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概述大件运输公路沥青路面结构验算方向

2021-10-20  来自: 陕西坤升物流有限责任公司 浏览次数:109

西安物流公司



1.大件运输概念



大件物流也可称为大件运输、大件货运,是对在体积和重量上超过一般标准货物物流的概括称谓。从体积来说:包括超高、超宽、超长的三超大件,以及体积不规整的普通大体积物品物流。从重量来说:主要是指超重货物物流。


2.大件运输发展趋势

有关数据显示,2020年全国大件运输货运总量较2019年同比增长了19.76%,在全国全年货运总量中占比为0.85%。其中,通过跨省大件运输并联许可办结量达到40.3万件,较2019年增加120.56%。2020年全国大件物流业在疫情形势严峻下保持了逆势增长的态势。

中国大件运输行业起步较晚,相比guoji上动辄上几千吨的设备稍显落后。2019年党中yang国wu院印发了《交通强国建设纲要》,shou次将大件运输zhuan业化物流发展上升到国jia层面。随着国jia大件运输相关政策的逐步出台,加之超限运输许可证跨省使用以及特种车辆营运牌照等相关问题切实解决,大件运输行业将迎来快速发展。


3.大件运输的重要意义

近些年来,随着我国工业化进程的进一步加快,中国装备制造、能源、石化、冶金等一批重工业行业工程开始发展,特别是像西部大开发这样的国jia级大工程,中西部的建设规模不断地扩大,大件物流和大件运输需要承担的职责和任务就会相应加重。需要大件运输的物品设备有:水电机组、火电机组、风力发电设备、石油储罐、变压器、化工设备等等。这些设备统一的特点是体积大重量大,又不能分解运输,这就需要大件运输物流来完成。这些设备关乎着国jia重dian项目的完成进度,如果大件运输跟不上进度,会影响国jia整个zhong点工程项目的时间和成本,影响工程的顺利实施,可见大件运输关系国jia整个工业命运。

此外,大件运输在应急救援、军事物流等方面异军突起,不可或缺。随着一带一路建设不断深入,对中国装备走出去同样发挥着重要作用。


4.大件运输方式

大件运输方式:一是水路+公路;二是公路+水路+公路;三是公路;四是公路+铁路+公路。在这四种方式中,公路运输是大件运输实现“门到门”和“最后一公里”的必由之路。同时,公路也是制约大件运输的zui大因素。


5.大件运输车辆与公路行业车辆交通参数对比分析

现阶段公路行业无相关规范规定大件运输车辆代表车型,本文参考《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010)附录D国产平板挂车荷载及车型。同时结合四川省交通运输厅发布的《四川省大件公路设计技术指标规定》地方标准中桥梁荷载验算代表车型对大件运输代表车型交通荷载进行分析,并与公路行业车辆交通参数进行对比。

5.1大件运输车辆交通参数分析

5.1.1参照《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010)附录D国产平板挂车荷载及车型。


5.1.2参照四川省地方规定《四川省大件公路设计技术指标规定》大件运输设计荷载车型。其中规定对单体质量不大于290t的货物,采用尼古拉/水工窄系列⒉纵列车型验算;对单体质量不大于740t的货物,采用水工/天捷宽系列3纵列车型验算;对单体质量不大于1000t的货物采用尼古拉/水工窄系列4纵列车型验算。



5.2公路行业车辆交通参数分析

5.2.1各类车型外廓尺寸、轴荷及质量限值
根据中华人民共和国国jia标准《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》(GB1589-2016)中规定,我国汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值具体如下:


5.2.2交通行业沥青路面规范车型分类
(1)公路设计采用车辆外轮廓
根据《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)中“公路设计所采用的设计车辆外轮廓尺寸规定如表3.2.1”。

(2)公路沥青路面采用车辆分类
根据《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2017)附录A相关规定,车辆轴型根据轮组和轴组类型分为7类(详见规范表A.1.1),车辆类型按轴型组合分为11类(详见规范表A.1.2)。

5.3大件运输车辆和常规车辆对比
根据5.1-5.2节可知,大件运输车辆与国jia标准《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》(GB1589-2016)、《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)、《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)、《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)规定代表车型在外廓尺寸、轴型、轴数、轴荷等方面差异较大。当前大件运输车辆交通参数与现行公路行业标准不匹配,导致兼大件运输通行公路的设计无规范可依。


6.大件运输对公路沿线设施影响及解决措施

由于大件运输时,出牵引车或平板车的车辆外廓尺寸、轴型、轴荷超出现行交通行业规范,对公路沿线桥涵、路基路面、交安设施均有不同程度的影响。具体如下:

6.1桥涵及支挡影响
由于大件运输车辆荷载与公路行业现行《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)相关规定不符,大件运输行驶过程中有可能对公路沿线桥梁、涵洞、支挡结构物等造成直接损坏。

6.2路面结构影响
我国高等级道路以沥青路面为主,占比约九成,故本文主要考虑大件运输对沥青路面的影响。

6.2.1大件运输车辆和常规超载超限车辆对路面破坏机理一致。沥青路面病害主要与行车荷载有关,所以对沥青路面而言,行车荷载是路面破损的主要原因之一。超载车辆是造成沥青路面推移、开裂、凹陷、车辙、使用寿命骤减的主要原因。

6.2.2超高轴载(轮载)引起的路面基层zui大弯拉应力可能超过路面基层所能承受zui大层底弯拉应力,导致路面基层一次性开裂损坏。

6.3公路沿线其他设施影响
由于大件运输横向扫空和净空要求较高,公路沿线标志标牌、护栏、zhong央分隔带绿化等都有可能遭到破坏。
综上所述,大件运输车辆对公路沿线设施会造成损害。

6.4公路沿线设施影响解决措施

6.4.1桥涵及支挡影响解决措施
(1)新建高速、国省干线,应统筹考虑是否兼大件运输通行;
(2)对既有公路临时通行大件车辆路线勘查时,应对既有公路沿线桥涵作相应检测、评估,并根据评估报告加固既有桥梁。经产权单位认可并取得相应通行许可证后方可在该公路行驶。同时应对重要支挡结构(高挡墙、桩板墙等结构物)作检测、评估。
(3)对既有公路临时通行大件车辆道路桥涵加固时,采用yong久可行措施,做到一次加固多次通行。
(4)四川省交通厅组织省大件公路管理处、厅公路设计院制定了《四川省大件公路设计技术指标规定》,其中规定大件公路设计荷载采用公路-Ⅰ级,以及三类验算车型。新建及既有桥梁验算可参照此规定执行。

6.4.2路面结构解决措施
(1)对既有公路临时通行大件车辆,应该对路面结构层作检测,综合评估路面结构基层厚度、残余强度等,以便对基层一次极限断裂的极限状态进行验算。
(2)新建大件运输公路路面,应根据大件运输车辆轴型、轴荷等,合理构建大件运输公路沥青路面结构验算流程及相关指标。
(3)交通公路行业现行规范及《四川省大件公路设计技术指标规定》中未对大件运输公路路面验算各类车辆当量设计轴载转换系数、验算指标等作规定。故应加强对大件公路沥青路面各类车辆当量设计轴载转换系数、验算指标等研究。


7.大件运输沥青路面结构验算方向

根据第5章大件运输车辆和常规车辆在外廓尺寸、轴型、轴数、轮数、轴荷等方面对比结论可知,当前大件运输车辆交通参数与现行公路行业标准《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)规定不匹配。大件运输公路沥青路面验算应在结合交通公路行业《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)相关理论基础上进行补充、完善。具体需要研究方向如下: 

7.1大件运输车辆交通参数分析时,如何计算各类车辆当量设计轴载转换系数
根据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)附录A.3.1-3当量设计轴载换算系数计算公式可知,大件运输轮组系数、轴组系数超出规范规定要求,面临无参数可取。且大件车辆轴荷大、轴数多、轮组多,如仍然按照该公式及相关参数计算,得出当量设计轴载换算系数上万或则上百万。显然该计算公式不适用大件运输公路车辆当量设计轴载换算系数计算,需进一步研究论证。

根据《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2017)附录A.3.1-3公式可知:

式中:EALFmij一-m类车辆中i种轴型在j级轴重区间当量设计轴载换算系数;
PS—设计轴载(kN);
Pmij—m类车辆中i种轴型在j级轴重区间的单轴轴载(kN),对双联轴和三联轴,为平均分配到每根单轴的轴载;
b—换算指数。分析沥青混合料层疲劳和沥青混合料层yong久变形时,b=4;分析路基yong久变形时,b=5;分析无机结合料稳定层疲劳时,b=13;
C2—轮组系数,双轮组为1.0,单轮组为4.5,四轮组为0.38;
C1—轴组系数,前后轴间距大于3m时,分别按单个轴计算;轴间距小于3m时,按表A.3.1-1取值。由于大件运输车辆类型和轴数已超出该表取值范畴,故超过双连轴和三联轴车型车辆当量设计轴载换算系数取值,建议根据《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)中轴数系数公式:
C1=1+1.2(m-1)式中:m—轴数。

7.2大件运输公路无机结合料基层、底基层层底弯拉应力,一次极限断裂的极限状态验算
重大件公路运输时,因其轮载太大,其轮载产生基层的zui大弯拉拉应力可能超过设计标准荷载所产生的基层zui大弯拉应力,为此,对基层或底基层一次极限断裂的极限状态验算。
可参照《港口道路与堆场设计规范》(JTS168-2017)6.2.6半刚性基层或底基层一次极限断裂的极限状态方程式验算。

式中rp——铺面结构设计的结构等级系数,按表6.1.2确定;
ky——整体性材料弯拉强度的龄期增长系数,应通过室内试验或当地工程经验确定,在缺乏资料且不外掺早强剂时,可参照规范中表3-7确定;
fr.b——28d龄期的基层或底基层材料的弯拉强度设计值(MPa);
σb.m——流动机械的支腿(支座、支轮)荷载所产生的基层或底基层的zui大弯拉应力(MPa),近似计算方法见附录C;
kd——考虑流动机械的支腿(支座、支轮)荷载一次作用的折减系数,可取0.95,也可根据工程经验确定。

7.3大件运输车辆轴数多、轴距小、轮数多等特点,在计算当量设计轴载累计作用次数时,如何考虑旁侧轮影响。
借鉴《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010)、《港口道路与堆场设计规范》(JTS168-2017)等相关规范,对大件运输车辆交通参数进行分析,合理确定旁侧轮影响系数。

7.4大件运输公路沥青路面结构的三维有限元分析
建议采用新技术、新方法对大件运输公路路面结构进行分析。现阶段有限元分析技术已相当成熟,可运用有限元软件ABAQUS 建立三维模型,研究重载车辆对路面的破坏作用,以及对动荷载特征和路面响应进行研究,分析轴载、轴距、轮压等因素的影响。


8.结语
综上所述,近年来,随着我国大件运输行业的不断发展,对公路的使用性能提出了更高的要求。因此,我们公路行业应采用新技术、新方法研究重载车辆对路面的破坏作用,并借鉴国内外重载沥青路面经验教训,完善我国大件公路沥青路面验算体系,建立健全相关技术规范、标准。从而指导大件运输公路设计建设。以更好适应我国大件运输发展的需求。


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