引言 对于路面结构而言,车辆荷载的特征值有轮胎接 地压力 、轴载和轴型参数 ,其 中,轴型参数有双轮组 中心距 、轮间距和轴距 。这些车辆荷载特征值与车辆 类型、额定载重以及超载率等有关,但现行的路面结 构设计方法没有予以充分地考虑 ,例如 ,在我国水泥 混凝土路面设计方法中⋯ ,轴型参数取单一值:双轮 中心距 0. 34 m,轮距 1. 80 m,轴距 1. 40 m;以弹性 层状体系为设计理论 的沥青路面设计方法 中 J ,双轮 中心距取 3 倍的轮载接地面当量 圆半径 。这些对车辆 荷载的简化处理方法会影响路面结构分析的精度,尤 其会影响当量轴载换算精度。因此,有必要弄清我国 当前公路运输中载重车辆的荷载特征参数,为路面结 构设计提供可靠 的依据。 收稿 日期 :2006-03— 08 基金项 目:交通部西部交通建设科技资助项 目 (200231882235) 作者简介 :孟岩 (1979 一) ,男,河北 正定人 ,博 士研究 生 ,从 事路面工程研究 .(merya 3@ sohu. com) 维普资讯 http://www.cqvip.com 2 公路交通科技 第 24卷 1 我国载重车辆的轴载状况 国家强制性标准 《 道路车辆外廓尺寸、轴荷及质 量限值》 (GB1589— 2004) 输车辆行驶公路管理规定》 规定了我国道路 (公路 与城市 道路 ) 上行驶 的各类载 重车辆 的轴载最大 限 值 ,其中,双轮组单轴的允许最大轴重为 100 kN,双 轮组双联轴 ( 以下 简称双后轴) 的轴载最大限值为 180 kN。世界各 国的公路运输车辆轴载限制标准不尽 相同,约 3/ 4 国家的单轴轴载限小于等于 100 kN,也 有些国家的大于 1 00 kN,如法国、比利时、西班牙和 些法语 区国家的单轴轴载限为 130 kN,意大利的为 120 kN等;双后轴的轴载限,近 87%的国家小于等 于 180 kN,最高限额为 200 kN,如英 国、比利时、美 国、伊朗、新加坡等国家 j ,见图 1。 与交通部颁布的 《 超限运 一60 1 30 1。 5 0 14 0 (a) 单后轴 (b) 双后轴 图 1世界各 国车辆轴载限分布 图 (单位 :kN) F ig . 1 D istribution chart of axle weight l imit values of trucks jn t}1 e wor l d ( u nit:kN) 尽管我国对载重车辆的轴载有明确规定 ,但监管 不力 ,在搜集到的 目前我国公路上行驶较为常见的, 单后轴轴载 > 60 kN、双后轴轴载 > 120 kN 的载重车 辆中,有相当数量的进 口车辆 和引进国外生产线 的国 产车辆不满足我 国现行 的轴 限标 准要求 ,其 中,26 种单后轴整车型 中有 27%车型的单后轴超 过 100 kN 轴限,最高为 130 kN;35 种双后轴整车型 中有 60% 车型的双后轴超过 180 kN 轴限,额定双轴超过 200 kN 的车辆有 1 0 种车型 ,应属厂矿专用车辆 ,疑 因监 管不力而进入公路运输市场 ,见表 1。 表 1超限车辆统计表 . I I 曲 . 1 Stati stics of overload tmeks 另外 ,公路运输车辆的超载超限现象十分普遍和 严重 ,据 广 东 、山西 、湖 南 、广 西 等 11 个 省 市 在 1996~2001年间的公路 运输车辆超载 超限的调查 j , 额定载重大于 2. 5 t单后轴货车的单轴超 限 ( 1 0 t) 最 少有 1/ 4左右 ,双后轴超 限 ( 18 t) 的比例大 于 1/ 3, 超载超限的幅度惊人 ,单轴最大值为 17 ~31 t,双后 轴最大值达 29 ~51 t,实载率 (实 际载重/ 额定载重) 最大值为 280% ~ 400%。2004 年 5 月起开展的全国性 的车辆超 限超载治理 ,有效遏制我国的车辆超载超限 现象上升的势头 ,但从根本上解决公路运输车辆的超 载超限现象尚需时 日。 2轴型参数 2. 1双轮中心距 双轮中心距是指双轮组轮胎中心之 间的距离 。图 2 给出了载重车辆的额定后轴轴载与双轮 间距的关 系 图,其中的 “◇ ” 点为额定轴载超 过 200 kN 的双后 轴车辆。从图 2 中可以看到 ,双轮中心距与额定轴载 二者之间具有很好 的相关性 ,其 回归式为 d = 0. 98P + 274, ( 1) d l = 0 . 50P J + 284 , (2) 式中,d 、d 分别 为单 、双后轴 双轮 中心距 ,rnm; P 、P 分别为单 、双后轴 的额定轴载 ,kN。 4 50 4 2 0 l 390 .~ 360 3 3 0 3 0 01 图2双轮问距与额定轴载关系图 F ig . 2 Correlation between rated a x l e l oad and dua l wheel spaci ng 2 . 2轮间距 轮间距是指后轴两侧轮中心之间的距离。国家和 行业标准对轮间距无强制规定 ,不 同汽车制造厂的车 辆轮间距不尽相 同。收集的各种载重车辆的轮间距与 额定轴载之间关系见图 3。从图 3 中可以看 到,轮间 距与额定轴载相关性不大 ,单后轴轮间距主要集 中在 1 740、1 800 / n/ n线上 ,其 中,集 中在 1 74 0有 14 种车型 ,占 53. 8%;集中在 1 800 r ain 的有 8 种 车型 ,占 30. 8%;轮间距 大于 1 800 r ain 的 4 个点为 额定轴载超标车型 ,分别 为红岩 CQ1191 ( 1 810 mln) 、 依维 柯 MP190 ( 1 823 m ln) 、 日产 CKB450 ( 1 860 mm) 、斯太 尔 K38 ( 1 820 mm) 。双后轴的轮间距主要 集中在1 760、 1 800 、1 860 mIT l 线附近 ,1 760 m m的有 / / 1 / n 的共 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 4 期 孟岩,等 :路面载重车辆的荷载特征 8种 车 型 ,占 22. 9%;1 800 inin 有 17 种 车 型 ,占 48. 6%;1 860 inin 附近有 9 种车型 ,占 25. 7%;高于 1 860 inin 的为老车型交通 SH361 ( 1 902 inln) 车型 , 现在公路上已不多见 。 图 3轮 间距 与额定轴载关系 图 F ig . 3 Correlation between rated axl e load and wheel spacing 2. 32. 3. 1轴距 前后轴距 前后轴距指整车型车辆的前轴到第一根后轴的距 离。单后轴整车的前后轴距随着后轴额定轴载的增大 而增长,它们之间有很好的相关性,其回归关系式见 式 (3) ;双后轴整车的前后轴距与额定轴载之间相关 性较差 ,其原因为双后轴整车 中的一大部分是前后轴 距较小的 自卸车辆 ,见 图 4。 Z = 26. 79P + 2 079, 式中,z 为单后轴的前后轴距 ,inln。 ( 3) 6 5 l 5 4 4 3 图 4前后轴距与后轴额定轴载关系图 F ig . 4 Correlation between axl e rated axl e load a n d axl e spacing 2 . 3. 2双后轴轴距 双后轴的轴距基本 上在 1 270、1 320 m ln上,轴 距为 1 270 I/ II TI 的有 8 种 车 型, 占 22. 9%;轴 距 为 1 320 m ln的 有 15 种 车 型, 占 42. 9%;轴 距 高 于 1 320 m ln的有 12种车型 ,均为额定轴载超 限的车型 , 有 日 产 CWB520、 斯太尔 P43、 斯达一 斯太尔 1 491等进 口 车型和红岩及北方一 奔驰系列等国产车型 , 见图 5。 综上所述 ,在不考虑 已属淘汰车型和超出国际上 单、双后轴载最高限额标准的车型前提下,注意到载 重车辆的双轮中心距 、轮间距和轴距越小则对路面结 构越不利的路面结构特点。因此,在路面结构分析 时,载重车辆的轴型参数 (双轮中心距 、轮间距 、轴 距) 值建议按其额定轴载确定,如表2 所示。 宣 薹 萋 蘸 P d / k N 图 5双后轴轴距与额定轴载关系图 F ig . 5 Cor r elation between rated axl e load and double rear axl e spacing 载重车辆的轴型参数建议值 表 2T ab. 2 Proposed values cor r esponding to axl e type parameters of trucks 3接 地压 力 3. 1轮胎类型和 内压 轮胎的技术参数有名义断面宽度、轮辋名义直 径、类型和层级 4 项,其中,名义断面宽度和轮辋名 义直径 采用 in 表示 ,轮 胎类 型 一般 有 子午 线轮 胎 (用 R 表示 ) 与斜交 轮胎 ( 用 “ 一” 表示 ) ,而层 级 是表示轮胎 能承受负荷 的特定强度标 志 ,用数字 和 PR 表示l7 ] 。例如 ,9. 00R20 1 0PR 是指名义断面宽度 为 9. 00 in、轮辋名义直径为 20 in、层级为 10PR 的子 午线轮胎 。 载重车辆的轮胎名义断面宽度随着额定轴载的增 加而增大,所有调查车辆的额定轴载与轮胎名义断面 宽度的关系见 图 6。由图 6 结果 可推得如表 3 所示的 不同额定载重的单 、双后轴整车的轮胎名义断面宽度 的代表值 。 不同规格双轮并装轮胎 的设计最大气压与相应单 轮 负 荷见 表 4_9 , m ] 。 从 表 4中可 以看 出 , 相 同型 号 的 维普资讯 http://www.cqvip.com 4 公路交通科技 第 2 , 4卷 表3不同额定载重的轮胎名义断面宽度代表值 T ab. 3 Nomi nal widths of ti res corresponding to rated load ranges 120 100 8O 60 铸鑫4 0 2 0 0 1O0% 目 9 in 目 图 1l in 皿 10 in 囫 12 i1 1 7 5% 2 lll2 o% 5% 60-- 80 8O 10o lOD l20 12O 130 P s/ kN (a) 单后轴 120 100 8O 静鑫4 0 60 皿 囫 2 0 唧囫 . 0 120~140 140~160 160~200 / kN (b) 双后轴 詹圈6不同额定轴载的轮胎名义断面宽度比例图 .6 Prop o rt i onal d i agram of nominal widths of tires related to rated load ranges 子午线轮胎与斜交轮胎在额定负荷相等的情况下,子 午线轮胎的胎压要高 出斜交轮胎气压 0. 03 —0. 04 MPa,对表 4 中的数据统计分析发现 ,轮胎设计最大 气压 P 与相应轮胎负荷 p 之间有如下关系: ~P O C p 。 。 ( 4) ( 4) 3 . 2接地压力 、轴载 、轮胎 内压 的关系 轮胎接地压力或接地面积与轴载的关系,较常用 的有 日本 Ikeda. T 提出的轮胎接地压力与轴载和气压 的经验关 系式 ( 5) 和 比利时 J . Verstbaraeten 提 出的 接地面积与轴载经验关 系式 (6) [1 2 3。 P =0. 002 1P + 0. 29p + 0. 145, (5) A = 200P + 15 200 ± 7 000, 式 中,P 为 轮 胎 接 地压 力 ,MPa;P 为 轮 胎 气压 , MPa;P 为单 轴 轴 载 ,kN;A 为 接 地 面 积 ,mm ; ± 7 000为保证率达到 95%的离差范围。 (6) 表 4并装双轮轮胎的设计最大气压与相应单轮负荷表 T ab . 4 Al lowabl e intema l ai r pr e ssur e of dual paralleled tir e s and corresp o nd i ng load of a tire 注 :斜体为增强型轮胎 的数据 。 2004 年孟书涛等人对轴载、轮胎内压与接地压 力、接地面积三者关系进行 了试验研...