双轴车辆的轴数系数研究

吴 杭

(江苏扬子大桥股份有限公司，江苏 南京 210096)



双轴车辆的轴数系数研究

吴 杭

(江苏扬子大桥股份有限公司，江苏 南京 210096)

利用Kenlayer弹性层状体系计算程序，分析在典型的半刚性基层路面下，各结构层参数对以不同设计指标进行轴载换算时的轴数系数的影响，确定对轴数影响比较显著的指标；通过拟定不同的结构层参数，进行回归分析，得出不同设计指标的轴数系数修正公式。

双轴；轴载换算；半刚性基层；轴数系数

当量轴载作用次数是路面结构设计中的重要交通参数，是影响路面结构设计的主要因素。根据我国的沥青路面设计规范，在进行当量换算时，当轴距小于3 m时，轴数系数C1主要由轴数决定，这并未考虑结构层的厚度、各层模量对轴数系数的影响。由于自20世纪90年代以来，我国新建的高等级公路90%以上都采用了半刚性基层沥青混凝土面层的结构型式，同时，典型的双后轴车辆在轴载换算中占有很重要的地位。所以，本文基于弹性层状体系假设，利用Kenlayer计算程序，探讨当采用目前典型的半刚性基层沥青路面设计结构方案时，在不同的设计指标下(主要是弯沉与层底拉应力)，沥青路面各结构层厚度、模量以及轴距对双后轴车辆的轴数系数的影响，并给出双后轴车辆轴数系数的修正公式。

1 轴数系数的基本概念

由于路面结构的疲劳状态与车辆荷载的作用次数紧密相关，于此同时，不同车辆的轴载对路面的作用是不同的，因此，需按照等效原则，以疲劳效应为基础，对不同类型轴载的作用次数等效为标准轴载的作用次数(当量轴次)。以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标的轴载换算为例，在我国现行规范中，应按公式(1)计算当量轴次

(1)

当两相邻轴轴距小于3 m时，双轴及多轴的轴数系数按式(2)计算

(2)

式中：m为轴数。

(3)

由以上即可看出，现行规范中对与轴数系数取值的规定比较简单，只是考虑了轴数的直接影响，并间接考虑了轴距的影响，却并未针对不同的路面结构作出不同的规定。然而，在实际情况中，路面各结构层的模量与厚度的差异势必会影响层底拉应力，从而间接的影响到轴数系数的取值。

2 计算方案拟定

2.1 各层设计参数拟定

本文针对的是采用半刚性材料作为基层的沥青路面，故各层设计参数取值参考沥青路面设计规范(JTJ 014—97)中关于半刚性基层路面的参数取值的规定。为体现计算方案的代表性，在各参数取值范围内按照固定的间隔，选取一定数量的点进行计算。各层材料的计算参数取值如表1所示。

表1 结构层参数取值

2.2 轴距的拟定

由轴载换算公式可知，轴数系数与轮组系数以及轴载大小之间相互独立，同时考虑到目前大多数双后轴车辆的轴距都为130 cm左右，这里采用轴距为130 cm的双轴即双轮组单轴载100 kN进行计算。

3 结构层参数对轮组系数的影响

3.1 影响参数的确定

可以看出，由于结构层的参数众多，如果直接进行回归分析，会导致计算量过大。所以，有必要先确定一种既定的典型路面结构，按表1的参数取值范围，依次变化其中的参数，找出对轮组系数有显著影响的参数，再在这些参数的基础之上进行回归分析。

选取典型结构参数如下:沥青面层厚度h1=18 cm,模量E1=1 000 MPa泊松比μ1=0. 25,半刚性基层厚度h2=30 cm,模量E2=1 600 MPa,泊松比μ2=0. 25,底基层厚度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。

各物理量之间相关程度常采用相关系数大小来表示。常用相关系数有Pearson、Spearman、Rho以及Kendall相关系数，而其中以Pearson相关系数统计特征较为完善，且应用最为广泛。Pearson相关系数绝对值的大小可指出两变量之间密切关系程度。表2为经过上述计算后，结构层各参数与轴数系数C1的Pearson相关系数。

表2 结构层参数敏感性分析

从表2可以看出，若选取弯沉作为设计指标，则沥青层的模量和沥青层的厚度与轴数系数相关性最好；若选取层底拉应力作为设计指标时，沥青层模量与土基模量与轴数系数的相关性最好。所以采用沥青层模量与沥青层厚度进行以弯沉为设计指标的轴数系数回归分析；采用沥青层模量与土基模量进行以半刚性基层层底拉应力为设计指标的轴数系数回归分析。

3.2 双后轴车辆轴数系数回归公式

以影响轮组系数最显著的结构层参数指标为基础，通过系统的回归分析，分别建立以弯沉为设计指标与以层底拉应力为设计指标的轴数系数回归公式，如下

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

(4)

(5)

式中：式(4)为以弯沉为设计指标的轴数系数，其中E1为沥青层模量,MPa；h1为沥青层厚度，cm，其余为常数。

式(5)为以半刚性基层层底拉应力为设计指标时的轴数系数，其中E0为土基模量，MPa，h1为沥青层厚度，cm，其余为常数。

经过回归分析后，得到以下参数，见表3。

表3 回归模型参数取值

4 结 论

不难看出，双后轴车辆轴数系数与结构层各参数之间存在较强的相关性，单轴车辆或三轴车辆的轴数系数修正同上述内容比较相似，也符合式(4)中所提到的模型，只不过需要进行新的回归分析得到新的计算参数。

[1] 邓学钧.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2002.

[2] 邓学钧,黄晓明.路面设计原理与方法[M].北京:人民交通出版社,2001.

[3] 黄晓明,朱湘.沥青路面设计[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