车辆动荷载以及大气温度对沥青路面造成的影响浅析

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400041)

车辆动荷载以及大气温度对沥青路面造成的影响浅析

李青

(重庆交通大学土木工程学院重庆400041)

时代在进步，桥梁上的结构分析越来越受到各个方面的瞩目，因为造价成本允许我们做许多这方面的研究，所以桥梁的动力力学分析一直在取得突破性的进展。道路的动荷载也非常多，但是因为个方面的考虑，它比桥梁的设计等级要低的多，所以一般情况下根本不会考虑道路的动力学分析，只是在设计的时候考虑到某一段最危险的路段按照规格排满车辆，计算静荷载下的反应，但是这种情况往往不能考虑到实际运用中路面受到力的真实状况，很容易造成路面结构的破坏，特别是一些超重车辆的增多，往往会提前结束道路的使用寿命，给人们造成巨额的经济损失，所以我们需要加强对路面动力学的研究，本文就路面动力学车辆荷载的研究方法提供一些建议。

沥青路面；车辆荷载；动力学分析

一、引言

自从1998年我国建造的第一条高速公路通车以来[1]，我国的高速路就开始了崭新的时代对于我国的沥青路面来讲，从最开始的路面静力学研究，到中期的路面动力的响应以及后期的车辙试验的研究，都彰显了我国对于路面力学状况的深入了解。从最开始的单层理想弹性空间体系到多层结构理想体系再到最终的半弹性理想结构体型。我国对于车辆在路面上的深入研究已经明显地体现了出来。沥青路面作为一种常用的柔性路面材料，它的平整度以及路面平铺后的视觉感受是最好的。但是如何避免车辆在路上对路面造成更多的伤害，分析层间的力学反应是十分重要的。一些超载的车辆很容易在路面上留下不可恢复性的车辙，这对路面的美观通常会造成很大的影响，除了在路面上的凹凸不平造成乘客的不舒适感，也会在雨天造成路面积水的状况发生，不可避免的会降低轮胎与地面的摩擦系数，轮胎打滑的现象会时常发生，对行车安全会造成很大的影响，而且会加大路面渗水，造成对路面下部结构的腐蚀，从而缩短道路的使用寿命，造成大量的经济损失。针对这种特殊的情况做出合适的理论分析充分的利用路面结构中的每一份架构，减少路面的损害。

二、车速变化对路面的影响

当我们把静荷载状况下的汽车对路面的压力看作1的话，那么汽车在行驶的过程中超重的话就会大于1，失重的状况下就会小于1，当路面等级为二级的时候，车辆的震动幅度就会比较大，与1相比较相差的数值也会比较多。汽车在行驶的途中跃起的次数比较多，会在颠簸中对路面产生较大的冲击，如果车辆质量较大，就会产生超出路面设计等级的荷载，对面造成损害，从而缩短路面的使用寿命。当车辆以同样的车速在一级公路上行驶时，颠簸的频率就会明显降低，波动的幅度也会较小，对路面的损害也会降到最低。而这种差距的根源就在于路面平整度较差，在路面遭受到一点点破坏的时候，这种状况只会加剧，所以，我们必须改善施工工艺，保证路面在是哦有那个过程中的平整度，以此来延缓道路的使用寿命。

当行驶在同一路段时，车速越大，路面的平整度就越差，在车内感觉上下起伏的程度也有明显差别。而且在车速较高的情况下，即使是一个小的障碍物，车辆也会在撞击的时候对路面造成较大的冲击力，我们也不可能把每一段路都建成一个一级的公路来使用，这样既会浪费资源，也不符合国家发展的标准。在变动的车速下我们很难适时地进行车速的更改，只能选取一种在同等类型的状况之下汽车在行驶途中所发生的最差的状况作为设计标准，并且给出相关的调理来进行限制。所以我们需要根据路面的等级制定出一个严格的路面车速限定，以保障路面尽可能少的遭受小车的冲击，减少车轮与路面的冲击次数，缓解瞬间减速带来的摩擦对路面造成的损伤。

三、温度的变化对路面的影响

我们现在经常使用的材料—沥青混合料，在气温达到25摄氏度[3]的情况下，沥青混合料的抗剪强度以及相应的魔量都会随着温度的升高而不断的降低，经过车辆的碾压会发生一定的变形，就是我们通常所说的车辙。

从1980年开始，我们国家开始了温度场的研究，而主要的研究方法可以分为两类，一种是以理论为基点研究理想状态下温度的变化对材料造成的影响，另外一种就是统计各种现场的数据来进行统一分类来进行分析。从研究的资料来讲，温度的各项统计数据有以下几个:日最低温度，日最高温度，当日的风俗以及太阳的辐射量，这些因素都可以引起地表温度的变化。我国的相关研究人员一直在努力收集与温度有关的路面动力学数据，但是因为研究的周期较长，而且需要调动大量的人力物力财力作为基础来作为准备，其中的困难系数很大，所以较大的数据资料库的整理困难重重。

在实际中，我们找到了一天的温度的变化，如下图所示：

图1 不同时间段各个结构层的温度状况

从图中我们可以得出：

1.沥青路面的温度在一天的时间中变化是比较大的，而且表层的温度与垫层以及基层的温度也是有差别的，这就会造成在高温情况下路面的温度随着路面厚度的增加而逐渐降低，由此也会造成路面各层之间因为温度不同而造成的变形不同造成的不均匀性以及稳定系数不高。

2.沥青路面上的温度是远远高于空气中的温度的，这是因为沥青能够从阳光的辐射中吸收到热量，并且比空气的吸取率要大。

3.一天中温度最高的时间是下午两点，而路面温度最高的时间是下午一点，这是因为沥青材料的热传导性比空气的热传导性要快，所以一般要提前打到自己的最大温度。

4.路面温度可以在下午一点达到一天之中的最大值，但是随着路面往下的基层和垫层，温度达到最大值的时间将会随着深度而逐渐降低，并且因为吸收热量的能力的削弱，所能达到的最高温度也会逐渐降低。

5.路面表层在一天之中的温度相差33.1摄氏度，最低和最高温度出现的时间为早上5点和下午13点。而路面中层以及路面下层的温度则依次降低，最低温度和最高温度出现的时间也会有着一定的延长。

6.土基层的温度在一天之中基本不会变化，所以气候的变化对它的影响是最小的。

四、结论

车辆在路面行驶的过程中的复杂情况还需要我们做出进一步的探讨与研究。温度对于路面某点的位移没有太大影响，但因为沥青的存在会对路面的粘弹性造成影响。在高温的影响下，路面中层受到的车辙破坏最为严重，达到了百分之五十三，在考虑路面设计时，可以着重考虑路面中层的抗车辙能力。

(

)：

[1]巴特蒙赫.我国高速公路发展史[J].北方经济,2013,03:60-61.

[2]兰国冠,徐文杰,郭磊,史爽[J].成都大学学报，2010,12:346-348.

[3]贾其军.近年来国内沥青混凝土路面抗车辙性能研究进展[J].公路,2014,07:328-334.