汽车荷载作用力对道路工程的影响及解析

汽车荷载对路面施加的作用力的大小和性质，随汽车的运动状态而变化。当汽车停在路面上时，只有车轮对路面的垂直力作用；行驶时，除垂直力外还有车轮转动对路面产生的纵向水平切向力；转向时又增加了横向水平力（见图6-5）；如路面不平，汽车颠簸，又有冲击力和震动力产生；车轮的高速旋转，使车轮与路面间形成暂时真空，从而产生真空吸力。由此可见，汽车在任何一种运动状态下垂直力都是最基本的作用力，其次是水平力。汽车运动状态愈复杂，对路面的作用力也愈复杂。柔性路面主要考虑了汽车荷载对路面作用的垂直力和水平力。

图6-5　车轮荷载对路面作用的垂直力和水平力

（a）静止；（b）一般行驶、加速、起动；（c）减速、制动；（d）转向（向右）P—垂直力；Q—水平力

1.车轮作用在路面上的垂直力

轴荷载通过充气轮胎传给路面，车轮与路面的接触面积称为轮印面积，其形状为带有轮胎花纹的近似椭圆，在柔性路面设计中，用等面积圆来代替，称为轮印的当量图。当量圆面积与轮荷载、轮胎尺寸及轮胎压强有关。汽车后轴一侧多为双轮（即双轮组），将双轮轮印化为一个当量圆，称为单圆荷载图式；若化为两个当量圆，称为双圆荷载图式，如图6-6所示。

图6-6　轮印面积与当量圆

（a）单圆图式；（b）双圆图式δ＝d(www.xing528.com)

现行柔性路面设计方法，采用双圆荷载图式。若已知轴一侧荷载为P（MN），车轮对路面的单位垂直压强为p（MPa，约为轮胎充气压强），则当量圆直径d（m）为

2.车轮作用于路面的水平力

由汽车的行驶条件可知，水平力的最大值Qmax不能超过垂直力P与路面车轮间的附着系数f的乘积，即

f的最大值一般不超过0.7～0.8。试验证明：汽车正常行驶时，为0.25～0.30；一般加速或减速时，为0.5～0.6；如紧急制动或骤然加速时，为0.75～0.80。

3.车轮作用于路面的其他力

汽车对路面的冲击力和震动力，目前只是在刚性路面设计中才考虑，即将车轮荷载乘上一个大于1的动荷系数后作为设计荷载来表示的，或者将按静载计算的荷载应力乘以动荷系数后作为设计计算荷载应力。动荷系数的数值，一般取为1.15～1.20，它随轮重的增大而减小。至于真空吸力，目前尚未在设计计算中考虑。