CN113654507A - 一种考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明的考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法，具体通过以下步骤来实现：a).制作车辙板；b).装置安装和保温；c).加载载荷；d).读取车辙变形量；e).重复试验；f）计算回归系数；g).车辙变形量计算。本发明的考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法，与现有的沥青路面车辙变形量计算方法相比较，引入了载荷频率f（与道路设计车速相对应）和待测回归系数a，将车辆速度对路面车辙的影响考虑了进来，使得求取的沥青路面车辙变形量更准确，更能预测出现有沥青路面在使用过程中的车辙深度，可为路面车辙的及时维修和保养提供了更加精准的参考数据。

Description

一种考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法

技术领域

本发明涉及一种沥青路面车辙计算方法，更具体的说，尤其涉及一种考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法。

背景技术

我国最新《公路沥青路面设计规范》中给出的沥青路面车辙计算模型，是根据标准条件下的车辙试验，得到各层沥青混合料的车辙试验永久变形量，其采用计算各分层的永久变形量和沥青混合料层总的永久变形量的方法。

不同的公路上设计车速不一样，车辆运行速度也不一样，不同车速使得车辆在沥青路面上行驶过程中对路面的载荷作用频率不同。由于沥青混合料的流变特性，其变形很大程度上取决于荷载作用时间，但车辆速度快慢对路面车辙也有着重要的影响。然而现有车辙永久变形量计算公式未考虑车辆速度对路面车辙的影响。为了研究荷载频率对于车辙深度的影响，发明了如下实验装置，在MTS实验平台上，利用本实验装置可以进行不同频率作用下沥青路面车辙实验，从而对不同等级公路(不同设计车速)进行沥青路面车辙模型修正。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法。

本发明的考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法，其特征在于，采用如下计算公式对沥青路面车辙的永久变形量进行计算：

式中：R_a—沥青混合料层永久变形量，单位mm；

R_ai—第i分层永久变形量，单位mm；

n—分层数；

T_pef—沥青混合料层永久变形等效温度，单位℃；

p_i—沥青混合料层第i分层顶面竖向压应力，单位MPa；

N_e3—设计使用年限内或通车至首次针对车辙维修的期限内，设计车道上当量设计轴载累计作用次数；

h_i—第i分层厚度，单位mm；

h₀—车辙试验试件的厚度，单位mm；

R′_0i(f)—第i分层沥青混合料在试验温度为60℃，压强为0.7MPa，加载次数为2520次时，车辙试验永久变形量，单位mm；和加载频率f有关系，荷载频率取值范围为0～60Hz；

f—施加至试验试件的载荷作用频率，取值范围为0～60Hz；

a—待测回归系数；

k_Ri—综合修正系数，其通过公式(3)、公式(4)和公式(5)进行计算：

式中：z_i—沥青混合料层第i分层深度，第一分层取为15mm，其他分层为路表距分层中点的深度，单位mm；

h_a—沥青混合料层厚度，单位mm，h_a大于200mm时，取200mm。

本发明的考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法，具体通过以下步骤来实现：

a).制作车辙板，按照沥青混合料试验规程，制作出与车辙试件承载装置相配合的沥青混合料车辙板；

b).装置安装和保温，首先将车辙试件承载装置组装好后安装在MTS试验平台上，并将待试验的车辙板置于车辙试件承载装置上；然后，将车辙板置于预定温度为60℃的环境箱中，保温4小时；

c).加载载荷，控制MTS试验平台利用车辙试件承载装置上的加载轮对车辙板施加频率f＝1Hz、峰值载荷为700N、加载轮最大接地压强为0.7MPa的正弦波载荷，加载2520次后停止试验；

d).读取车辙变形量，载荷加载完毕后，MTS竖向传感器自动记录每一层的标准车辙板变形量，设所记录的第i层沥青混合料制作的标准车辙板变形量为R′_0i(1)；

e).重复试验，将载荷频率f分别设定为2Hz、5Hz、10Hz和15Hz，分别重复执行步骤a)至步骤d)，即可获得载荷频率f＝2Hz、f＝5Hz、f＝10Hz和f＝15Hz下的标准车辙板变形量R′_0i(2)、R′_0i(5)、R′_0i(10)和R′_0i(15)；

f)计算回归系数，建立如公式(6)所示的虑荷载频率条件下的车辙变形量方程：

R′_0i(f)＝R₀*f^a (6)

其中，R₀为标准车辙试验条件下的车辙量；f为加载轮所加载的载荷频率，载荷频率f分别取1Hz，2Hz，5Hz、10Hz、15Hz时，对应车辆速度为8km/h、16km/h、40km/h、80km/h、120km/h；利用步骤d)和步骤e)中求出的1Hz，2Hz，5Hz、10Hz、15Hz时车辙板变形量R′_0i(1)、R′_0i(2)、R′_0i(5)、R′_0i(10)和R′_0i(15)，计算出回归系数α；

g).车辙变形量计算，在对沥青路面车辙的永久变形量计算的过程中，根据所道路设计的最高限速，利用公式(1)和公式(2)来计算考虑车速的车辙永久变形量。

本发明的考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法，所述的车辙试件承载装置由上连接件(1)、下连接件(3)、加载轮(2)和车辙板箱体组成，上连接件和下连接件用于与MTS试验平台相连接，上连接件的下方固定有支撑座(4)，支撑座下方的两侧固定有侧板(5)，加载轮(2)经轮轴固定于侧板上；下连接件位于加载轮的下方，车辙板箱体设置于加载轮与下连接件之间，车辙板箱体由底板(6)及固定于底板上表面四周的4个围板(7)组成，车辙板放置于围板与底板所形成的空腔中，底板固定于下连接件上。

本发明的有益效果是：本发明的考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法，与现有的沥青路面车辙变形量计算方法相比较，引入了载荷频率f(与道路设计车速相对应)和待测回归系数a，并通过在载荷频率等于1Hz，2Hz，5Hz、10Hz、15Hz时所测得的车辙板变形量，求取出了待测回归系数a，将车辆速度对路面车辙的影响考虑了进来，使得求取的沥青路面车辙变形量更准确，更能预测出现有沥青路面在使用过程中的车辙深度，可为路面车辙的及时维修和保养提供了更加精准的参考数据。

附图说明

图1为本发明中车辙试件承载装置的结构示意图。

图中：1上连接件，2加载轮，3下连接件，4支撑座，5侧板，6底板，7围板，8连接螺栓，9固定螺栓。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明的考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法，采用如下计算公式对沥青路面车辙的永久变形量进行计算：

式中：R_a—沥青混合料层永久变形量，单位mm；

R_ai—第i分层永久变形量，单位mm；

n—分层数；

T_pef—沥青混合料层永久变形等效温度，单位℃；

p_i—沥青混合料层第i分层顶面竖向压应力，单位MPa；

N_e3—设计使用年限内或通车至首次针对车辙维修的期限内，设计车道上当量设计轴载累计作用次数；

h_i—第i分层厚度，单位mm；

h₀—车辙试验试件的厚度，单位mm；

R′_0i(f)—第i分层沥青混合料在试验温度为60℃，压强为0.7MPa，加载次数为2520次时，车辙试验永久变形量，单位mm；和加载频率f有关系，荷载频率取值范围为0～60Hz；

f—施加至试验试件的载荷作用频率，取值范围为0～60Hz；

a—待测回归系数；

k_Ri—综合修正系数，其通过公式(3)、公式(4)和公式(5)进行计算：

式中：z_i—沥青混合料层第i分层深度，第一分层取为15mm，其他分层为路表距分层中点的深度，单位mm；

h_a—沥青混合料层厚度，单位mm，h_a大于200mm时，取200mm。

具体通过以下步骤来实现：

a).制作车辙板，按照沥青混合料试验规程，制作出与车辙试件承载装置相配合的沥青混合料车辙板；

b).装置安装和保温，首先将车辙试件承载装置组装好后安装在MTS试验平台上，并将待试验的车辙板置于车辙试件承载装置上；然后，将车辙板置于预定温度为60℃的环境箱中，保温4小时；

c).加载载荷，控制MTS试验平台利用车辙试件承载装置上的加载轮对车辙板施加频率f＝1Hz、峰值载荷为700N、加载轮最大接地压强为0.7MPa的正弦波载荷，加载2520次后停止试验；

d).读取车辙变形量，载荷加载完毕后，MTS竖向传感器自动记录每一层的标准车辙板变形量，设所记录的第i层沥青混合料制作的标准车辙板变形量为R′_0i(1)；

e).重复试验，将载荷频率f分别设定为2Hz、5Hz、10Hz和15Hz，分别重复执行步骤a)至步骤d)，即可获得载荷频率f＝2Hz、f＝5Hz、f＝10Hz和f＝15Hz下的标准车辙板变形量R′_0i(2)、R′_0i(5)、R′_0i(10)和R′_0i(15)；

f)计算回归系数，建立如公式(6)所示的虑荷载频率条件下的车辙变形量方程：

R′_0i(f)＝R₀*f^a (6)

其中，R₀为标准车辙试验条件下的车辙量；f为加载轮所加载的载荷频率，载荷频率f分别取1Hz，2Hz，5Hz、10Hz、15Hz时，对应车辆速度为8km/h、16km/h、40km/h、80km/h、120km/h；利用步骤d)和步骤e)中求出的1Hz，2Hz，5Hz、10Hz、15Hz时车辙板变形量R′_0i(1)、R′_0i(2)、R′_0i(5)、R′_0i(10)和R′_0i(15)，计算出回归系数α；

g).车辙变形量计算，在对沥青路面车辙的永久变形量计算的过程中，根据所道路设计的最高限速，利用公式(1)和公式(2)来计算考虑车速的车辙永久变形量。

如图1所示，给出了本发明中车辙试件承载装置的结构示意图，其由上连接件1、加载轮2、下连接件3、支撑座4、侧板5和车辙板箱体组成，所示的上连接件1和下连接件3用于与MTS试验平台相连接。上连接件1的下方设置有支撑座4，支撑座4经两个连接螺栓8与上连接件1固定连接。支撑座4实现对加载轮2的固定和支撑，支撑座4下表面的两侧固定有两侧板5，两侧板5间隔设置，加载轮2位于两侧板5之间，加载轮2经轮轴设置于两侧板5上。

所示的车辙板箱体由底板6和四个围板7组成，下连接件3位于加载轮2的下方，车辙板箱体位于加载轮与下连接件3之间，底板6的下表面固定于下连接件3的上端，四个围板固定于底板6上表面四周的边沿，四个围板7和底板6之间形成容纳车辙板的空腔。这样，MTS试验平台即可通过加载轮2对车辙板施加相应频率和载荷大小的正弦波荷载。

Claims (3)

1.一种考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法，其特征在于，采用如下计算公式对沥青路面车辙的永久变形量进行计算：

式中：R_a-沥青混合料层永久变形量，单位mm；

R_ai-第i分层永久变形量，单位mm；

n-分层数；

T_pef-沥青混合料层永久变形等效温度，单位℃；

p_i-沥青混合料层第i分层顶面竖向压应力，单位MPa；

N_e3-设计使用年限内或通车至首次针对车辙维修的期限内，设计车道上当量设计轴载累计作用次数；

h_i-第i分层厚度，单位mm；

h₀-车辙试验试件的厚度，单位mm；

R′_0i(f)-第i分层沥青混合料在试验温度为60℃，压强为0.7MPa，加载次数为2520次时，车辙试验永久变形量，单位mm；和加载频率f有关系，荷载频率取值范围为0～60Hz；

f-施加至试验试件的载荷作用频率，取值范围为0～60Hz；

a-待测回归系数；

k_Ri-综合修正系数，其通过公式(3)、公式(4)和公式(5)进行计算：

式中：z_i-沥青混合料层第i分层深度，第一分层取为15mm，其他分层为路表距分层中点的深度，单位mm；

h_a-沥青混合料层厚度，单位mm，h_a大于200mm时，取200mm。

2.根据权利要求1所述的考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法，其特征在于，具体通过以下步骤来实现：

a).制作车辙板，按照沥青混合料试验规程，制作出与车辙试件承载装置相配合的沥青混合料车辙板；

b).装置安装和保温，首先将车辙试件承载装置组装好后安装在MTS试验平台上，并将待试验的车辙板置于车辙试件承载装置上；然后，将车辙板置于预定温度为60℃的环境箱中，保温4小时；

c).加载载荷，控制MTS试验平台利用车辙试件承载装置上的加载轮对车辙板施加频率f＝1Hz、峰值载荷为700N、加载轮最大接地压强为0.7MPa的正弦波载荷，加载2520次后停止试验；

d).读取车辙变形量，载荷加载完毕后，MTS竖向传感器自动记录每一层的标准车辙板变形量，设所记录的第i层沥青混合料制作的标准车辙板变形量为R′_0i(1)；

e).重复试验，将载荷频率f分别设定为2Hz、5Hz、10Hz和15Hz，分别重复执行步骤a)至步骤d)，即可获得载荷频率f＝2Hz、f＝5Hz、f＝10Hz和f＝15Hz下的标准车辙板变形量R′_0i(2)、R′_0i(5)、R′_0i(10)和R′_0i(15)；

f)计算回归系数，建立如公式(6)所示的虑荷载频率条件下的车辙变形量方程：

R′_0i(f)＝R₀*f^a (6)

其中，R₀为标准车辙试验条件下的车辙量；f为加载轮所加载的载荷频率，载荷频率f分别取1Hz，2Hz，5Hz、10Hz、15Hz时，对应车辆速度为8km/h、16km/h、40km/h、80km/h、120km/h；利用步骤d)和步骤e)中求出的1Hz，2Hz，5Hz、10Hz、15Hz时车辙板变形量R′_0i(1)、R′_0i(2)、R′_0i(5)、R′_0i(10)和R′_0i(15)，计算出回归系数α；

g).车辙变形量计算，在对沥青路面车辙的永久变形量计算的过程中，根据所道路设计的最高限速，利用公式(1)和公式(2)来计算考虑车速的车辙永久变形量。

3.根据权利要求1或2所述的考虑荷载频率的沥青路面车辙计算方法，其特征在于：所述的车辙试件承载装置由上连接件(1)、下连接件(3)、加载轮(2)和车辙板箱体组成，上连接件和下连接件用于与MTS试验平台相连接，上连接件的下方固定有支撑座(4)，支撑座下方的两侧固定有侧板(5)，加载轮(2)经轮轴固定于侧板上；下连接件位于加载轮的下方，车辙板箱体设置于加载轮与下连接件之间，车辙板箱体由底板(6)及固定于底板上表面四周的4个围板(7)组成，车辙板放置于围板与底板所形成的空腔中，底板固定于下连接件上。

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