(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400041)

車輛動(dòng)荷載以及大氣溫度對(duì)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(shí)代在進(jìn)步，橋梁上的結(jié)構(gòu)分析越來越受到各個(gè)方面的矚目，因?yàn)樵靸r(jià)成本允許我們做許多這方面的研究，所以橋梁的動(dòng)力力學(xué)分析一直在取得突破性的進(jìn)展。道路的動(dòng)荷載也非常多，但是因?yàn)閭€(gè)方面的考慮，它比橋梁的設(shè)計(jì)等級(jí)要低的多，所以一般情況下根本不會(huì)考慮道路的動(dòng)力學(xué)分析，只是在設(shè)計(jì)的時(shí)候考慮到某一段最危險(xiǎn)的路段按照規(guī)格排滿車輛，計(jì)算靜荷載下的反應(yīng)，但是這種情況往往不能考慮到實(shí)際運(yùn)用中路面受到力的真實(shí)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(huì)提前結(jié)束道路的使用壽命，給人們?cè)斐删揞~的經(jīng)濟(jì)損失，所以我們需要加強(qiáng)對(duì)路面動(dòng)力學(xué)的研究，本文就路面動(dòng)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(dòng)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(shí)代對(duì)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(dòng)力的響應(yīng)以及后期的車轍試驗(yàn)的研究，都彰顯了我國對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)路面的美觀通常會(huì)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(huì)在雨天造成路面積水的狀況發(fā)生，不可避免的會(huì)降低輪胎與地面的摩擦系數(shù)，輪胎打滑的現(xiàn)象會(huì)時(shí)常發(fā)生，對(duì)行車安全會(huì)造成很大的影響，而且會(huì)加大路面滲水，造成對(duì)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(jì)損失。針對(duì)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(duì)路面的影響

當(dāng)我們把靜荷載狀況下的汽車對(duì)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(huì)大于1，失重的狀況下就會(huì)小于1，當(dāng)路面等級(jí)為二級(jí)的時(shí)候，車輛的震動(dòng)幅度就會(huì)比較大，與1相比較相差的數(shù)值也會(huì)比較多。汽車在行駛的途中躍起的次數(shù)比較多，會(huì)在顛簸中對(duì)路面產(chǎn)生較大的沖擊，如果車輛質(zhì)量較大，就會(huì)產(chǎn)生超出路面設(shè)計(jì)等級(jí)的荷載，對(duì)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(jí)公路上行駛時(shí)，顛簸的頻率就會(huì)明顯降低，波動(dòng)的幅度也會(huì)較小，對(duì)路面的損害也會(huì)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(diǎn)點(diǎn)破壞的時(shí)候，這種狀況只會(huì)加劇，所以，我們必須改善施工工藝，保證路面在是哦有那個(gè)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(shí)，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(gè)小的障礙物，車輛也會(huì)在撞擊的時(shí)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(gè)一級(jí)的公路來使用，這樣既會(huì)浪費(fèi)資源，也不符合國家發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)。在變動(dòng)的車速下我們很難適時(shí)地進(jìn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并且給出相關(guān)的調(diào)理來進(jìn)行限制。所以我們需要根據(jù)路面的等級(jí)制定出一個(gè)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(duì)路面造成的損傷。

三、溫度的變化對(duì)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(qiáng)度以及相應(yīng)的魔量都會(huì)隨著溫度的升高而不斷的降低，經(jīng)過車輛的碾壓會(huì)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(chǎng)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(diǎn)研究理想狀態(tài)下溫度的變化對(duì)材料造成的影響，另外一種就是統(tǒng)計(jì)各種現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)來進(jìn)行統(tǒng)一分類來進(jìn)行分析。從研究的資料來講，溫度的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)有以下幾個(gè):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(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，但是因?yàn)檠芯康闹芷谳^長，而且需要調(diào)動(dòng)大量的人力物力財(cái)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(shí)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(shí)間段各個(gè)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(shí)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(huì)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(huì)造成路面各層之間因?yàn)闇囟炔煌斐傻淖冃尾煌斐傻牟痪鶆蛐砸约胺€(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?yàn)闉r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(shí)間是下午兩點(diǎn)，而路面溫度最高的時(shí)間是下午一點(diǎn)，這是因?yàn)闉r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(diǎn)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(shí)間將會(huì)隨著深度而逐漸降低，并且因?yàn)槲諢崃康哪芰Φ南魅?，所能達(dá)到的最高溫度也會(huì)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(shí)間為早上5點(diǎn)和下午13點(diǎn)。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(shí)間也會(huì)有著一定的延長。

6.土基層的溫度在一天之中基本不會(huì)變化，所以氣候的變化對(duì)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(jìn)一步的探討與研究。溫度對(duì)于路面某點(diǎn)的位移沒有太大影響，但因?yàn)闉r青的存在會(huì)對(duì)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(jì)時(shí)，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(jì),2013,03:60-61.

[2]蘭國冠,徐文杰,郭磊,史爽[J].成都大學(xué)學(xué)報(bào)，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(jìn)展[J].公路,2014,07:328-334.