轴载和轮胎气压对路面压应力的影响

赵 凯

(山西平阳高速公路建设管理处)

沥青路面的路用性能受气温、行车荷载、行车速度、作用次数的影响很大。沥青混合料的模量随车速的降低(荷载作用时间的增加)而快速减小，最终导致沥青混合料无法抵挡表面的正应力及剪应力的作用而产生永久变形。目前，车辆的大型化和载重能力的不断攀升，为了使车辆节约燃油，汽车的轮胎充气压力在不断增加。额定载重150 kN 的载重汽车实际载重可达380 kN，轮胎的充气压力可达1.0～1.1 MPa左右。而对于不同轮胎充气压力时，同类型不同载重的汽车对路面压应力有所不同。常规下，认为轮胎作用于地面荷载分布为椭圆，简化为圆形均布荷载。文献认为，轮胎作用于路面的接地形状很大程度上表现为矩形，随荷载的增加，矩形越来越明显。

利用山西省平阳高速公路的条件，在常温下，选用双轮单后轴货车，分别进行了不同轮胎充气压力、不同轴载下测试实际轮胎接地压应力。轮胎气压分别为0.6 MPa、0.7 MPa、0.9 MPa、1.1 MPa、1.3 MPa，荷载选择110 kN、120 kN、130 kN、140 kN、150 kN 试验，计算平均接地压应力。

1 轮胎接地面积

对后轴所有轮胎改变气压、轴载试验，后轴每个轮胎气压从大到小选用气压表放气的方式准确到设计气压，荷载通过装载土的方式逐级增加。

轮胎接地面积为后轴所有轮胎接地面积，用带毫米网格的复写纸放入单后轴货车的后轴所有轮胎下测试而得。

从不同轴载、不同气压的轮胎印来看，在一定气压下，随轴载的增加，复写纸上的胎印越来越清淅，表明对路面的压力明显增加;轮胎印的宽度没发生变化，而轮胎印的长度发生了增加，表明轮胎随轴载的增加，轮胎接地面积增加;胎印中间印迹比外围明显，表明轮压是中间大两边小的非均匀分布;轴载增加过程中，插于放气孔中的特殊气压表气压几乎没有变化，表明轴载的变化对胎内气压影响微弱。

2 轮胎平均接地压应力

通过不同轮胎气压、荷载对单后轴车轮胎平均接地压应力的测试，得到不同荷载和轮胎气压下，轮胎的实际接地面积，以轴载计算轮胎平均接地压应力，计算结果见表1。从表1 可知，轮胎气压不变，随轴载的增加，轮胎平均接地面积增加，但平均接地压应力也增加，轮胎接地面积的增加影响量不能抵消轮胎接地压应力的增加量。荷载不变，随着轮胎气压的升高，轮胎平均接地压应力也升高。

从图1 可以看出，平均接地压应力与轴向荷载、平均接地压应力与轮胎气压之间呈很好的线性关系，线性相关系数都达到0.98 以上。轴向荷载与轮胎气压之间都很大程度上影响平均接地压应力，且轮胎气压对平均接地压应力影响不可忽略。

表1 轮胎气压、轴载、轮胎平均接地压应力之间的关系

3 轮胎平均接地压应力三维曲面回归

通过对平均接地压应力与轴向荷载、平均接地压应力与轮胎气压之间的相关性分析，平均接地压应力与其他两个指标之间都呈很好的线性关系，所以在三维空间中应成很好的平面关系。运用SPSS 软件对平均接地压应力与轴向荷载、轮胎气压进行三维回归，回归方程如式(1)。

式中:Z 表示轮胎平均接地压应力，MPa;x 表示轮胎充气压力，MPa;y 表示标准单轴轴向荷载，kN。

图1 平均接地压应力与轴向荷载、平均接地压应力与轮胎气压之间的关系

图2 平均接地压应力、轴向荷载、轮胎气压之间的关系

从图2 可以看出，当车辆达到标载时，车主为了节约燃油，提高轮胎气压可以达到车辆接省燃油的目的，但提高轮胎气压后，势必引起平均接地压应力的升高，对路面的损害与超载无异。

4 结 语

(1)随轴载的增加，轮胎接地压力明显增加，轮胎接地面积增加，轮压在轮胎接触面积上呈中间大两边小的非均匀分布。

(2)轮胎气压不变，随轴载的增加，轮胎平均接地面积增加，但平均接地压应力也增加，轮胎接地面积的增加影响量不能抵消轮胎接地压应力的增加量。

(3)轴载不变，随轮胎气压的升高与轮胎平均接地压应力也升高。

(4)平均接地压应力与轴向荷载、平均接地压应力与轮胎气压之间呈很好的线性关系。

(5)轴载不变时，轮胎气压每升高1 MPa，轮胎平均接地压应力升高约0.5 MPa;轴载每增加1 t，轮胎平均接地压应力增加0.03 MPa。轮胎气压从0.7 MPa 升高到1.3 MPa 时，轮胎平均接地压应力升高到约3 MPa，轴载从10 t 增加到15 t 时，轮胎平均接地压应力增加0.15 MPa。

(6)目前超限治理中，只注重了车辆和货物的总重，而没有注意轮胎气压超压而使路面平均接地压应力严重超出0.7 MPa 的设计标准，对路面的破坏不可小视。建议路政部门增加轮胎气压的检测和提高设计时沥青路面轮胎平均接地压应力标准。

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