冲击系数的影响因素与研究 ——以广东省货车动载荷实验数据为例

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随着经济的发展,近些年中国的公路建设已经发生了翻天覆地的变化,公路建设里程早已是世界第一,建设标准也在不断的提高。现如今随着货运量不断的提高,载重型货车成了货运的主要工具,但是载重型货车的增长率常年高于公路里程的增长率,这将导致载重货车对于路面造成的影响越来越明显。目前路基路面是以静载荷作为设计载荷,但是随着载重型货车的数量增加,此时的设计载荷便不再满足实际的需求要求,因此便有学者提出以静载荷乘以冲击系数作为设计载荷。汽车在道路上行驶时,是以动载的方式施力于路面,导致对于地面作用力时而大于静载,时而小于静载,其振动轴载的最大峰值与静载之比称为冲击系数。冲击系数一般是静载的1.1-1.4倍,同时受到行驶车速、车辆载重以及道路等级的影响。本文就影响冲击系数的这三个主要因素进行实验和探讨。首先根据车辆模型推导出冲击系数与货车横梁上方竖直加速度成正比的关系,然后组装实验设备进行实验,建立一个由三台计算机组成的集群进行数据的处理分析,最后通过分析横梁上方竖直加速度az数据来得出结论。本文实验车辆是四轴六类货车,采用高精度的加速度传感器和GPS模块的集成设备进行数据的收集,实验阶段设备安装在货车后轴的横梁上方,并刚性链接。本文实验共测试了广东省内22条路段,既有深圳市内的城市道路,也包了含城市之间的国道,同时做了空载和满载实验,样例丰富。通过控制变量法进行实验,着重分析了一级道路广深公路,二级道路G324(揭阳段)和三级道路金碧路的数据。采取实验路段第85%的az数值做整体分析显示,金碧路数值最大,达到1.21m/s2,广深公路则为1.09m/s2。具体从三要素分析显示,所有路段的az都会随着车速的增大而增大;不同等级道路在不同速度段间的增速表现不同,速度范围从10-20Km/h到速度范围41-50Km/h内,广深公路az增率只有4.4%,金碧路的增率达到7.0%,这表明道路等级是冲击系数的影响因素;同时在广深公路上的空载和满载实验显示,空载条件下数据离散度是满载的1.36倍,这便说明载重也是冲击系数的一个很大影响因素。本文这项实验研究对冲击系数影响因素做了分析,为道路设计中设计载荷的确定和路基路面工程中轴载换算奠定基础,同时对于道路病害预防和限载等提供建议。
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