汽车胎压对路面的影响

摘要：胎压对路面的影响，主要有路面设计的影响；力学性能的影响；路面表的沉压的影响；胎压重载作用下的破坏。

关键字：胎压路面设计力学性能沉弯拉应力压应力

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

轮胎是直接作用在公路路面上的一种荷载。研究轮胎对路面的影响作用对延长路面使用寿命、提高路面使用性能和品质是十分必要的。

1．轮胎对路面设计的影响

对路面结构的力学计算取决于轮胎载荷对路面的作用，轮胎对路面单位面积接地压力越大，所需要的路面强度也越高，相应的结构则越厚。从路面角度看，轮胎的几何设计和充气压力是非常重要的参数。由于轴载和轮胎充气压力增大等原因使接地面积减小和接地压强增大，那么就会使路面实际受力大于设计能力，从而促使路面早期损坏。载荷是通过轮胎胎面向路面传递的，因此对轮胎载荷在路面上分布的正确认识是分析路面结构力学响应的基础。在路面力学计算中轮胎载荷对路面作用力的分布被简化为圆形均布，但实际上轮胎与地面的作用十分复杂。轮胎接地印迹的几何形状不完全是圆形，它更接近于矩形，而且随着载荷的增大更趋于矩形。作用力的分布也不均匀，且随着车辆载荷、轮胎充气压力以及胎面花纹的不同而变化。不同路面结构和胎压下的基本特点。就沥青层的剪切特性而言，不仅载荷大小对路面结构的最大剪切应力有一定影响，轮胎充气压力的影响也不容忽视。当轮胎充气压力过高时，即使负荷较低，对沥青面层最大剪切应力的影响也十分显著，甚至可以说轮胎充气压力过高对路面所造成的破坏比轻度超载还严重。

2．胎压对路面力学性能的影响

（1）不同层间接触条件对路面结构力学响应的影响，与结构整体强度、基层类型以及荷载重量、胎压有很大的关系。

（2）无论是半刚性基层还是柔性基层，在相同荷载的条件下最大剪应力峰值均随胎压的增大而增大；在较高胎压时，欠载和超载情况下最大剪应力峰值均较额定荷载大。[1]

3．胎压对路面表的沉弯的影响。

(1)对于同一荷载分布类型，路表弯沉值随着轴载的增加而增大。以轴载为100 kN时的路表弯沉为基准，当轴载从100 kN增加到120 kN和140 kN叫，对于纵向花纹的轮胎，路表轮隙中心处的弯沉分别增加20．3％和40．6％；对于横向花纹的轮胎，路表轮隙中心处的弯沉分别增加20.％和40.2％。

(2)在同样大小的轴载下，传统的圆形均布荷载作用下的路表弯沉大于两种非均布荷载作用下的路表弯沉，这主要是实际的轮胎接触面由于胎面花纹的存在，接触压力较分散，而传统的圆形均布荷载过于集中造成的。

(3)两种非均布荷载计算得到弯沉曲线在接触面附近的形状不完全相同，但在轮隙中心处的弯沉非常接近，说明不同的非均布荷载只是影响路面的局部变形。

(4)对于同一荷载类型，层底的最大主应力均随轴载的增加而增大。在大小相等的轴载作用下，形均布荷载计算得到的层底拉应力大干两种非均荷载计算得出的层底拉应力。两种非均布荷载类计算得出的同一路面结构层底面的最大主应力相不大．并且随着深度的增加，两者之间的差异逐渐小。

(5)不同荷载作用路面结构内的最大剪应力随深度的增加而增大，达某一深度处达到最大值，然后逐渐减小。也就说，面层某一深度范围内的剪应力较大。路面剪应力过大的原因主，要是轴载过大和轮胎与路面接触压力的非均匀性。重型、非均布轮载作用下产生的路面损坏，既可能是自上而下的龟裂形态，也可能是路面车辙，这远比传统上的认识要复杂得多。所以，对于重交通沥青路面而言，不能简单地认为弯沉小就意味着路面结构比较强。[2]

4．胎压重载作用下路面结构破坏

（1）拉应力下的破坏。

γ:不均匀度

刚性路面在行车载荷作用下表面产生弯沉，使半刚性材料层产生弯拉应力，此弯拉应力有时达到相当大的数值，在此应力反复作用下半刚性材料层有可能产生弯拉疲劳破坏。路面拉应力最大处发生在两载荷轮隙中点处，如图6，求出轮隙中点处沿厚度方向各层的拉应力值加以演算拉应力对路面结构的破坏。由表3可以看出，各结构层的拉应力值随不均匀度的增长而逐渐增长，面层底面沿水平方向分布的拉应力蹦为负值，基层沿水平方向分布的拉应麟为正值，说明在载荷反复作用下面层产生弯曲压缩变形，而基层以下(包括基层)各层则产生弯曲和拉伸变形。这样在面层与基层接触面上会产生很强的剪切疲劳作用，导致路面结构内部产生细观裂纹，随着交通载荷的持续作用，裂纹不断扩展，最终在路表出现疲劳裂缝。

（2）压应力下的破坏

由于行车载荷作用产生的压应力会使路面结产生压密变形，在施工控制不严或者材料组合设不当，基层、底基层整体性或板体性不是很好的况下，压应力会使路面结构产生不均匀的沉降，使路面遭受破坏。图7和图表4，最大压应力发生在路表层，当路面结构不均匀时，配合轴载共同作用，会导致更大的不均匀沉降致，使路面一次性遭受破坏。由于面层较薄，车辆载荷作用下产生的压应力还未完全达到扩散作用，所以应力绝大部分集中于车轮周围。当载荷传递到基层及底基层时，应力扩散作用很明显，作用范围增大。见图7和表4，随路基不均匀度的增大，右侧压实路基表面压应力逐渐增大。破坏也加大。[3]

5．结 论

胎压是影响路面的主要因素。直接决定了路面结构的设计和使用年限。因此在设计中要多考虑胎压的影响，相应的提高混凝土的强度。对不同等级的公路应根据不同的设计要求给予相应的设计，以减少由于胎压对路面影响产生的损伤和破坏。在施工过程中也应考虑胎压的影响，做相应的施工处理。在损伤后的公路养护中也需给予考虑，来及时修补。

参考文献

胡小弟 孙立军。沥青路面结构在非均布荷载作用下的三维有限元分析。长安大学学报 （自然科学版），2006-2

谢水友，郑传超。轮胎接触压力对沥青路面结构的影响。长安大学学报 2004-1

吕连君，王来贵。重载作用下路面结构不均匀破坏特性。辽宁工程技术大学学报 2008-5