第24卷第4期公路交通科技V01.24No.4 2007年4月J()umalofHighwayan(jTl'ansportation懿se archandDeveIopment Apr.2()()7 文章编号:1002一0268(2007)04-(x)ol_()6 路面载重车辆的荷载特征 (1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验窒,上海200092;2.广东广韶高速公路有限公司,广东清远513100)摘要:在收集了我国公路上行驶的单、双后轴 整车型的载重车辆轴载资料的基础上,参考国家现行轴限规定与轮胎型号等标准,从路面结 构设计的角度上对轴载、轮胎气压、接地压力、轴型参数等荷裁特征参数选行了整理分析, 采用统计回归方法找到了特征参数的规律和相互关系,进而提出了供路面结构设计的轴型参 数:双轮间距、轮距、轴距按额定轴载进行分级的建议表,以及以后轴额定轴载和轴载实栽 率为自变参量的轮胎接地压力的统一回归式和回归系数,讨论了现行沥青路面结构分析中双 轮中心距取3倍荷载当量圆半径宜根据额定轴载和轴载实载率确定适用范围。此研究结果为 提高路面结构分析精度提供了可靠的荷载特征参数依据。关键词:道路工程;路面结构;回 归分析;荷载特征参数;接地压力;轮间距中图分类号:U416.02 文献标识码:A L0adingCharaderjsticsfOrTrucksOperatin OnHighway MENGYaIll,Guo“n-quan2,TAN Zhi—Ininf (1.ne Key I矗bomtoryofRoad a11d‘脯伍cEr西nee订ng MillistryofEducation,Ton自iUIliversity, slwlghaj 200092,C}lina; 2.Guangshao&presswayco.Ltd.,Gu彻列ong Qin夥uan 513100,China) Abstract:neauthoIsstudiedthe relationbetweenloadingcharacteristicso ftmcksa11dpavement stnlcture desi印,t}啪Il曲ana】yzing 出ecollectedde loadd砒afor sinde锄d double rear axleof s慨ght trucks nati伽Ialhi出way,in山eli曲toftheexistingstandardsof a)【Ieloadlirnitandttype etc, takinginto account oIl loa血增ch踟cte^sticsp盯黝eters, a)【le I帆d,t油pressurea11d划e坼etc 6ndout theirco-relationswithregressionanalysi s.Basedon mestudya)(1e t)r]pe p删eters usedforpavementdesignincluding dualwheel spacing,wheel gau舻,wheelbaseaccording proposedinfornloftable,w油independentv撕如le ratinga)【ieloadandfactu甜Ioad南etor,i.e静.essedcoe笛cientsan dfbrIrI【Ilafort沁eontactpressure,atthe t}1emteda对eloadandfactualloadf如tor,theappl icabilityofequivalemloadradiusequ8ls presentasphahpavemen【structure an司ysis discussed.Theresearchresultants caJl providereliable tnlck lo础ng characteristic paI锄1ete玛to jmproVetheaccuracyofpaVememstructure analysis. Keywords: road erl矛nee^ng; paveInentstn们ture;regressionan出ysis;lo ading chamcteristics球啪meteIs; tirecontac‘pressure; wheel gallge 中心距0.34m,轮距1.80m,轴距1.40m;以弹性 0引言 层状体系为设计理论的沥青路面设计方法中12』,双轮对于路面结构而言,车辆荷载的 特征值有轮胎接中心距取3倍的轮载接地面当量圆半径。这些对车辆 地压力、轴载和轴型参数,其中,轴型参数有双轮组 荷载的简化处理方法会影响路面结构分析的精度,尤 中心距、轮问距和轴距。这些车辆荷载特征值与车辆其会影响当量轴载换算精度。因此, 有必要弄清我国类型、额定载重以及超载率等有关,但现行的路面结 当前公路运输中载重车辆的荷载特征参数,为路面结构设计方法没有予以充分地考虑, 例如,在我国水泥构设计提供可靠的依据。 混凝土路面设计方法中J,轴型参数取单一值:双轮 收稿日期:2006一03-08 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.(n? 哪@sohu.com) 方数据公路交通科技第24卷 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》(GBl589—2004);3与交通部颁布的《超限运 输车辆行驶公路管理规定》。4j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100kN,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】00kN,也有些国家的大于100kN, 如法国、比利时、西班牙和一些法语区国家的单轴轴载限为130l(N,意大利的为 120 kN等;双后轴的轴载限,近87%的国家小于等 于180kN,最高限额为200l(N,如英国、比利时、美国、伊朗、新加坡等国 家。5j,见图1。 (a)单后轴 (b)双后轴 图l世界各国车辆轴载限分布图(单位:kN) Fig.1 Distrjbutionchartofade wei曲tliIIlit valuesoftnlcks inthe world(u证t: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>60kN、双后轴轴载>120kN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130kN;35种双后轴整车型中有60%车型的双后轴超过180k N轴限,额定双轴超过200 的车辆有lo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l。 表1超限车辆统计表 方数据另外,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、J、+西等11个省市在】996~2001年间的公路运输车辆超载超限的调查。6。,额定载 重大于2.5t单后轴货车的单轴超限(10t)最少有】/4左右,双后轴超限(18t) 的比例大于1/3,超载超限的幅度惊人,单轴最大值为17~31t,双后轴最大值达2 9~5lt,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。2.1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200kN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)dd=0.50P。】+284, 式中,d。、d。分别为单、双后轴双轮中心距,一;P。、P。分别为单、双后轴的额定轴载,kN。 450420 390导36() 330300 图2双轮间距与额定轴载关系图 Hg.2 C伽融ation bHe叭een眦d axleloadand(1ualwheelspacing 2.2轮问距 轮间距是指后轴两侧轮中心之间的距离。国家和额定轴载之间关系见图3。从图3中可 以看到,轮问1740、1800 IIn线上,其中,集中在1 740 车型,占30.8%;轮问距大于1800 额定轴载超标车型,分别为红岩c01191(1810 mm)、 依维柯MPl90(1 823 mm)、日产C;450(1 860 820nn)。双后轴的轮间距主要 760、l800、1 860lrIl线附近,1 760 2轴型参数行业标准对轮问距无强制规定,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问距与距与额定轴载相关性不大,单后轴轮间距主要集中在 集中在1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 n1H1有17种车型,占48.6%;l860nlnl附近有9种车型,占25.7%; 高于 l860 mm的为老车型交通SH361(1902 mm)车型, 现在公路上已不多见。 Correlation1)etweenmteda)(Ie10adandwheelspacing 2.3轴距2.3.1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。+2079, 式中,f。为单后轴的前后轴距,nun。65 43图4前后轴距与后轴额定轴载关系图 ng.4 Co_elationbetweena)【le mtedadeloadaIldadespacing 双后轴的轴距基本上在1 270、1320 mm上,轴270mm的有8种车型,占22.9%;轴距为 1320n1111的有15种车型,占42.9%;轴距高于 320一的有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149l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万 方数据时,载重车辆的轴型参数(双轮中心距、轮问距、轴距)值建议按其额定轴载确 定,如表2所示。 PI”虹q图5双后轴轴距与额定轴载关系图 野g.5 Coelation kh佗en ratedaxleloadand double rear adespacirlg 表2载重车辆的轴型参数建议值 1’ab.2 Proposed v山es corresponding t0 a)detypepammeteI葛oftIucks 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n’8J。例如,9.00 R2010PR是指名义断面宽度为9.00in、轮辋名义直径为20in、层级为10 PR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[9’10]。从表4中可 以看出,相同型号的 2.3.2双后轴轴距 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4 公路交通科技 表3不同额定载重的轮胎名义断面宽度代表值 Tab.3 Nolnird诵dthsoftirescornesponding t0 第24卷 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0.03~0.04MPa,对表4中的数据统计分析发现,轮胎设汁最大气压p。与相 应轮胎负荷P之问有如下关系: mted1(Iadranges 芦ocZ61。 120100 120100 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)n和比利时J.verstbaraeten提芝80瓣60 誉80 瓣60 鑫40 20O 60~80 溢40 200 接地面积与轴载经验关系式(6)2I。 120~140 140~160 160~200 8100lO睢12012肚130只/kN(a)单后轴 p=0.0021P。+0.29p。+0.145,A=200P。+15200 70()o, 凡,kN(b)双后轴图6不同额定轴载的轮胎名义断面宽度比例图重碴.6 PhI)()r【ional(1iagramofnornirlal诵dthsof tiresrelated rated10adrang郎 式中,p为轮胎接地压力,MPa;pi为轮胎气压,MPa;P。为单轴轴载,kN;4为接地面积,mlTl2; 000为保证率达到95%的离差范围。表4并装双轮轮胎的设计最大气压与相应单轮负荷表 Tab.4 ^JJowablejntemal ofdualparal】eled6resatl(ico躺p011ding】0ad 6re9.00一20lO.00—2011.Oo_2012.0俨20 0,49 1.840.600.53O.53 2.052.162.36 O.702.262.4l 0.8J0.74O.74O,67 2.632.873.08O.63 O.63 0.742.9D3.153.27 2.63 2.79 0.56 O.53 轮胎规格 9.00R201.84O.632.052.162.36 0.742.26 2.4l2.632.79 2.632_873.0810.00R20 11.00R2012 O.56 0.56 O,67 0.670.60 O.773.0D3.253.27 00R20 注:斜体为增强型轮胎的数据。 2004年孟书涛等人对轴载、轮胎内压与接地压的设计最大气压与相应单轮负荷关系 (表4),以及具有较好精度的轮胎接地压力与轮胎内压、轴载关系 式(式(5)),可以推出如表5所示的不同载重车辆以额定轴载户为最大负荷时的轮胎 标准内压p。,以及车辆满载(轴载为额定轴载)时的基准接地压力 表5载重车辆额定轴载的轮胎接地压力(子午)力、接地面积三者关系进行了试验研究3|,试验用轮胎型号为12R22.5,采 用单轴双轮组,测定轴载分6级加载,轮胎内压为0.7、o.9、1.1MPa,实测轮 胎接地面积A为轮胎接地的轮廓阴影面积减去轮胎花纹脱空的空白面积,然后求得实测接地 压力p。将其试验数据代入式(5)、式(6),可得到如图7所示 的结果。 rI抽.5 Tirecontact pressurewithratedaxleload(meridiantire) 从图7中可以看到,实测接地压力与ceda公式的计算值相差不大,偏差在0.0 4MPa以内;verstb. 一fen公式给出接地压力上下限范围过大,其下限与 轮胎内压为0.8MPa的实测接地压力p相当,故实用意义不大。因此,在已知轮胎 内压的情况下,接地压 [120,l柏]双后轴 229(9.O) O.38~O.49 O.38~O.43 力p宜采用ceda公式估计。3.3额定轴载的基准接地压力 根据轮胎宽度与额定轴载的关系(表3),轮胎 万方数据 O605O4O300 120 140 160 180 200 (b)verstbaraeten公式图7接地压力实测值与经验公式值比较 Kg.7 ConlpaIisonbetweenmeasure(1aJld empi而calfon叫1a’s tire contactpressuIes 3.4实际车辆的接地压力 我国当前车辆超载现象相当普遍和严重。为了提 高轮胎的负荷能力,车主擅自采用高层级压轮胎且盲 目加大轮胎内压。假定超载车辆的轮胎负荷与轮胎气压满足关系式(4),则超载车辆的 轮胎内压珧、轴载P与轮胎标准内压芦。和额定轴载户关系可表示为 式中,P/p可称之为轴载实载率,记作A。若知道车辆的额定轴载和实际轴载的情况,就可超利用式(7)和式(5),求出超载车辆的接地压力p。 当车辆不满载(A