面下部結(jié)構(gòu)的腐蝕，從而縮短道路的使用壽命，造成大量的經(jīng)濟損失。針對這種特殊的情況做出合適的理論分析充分的利用路面結(jié)構(gòu)中的每一份架構(gòu)，減少路面的損害。

二、車速變化對路面的影響

當(dāng)我們把靜荷載狀況下的汽車對路面的壓力看作1的話，那么汽車在行駛的過程中超重的話就會大于1，失重的狀況下就會小于1，當(dāng)路面等級為二級的時候，車輛的震動幅度就會比較大，與1相比較相差的數(shù)值也會比較多。汽車在行駛的途中躍起的次數(shù)比較多，會在顛簸中對路面產(chǎn)生較大的沖擊，如果車輛質(zhì)量較大，就會產(chǎn)生超出路面設(shè)計等級的荷載，對面造成損害，從而縮短路面的使用壽命。當(dāng)車輛以同樣的車速在一級公路上行駛時，顛簸的頻率就會明顯降低，波動的幅度也會較小，對路面的損害也會降到最低。而這種差距的根源就在于路面平整度較差，在路面遭受到一點點破壞的時候，這種狀況只會加劇，所以，我們必須改善施工工藝，保證路面在是哦有那個過程中的平整度，以此來延緩道路的使用壽命。

當(dāng)行駛在同一路段時，車速越大，路面的平整度就越差，在車內(nèi)感覺上下起伏的程度也有明顯差別。而且在車速較高的情況下，即使是一個小的障礙物，車輛也會在撞擊的時候?qū)β访嬖斐奢^大的沖擊力，我們也不可能把每一段路都建成一個一級的公路來使用，這樣既會浪費資源，也不符合國家發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)。在變動的車速下我們很難適時地進行車速的更改，只能選取一種在同等類型的狀況之下汽車在行駛途中所發(fā)生的最差的狀況作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并且給出相關(guān)的調(diào)理來進行限制。所以我們需要根據(jù)路面的等級制定出一個嚴(yán)格的路面車速限定，以保障路面盡可能少的遭受小車的沖擊，減少車輪與路面的沖擊次數(shù)，緩解瞬間減速帶來的摩擦對路面造成的損傷。

三、溫度的變化對路面的影響

我們現(xiàn)在經(jīng)常使用的材料—瀝青混合料，在氣溫達(dá)到25攝氏度[3]的情況下，瀝青混合料的抗剪強度以及相應(yīng)的魔量都會隨著溫度的升高而不斷的降低，經(jīng)過車輛的碾壓會發(fā)生一定的變形，就是我們通常所說的車轍。

從1980年開始，我們國家開始了溫度場的研究，而主要的研究方法可以分為兩類，一種是以理論為基點研究理想狀態(tài)下溫度的變化對材料造成的影響，另外一種就是統(tǒng)計各種現(xiàn)場的數(shù)據(jù)來進行統(tǒng)一分類來進行分析。從研究的資料來講，溫度的各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)有以下幾個:日最低溫度，日最高溫度，當(dāng)日的風(fēng)俗以及太陽的輻射量，這些因素都可以引起地表溫度的變化。我國的相關(guān)研究人員一直在努力收集與溫度有關(guān)的路面動力學(xué)數(shù)據(jù)，但是因為研究的周期較長，而且需要調(diào)動大量的人力物力財力作為基礎(chǔ)來作為準(zhǔn)備，其中的困難系數(shù)很大，所以較大的數(shù)據(jù)資料庫的整理困難重重。

在實際中，我們找到了一天的溫度的變化，如下圖所示：

圖1 不同時間段各個結(jié)構(gòu)層的溫度狀況

從圖中我們可以得出：

1.瀝青路面的溫度在一天的時間中變化是比較大的，而且表層的溫度與墊層以及基層的溫度也是有差別的，這就會造成在高溫情況下路面的溫度隨著路面厚度的增加而逐漸降低，由此也會造成路面各層之間因為溫度不同而造成的變形不同造成的不均勻性以及穩(wěn)定系數(shù)不高。

2.瀝青路面上的溫度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于空氣中的溫度的，這是因為瀝青能夠從陽光的輻射中吸收到熱量，并且比空氣的吸取率要大。

3.一天中溫度最高的時間是下午兩點，而路面溫度最高的時間是下午一點，這是因為瀝青材料的熱傳導(dǎo)性比空氣的熱傳導(dǎo)性要快，所以一般要提前打到自己的最大溫度。

4.路面溫度可以在下午一點達(dá)到一天之中的最大值，但是隨著路面往下的基層和墊層，溫度達(dá)到最大值的時間將會隨著深度而逐漸降低，并且因為吸收熱量的能力的削弱，所能達(dá)到的最高溫度也會逐漸降低。

5.路面表層在一天之中的溫度相差33.1攝氏度，最低和最高溫度出現(xiàn)的時間為早上5點和下午13點。而路面中層以及路面下層的溫度則依次降低，最低溫度和最高溫度出現(xiàn)的時間也會有著一定的延長。

6.土基層的溫度在一天之中基本不會變化，所以氣候的變化對它的影響是最小的。

四、結(jié)論

車輛在路面行駛的過程中的復(fù)雜情況還需要我們做出進一步的探討與研究。溫度對于路面某點的位移沒有太大影響，但因為瀝青的存在會對路面的粘彈性造成影響。在高溫的影響下，路面中層受到的車轍破壞最為嚴(yán)重，達(dá)到了百分之五十三，在考慮路面設(shè)計時，可以著重考慮路面中層的抗車轍能力。

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)：

[1]巴特蒙赫.我國高速公路發(fā)展史[J].北方經(jīng)濟,2013,03:60-61.

[2]蘭國冠,徐文杰,郭磊,史爽[J].成都大學(xué)學(xué)報，2010,12:346-348.

[3]賈其軍.近年來國內(nèi)瀝青混凝土路面抗車轍性能研究進展[J].公路,2014,07:328-334.