不同設(shè)計(jì)體系當(dāng)量換算原則

不同設(shè)計(jì)體系當(dāng)量換算原則及其合理性和優(yōu)缺點(diǎn)孫杰華南理工大學(xué)交通學(xué)院學(xué)號：200720104921）摘要:不同設(shè)計(jì)體系中的當(dāng)量換算原則也不禁相同，各有其合理性和其優(yōu)越性，本文著重從分析各換算方法的角度來評價(jià)其合理性及其優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：當(dāng)量換算；AASHTO；優(yōu)缺點(diǎn)分析前言車輛的當(dāng)量軸載換算是指，按一定的換算原則（對路面破壞等效），將混和交通條件下的不同軸載作用次數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的作用次數(shù)。由于路面類型不同（柔性路面和剛性路面），路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不同（經(jīng)驗(yàn)法和力學(xué)經(jīng)驗(yàn)法），國際上有不同的當(dāng)量軸載換算公式。例如，美國基于AASH0試驗(yàn)路的當(dāng)量軸載換算體系，以及中國基于彎沉等效的當(dāng)量軸載換算體系。下面簡單介紹一下不同設(shè)計(jì)體系的當(dāng)量軸載換算原則，并比較各自的合理性和優(yōu)缺點(diǎn)。1不同設(shè)計(jì)體系的當(dāng)量換算方法AASHT0柔性路面當(dāng)量軸載換算AASHT0柔性路面當(dāng)量軸載（ESAL）換算公式可以表示成：匚-匚-L匹+L］：4?T9_LX十L2x_10九-kI1: g=軸載柞用次數(shù)（其中：wu=標(biāo)準(zhǔn)軸載（創(chuàng)kN）柞用枕數(shù)）J二 擬加7的軸重（kip=丄=I樂準(zhǔn)軸重（kips）L：=車軸配苣代碼1=單軸二二雙州I3=三軸｛19恥AAWHTO指南済加）葢=要計(jì)算的軸載當(dāng)量系數(shù)s二標(biāo)準(zhǔn)軸載代碼二1（單軸）

服等能力揭失率曲數(shù)在時(shí)間t時(shí)的值IPc=1.5為路面使用壽命蜒點(diǎn)。m= 路面服務(wù)能力折教f0饑f0饑1（厶+厶、〔（S_yf,?SK=路面結(jié)構(gòu)數(shù)（見第六韋）上面換算公式輸出的是荷載當(dāng)量系數(shù)（LEF）或當(dāng)量軸載系數(shù)（ESAL）。應(yīng)該注意的是，公式輸出的ESAL與路面類型（柔性或剛性路面）和路面結(jié)構(gòu)（柔性路面的結(jié)構(gòu)數(shù)和剛性路面的板厚）有關(guān)。AASHT0設(shè)計(jì)指南1993推薦了一個(gè)簡單的轉(zhuǎn)換規(guī)則，用1.5的系數(shù)將柔性路面的ESALs轉(zhuǎn)換成剛性路面的ESALs。同理，用0.67的系數(shù)將剛性路面的ESALs轉(zhuǎn)換成柔性路面的ESALs。建議的AASHT0設(shè)計(jì)指南2002采用軸載譜作為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輸入，此時(shí)不需要進(jìn)行剛一柔ESAL轉(zhuǎn)換。常見的軸載組合情況的LEF有表可查得。四次冪法則許多設(shè)計(jì)人員認(rèn)為AASHT0當(dāng)量軸載換算公式過于笨重，試圖尋找更為簡化的公式。在這樣的背景下，又出現(xiàn)了四次冪法則。這一法則認(rèn)為，特定荷載作用下，路面的破壞程度近似地與荷載的四次冪有關(guān)（特別適用于較強(qiáng)的路面）。公式如下：N(P丫.0耳二一s=aiNP八. V丿is其中：&=車型和輪組影響系數(shù)。由荷載當(dāng)量的計(jì)算過程可以看出：軸重與路面破壞間的關(guān)系不是線性的，而是指數(shù)關(guān)系。對于一條已通車的道路，可以用軸載檢測設(shè)備比較精確地記錄和評價(jià)各類軸載的LEF。但是，在設(shè)計(jì)過程，這些信息是未知的。比較常用的辦法是取同一地區(qū)類似道路的平均值。我國的當(dāng)量軸載換算體系對柔性路面，當(dāng)以設(shè)計(jì)彎沉值為指標(biāo)時(shí)，凡軸載大于25kN的各級軸載（包括車輛的前、Pn后軸）P的作用次數(shù)i,均按公式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N。N仝iN仝i=1CCn121(p、4.35IP丿式中：N=標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次（次/日）；n二被換算車型的各級軸載作用次數(shù)（次/日）；1P=標(biāo)準(zhǔn)軸載（kN）；P=被換算車型的各級軸載（kN）；iC=軸數(shù)系數(shù)；1C=輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為6.4、雙輪組為0.38。2

P當(dāng)進(jìn)行拉應(yīng)力驗(yàn)算時(shí)，凡軸載大于50kN的各級軸載(包括車輛的前、后軸)i的作用n次數(shù)i均按公式換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載P的當(dāng)量作用次數(shù)N。N?CC'n121i=1累計(jì)當(dāng)量軸次計(jì)算：(1+Y)-1]x365Y(1+Y)-1Y(1+Y)-11x365iNqiNNqie軸載等效換算原理應(yīng)用現(xiàn)行規(guī)范當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次的換算方法,并采用以彎沉等效的原則,進(jìn)行非標(biāo)準(zhǔn)載荷作用次數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)載荷作用次數(shù)的換算.計(jì)算得出的當(dāng)量軸載作用的次數(shù)與實(shí)際路面工作狀態(tài)差距較大.各種軸載等效換算的方法都是以軸載對路面產(chǎn)生的效應(yīng)為依據(jù).當(dāng)路面達(dá)到一定破壞條件時(shí),不同汽車輪軸載荷所需作用的重復(fù)次數(shù)是不同的.不同軸載作用次數(shù)等效換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載(BZZ-100)作用次數(shù)的軸載換算系數(shù)fi的表達(dá)式為fi=Ns/Ni式中:Ns為標(biāo)準(zhǔn)軸作用次數(shù);Ni為非標(biāo)準(zhǔn)軸作用次數(shù).由式可知,以不同理論進(jìn)行等效換算可得不同的結(jié)論,筆者采用理論分析方法按路面材料疲勞損傷準(zhǔn)則,推演出fi的值.2幾種當(dāng)量軸載換算體系之比較分析AASHT0路面設(shè)計(jì)指南手冊，其中一個(gè)主要成果就是從混凝土路面使用性能變化的基本方程式導(dǎo)出了車輛當(dāng)量軸載換算方法(包括單載和雙載的等效關(guān)系)。而與之我國換算方法相比，我國混凝土路面設(shè)計(jì)是以彈性半空間地基上的彈性薄板理論為基礎(chǔ)的理論法，其中的疲勞方程是根據(jù)室內(nèi)小梁試驗(yàn)并以開裂作為疲勞損壞標(biāo)準(zhǔn)而得到的。在此方程基礎(chǔ)上進(jìn)行軸載分析,建立回歸公式，進(jìn)而推出軸載換算公式，其中單后軸的軸載換算公式為:N/Ni=(Pi/P)16,此指數(shù)與AASHTO的換算指數(shù)相差甚大。我國現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法的軸載換算公式以簡支條件下，混凝土小梁試件的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)而建立。事實(shí)上,小梁和路面板的受力狀態(tài)并不相同,一般情況下，梁僅處于單向受彎拉狀態(tài)，而路面板卻處于雙向受彎拉狀態(tài)。此外，受彈性地基支承的路面板與邊界條件僅為簡支的梁，其疲勞特性也有較大的差異。AASHTO設(shè)計(jì)方法引入了用路者對路面破壞的定義，而不是慣用的結(jié)構(gòu)破壞概念，為了定量地表示路面的功能特性，引入了耐用性指數(shù)PSI，所以它所依據(jù)的疲勞損壞概念與我國設(shè)計(jì)方法差別較大。另外ASHTO設(shè)計(jì)方法中的計(jì)算公式、參數(shù)和約定有相當(dāng)明顯的地區(qū)特性，是一種經(jīng)驗(yàn)程度較大的方法，而在50年代的美國，無論路面結(jié)構(gòu)、車輛組成及環(huán)境影響均與當(dāng)前我國的實(shí)際情況有較大的差別。因此，兩種軸載換算公式的指數(shù)相差較大有其客觀的原因。3結(jié)語目前，我國公路交通事業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展的新時(shí)期.雖然公路里程與日俱增，但是建設(shè)期間所暴露出的問題仍然十分嚴(yán)重，影響路面初期破損的因素很多，我們針對當(dāng)量軸次不同的換算方法，對不同設(shè)計(jì)體系中當(dāng)量換算方法進(jìn)行比較和合