吳 杭

(江蘇揚(yáng)子大橋股份有限公司，江蘇 南京 210096)

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雙軸車輛的軸數(shù)系數(shù)研究

吳 杭

(江蘇揚(yáng)子大橋股份有限公司，江蘇 南京 210096)

利用Kenlayer彈性層狀體系計(jì)算程序，分析在典型的半剛性基層路面下，各結(jié)構(gòu)層參數(shù)對以不同設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行軸載換算時的軸數(shù)系數(shù)的影響，確定對軸數(shù)影響比較顯著的指標(biāo)；通過擬定不同的結(jié)構(gòu)層參數(shù)，進(jìn)行回歸分析，得出不同設(shè)計(jì)指標(biāo)的軸數(shù)系數(shù)修正公式。

雙軸；軸載換算；半剛性基層；軸數(shù)系數(shù)

當(dāng)量軸載作用次數(shù)是路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要交通參數(shù)，是影響路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要因素。根據(jù)我國的瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范，在進(jìn)行當(dāng)量換算時，當(dāng)軸距小于3 m時，軸數(shù)系數(shù)C1主要由軸數(shù)決定，這并未考慮結(jié)構(gòu)層的厚度、各層模量對軸數(shù)系數(shù)的影響。由于自20世紀(jì)90年代以來，我國新建的高等級公路90%以上都采用了半剛性基層瀝青混凝土面層的結(jié)構(gòu)型式，同時，典型的雙后軸車輛在軸載換算中占有很重要的地位。所以，本文基于彈性層狀體系假設(shè)，利用Kenlayer計(jì)算程序，探討當(dāng)采用目前典型的半剛性基層瀝青路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)方案時，在不同的設(shè)計(jì)指標(biāo)下(主要是彎沉與層底拉應(yīng)力)，瀝青路面各結(jié)構(gòu)層厚度、模量以及軸距對雙后軸車輛的軸數(shù)系數(shù)的影響，并給出雙后軸車輛軸數(shù)系數(shù)的修正公式。

1 軸數(shù)系數(shù)的基本概念

由于路面結(jié)構(gòu)的疲勞狀態(tài)與車輛荷載的作用次數(shù)緊密相關(guān)，于此同時，不同車輛的軸載對路面的作用是不同的，因此，需按照等效原則，以疲勞效應(yīng)為基礎(chǔ)，對不同類型軸載的作用次數(shù)等效為標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)(當(dāng)量軸次)。以半剛性材料結(jié)構(gòu)層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)的軸載換算為例，在我國現(xiàn)行規(guī)范中，應(yīng)按公式(1)計(jì)算當(dāng)量軸次

(1)

當(dāng)兩相鄰軸軸距小于3 m時，雙軸及多軸的軸數(shù)系數(shù)按式(2)計(jì)算

(2)

式中：m為軸數(shù)。

(3)

由以上即可看出，現(xiàn)行規(guī)范中對與軸數(shù)系數(shù)取值的規(guī)定比較簡單，只是考慮了軸數(shù)的直接影響，并間接考慮了軸距的影響，卻并未針對不同的路面結(jié)構(gòu)作出不同的規(guī)定。然而，在實(shí)際情況中，路面各結(jié)構(gòu)層的模量與厚度的差異勢必會影響層底拉應(yīng)力，從而間接的影響到軸數(shù)系數(shù)的取值。

2 計(jì)算方案擬定

2.1 各層設(shè)計(jì)參數(shù)擬定

本文針對的是采用半剛性材料作為基層的瀝青路面，故各層設(shè)計(jì)參數(shù)取值參考瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 014—97)中關(guān)于半剛性基層路面的參數(shù)取值的規(guī)定。為體現(xiàn)計(jì)算方案的代表性，在各參數(shù)取值范圍內(nèi)按照固定的間隔，選取一定數(shù)量的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。各層材料的計(jì)算參數(shù)取值如表1所示。

表1 結(jié)構(gòu)層參數(shù)取值

2.2 軸距的擬定

由軸載換算公式可知，軸數(shù)系數(shù)與輪組系數(shù)以及軸載大小之間相互獨(dú)立，同時考慮到目前大多數(shù)雙后軸車輛的軸距都為130 cm左右，這里采用軸距為130 cm的雙軸即雙輪組單軸載100 kN進(jìn)行計(jì)算。

3 結(jié)構(gòu)層參數(shù)對輪組系數(shù)的影響

3.1 影響參數(shù)的確定

可以看出，由于結(jié)構(gòu)層的參數(shù)眾多，如果直接進(jìn)行回歸分析，會導(dǎo)致計(jì)算量過大。所以，有必要先確定一種既定的典型路面結(jié)構(gòu)，按表1的參數(shù)取值范圍，依次變化其中的參數(shù)，找出對輪組系數(shù)有顯著影響的參數(shù)，再在這些參數(shù)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行回歸分析。

選取典型結(jié)構(gòu)參數(shù)如下:瀝青面層厚度h1=18 cm,模量E1=1 000 MPa泊松比μ1=0. 25,半剛性基層厚度h2=30 cm,模量E2=1 600 MPa,泊松比μ2=0. 25,底基層厚度h3=35 cm,模量E3=400 MPa,泊松比μ3=0 .25,路基模量E0=60 MPa,泊松比μ0=0. 35。

各物理量之間相關(guān)程度常采用相關(guān)系數(shù)大小來表示。常用相關(guān)系數(shù)有Pearson、Spearman、Rho以及Kendall相關(guān)系數(shù)，而其中以Pearson相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)特征較為完善，且應(yīng)用最為廣泛。Pearson相關(guān)系數(shù)絕對值的大小可指出兩變量之間密切關(guān)系程度。表2為經(jīng)過上述計(jì)算后，結(jié)構(gòu)層各參數(shù)與軸數(shù)系數(shù)C1的Pearson相關(guān)系數(shù)。

表2 結(jié)構(gòu)層參數(shù)敏感性分析

從表2可以看出，若選取彎沉作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，則瀝青層的模量和瀝青層的厚度與軸數(shù)系數(shù)相關(guān)性最好；若選取層底拉應(yīng)力作為設(shè)計(jì)指標(biāo)時，瀝青層模量與土基模量與軸數(shù)系數(shù)的相關(guān)性最好。所以采用瀝青層模量與瀝青層厚度進(jìn)行以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)的軸數(shù)系數(shù)回歸分析；采用瀝青層模量與土基模量進(jìn)行以半剛性基層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)的軸數(shù)系數(shù)回歸分析。

3.2 雙后軸車輛軸數(shù)系數(shù)回歸公式

以影響輪組系數(shù)最顯著的結(jié)構(gòu)層參數(shù)指標(biāo)為基礎(chǔ)，通過系統(tǒng)的回歸分析，分別建立以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)與以層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)的軸數(shù)系數(shù)回歸公式，如下

ln(C1)=adlog(E1)+bdlog(h1)+cd

(4)

(5)

式中：式(4)為以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)的軸數(shù)系數(shù)，其中E1為瀝青層模量,MPa；h1為瀝青層厚度，cm，其余為常數(shù)。

式(5)為以半剛性基層層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)時的軸數(shù)系數(shù)，其中E0為土基模量，MPa，h1為瀝青層厚度，cm，其余為常數(shù)。

經(jīng)過回歸分析后，得到以下參數(shù)，見表3。

表3 回歸模型參數(shù)取值

4 結(jié) 論

不難看出，雙后軸車輛軸數(shù)系數(shù)與結(jié)構(gòu)層各參數(shù)之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，單軸車輛或三軸車輛的軸數(shù)系數(shù)修正同上述內(nèi)容比較相似，也符合式(4)中所提到的模型，只不過需要進(jìn)行新的回歸分析得到新的計(jì)算參數(shù)。

[1] 鄧學(xué)鈞.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 鄧學(xué)鈞,黃曉明.路面設(shè)計(jì)原理與方法[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 黃曉明,朱湘.瀝青路面設(shè)計(jì)[M].北京:人民交通出版社,2002.

A dissertation on research on axle-number coefficient of double-axles vehicle

WU Hang

(School of Transportation, Southeast University, Nanjing，Jiangsu 210096,China)

By use of Kenlayer programme based on layer-elastic theory, analysis the influency of structure-layer parameters to axle-number coefficient while carrying on axle-load exchange based on typical semi-rigid base asphalt pavement; figure out the structure-layer parameters that influence the axle-number coefficient significantly; by the result of regressing analysis by using different structure-layer parameters, the axle-number coefficient formular using for different design indicators is recommened.

double-axles; axle-load conversion; semi-rigid base; axle-number coefficient

2016-11-04

U412

C

1008-3383(2017)05-0006-02