影响路面设计的因素

影响路面设计的因素有几个，其中最重要的是车轮荷载。由于路面设计是为了承受移动荷载，缓慢的移动荷载和静态荷载可能对路面有害。

温度对路面设计也有影响，尤其是在寒冷地区路面的结霜作用尤为重要。

影响路面设计的因素很多，可以分为以下四类

1. 交通和加载,
2. 结构模型,
3. 材料表征,
4. 环境

这些问题将在本章中详细讨论。

1.交通和加载

交通是路面设计中最重要的因素。关键因素包括接触压力、车轮载荷、轴的结构、移动载荷、载荷和载荷重复。

接触压力:

轮胎压力是一个重要的因素，因为它决定了接触面积和车轮与路面表面之间的接触压力。即使接触区域的形状是椭圆的，为了简单分析，通常考虑圆形区域。

轮载荷:

下一个重要的因素是车轮荷载，它决定了确保路基土壤不破坏所需的路面深度。车轮结构影响路面内的应力分布和挠度。许多商用车都有双后轮，以确保接触压力在极限范围内。通常的做法是将双轮载荷转换为等效的单轮载荷，以便简化分析。

轴配置:

多轴的引入进一步提高了商用车的承载能力。

移动负载:

如果车辆以蠕变速度行驶，对路面的损害要高得多。许多研究表明，当速度从2公里/小时增加到24公里/小时时，应力和挠度减少40%。

重复加载:

交通对路面的影响不仅取决于车轮荷载的大小，还取决于荷载作用的频率。每次加载都会引起一些变形，而总变形是所有这些变形的总和。虽然单轴荷载对路面变形的影响很小，但重复荷载次数的累积效应是显著的。因此，现代设计是以标准轴载荷的总数为基础的(通常为单轴80 kN)。

2.结构模型

结构模型是各种分析方法，以确定路面响应(应力，应变和挠度)在不同位置的路面由于车轮荷载的应用。最常见的结构模型有层状弹性模型和粘弹性模型。

分层弹性模型:

层状弹性模型可以计算路面结构中由表面荷载作用引起的任何一点的应力、应变和挠度。层状弹性模型假设每个路面结构层均质、各向同性和线性弹性。换句话说，在某一层的每一点上，材料的性能都是相同的，一旦载荷被移除，该层将反弹到原来的形式。分层弹性方法使用相对简单的数学模型，将应力、应变和变形与车轮载荷和材料特性(如弹性模量和泊松比)联系起来。

3.材料表征

以下材料性能对于柔性和刚性路面都很重要。

考虑路面为线弹性时，必须规定路基及各构件层的弹性模量和泊松比。

如果一种材料的弹性模量随加载时间的变化而变化，那么必须根据与车速相对应的加载持续时间来选择弹性模量，即重复加载下的弹性模量。

当材料被认为是非线性弹性时，必须提供与弹性模量和应力状态有关的本构方程。

然而，这些材料的许多特性被用于非常复杂的黏弹性模型中，这些模型还处于发展阶段。本书涵盖了只需要弹性模量和泊松比的层状弹性模型。

4.环境因素

环境因素影响路面材料的性能，造成各种破坏。新利客户影响路面的环境因素有两种，温度和降水，下面讨论:

温度:

温度对沥青路面的影响不同于混凝土路面。温度影响沥青层弹性模量，并引起混凝土板卷曲。在刚性路面中，由于板的顶部和底部温度差异，会产生温度应力或摩擦应力。

在柔性路面中，沥青混凝土的动态模量随温度的变化而变化。冻胀引起不同的沉降和路面粗糙度。霜冻最不利的影响发生在春季崩解阶段，此时冰融化，路基处于饱和状态。

沉淀:

雨雪降水影响地表水入渗量和地下水位深度。排水不良可能会带来抗剪强度不足、泵送、失去支撑等。

作者

汤姆V马修博士理工学院(孟买)