基于接触应力集中的沥青路面抗滑性能评价研究

为了给抗滑表层沥青混合料级配设计提供参考,基于高精度压力胶片测试技术,开展不同搓揉时间下的胎/路接触应力分布特性研究。通过2种粗集料2种类型沥青混合料的对比,研究轮胎作用下沥青路面的抗滑性能衰减规律;并从接触力学的角度建立沥青路面抗滑性能评价指标。结果表明:轮胎与路面接触应力呈现显著的非均匀分布,主要包括有效接触面积与应力集中效应。初始状态下胎/路有效接触面积与应力集中主要与级配设计有关;而在搓揉过程中,随着路面构造的二次圧密与粗集料磨耗,有效接触面积持续增加,应力集中减少;应力集中分布度指标可以较好描述应力集中效应。分析表明,轮胎接触应力集中与路面摩擦系数呈现良好的线性关系。试验证明,骨架密实型级配与优质粗集料均有利于提高沥青路面抗滑耐久性能;而级配的影响更显著,磨耗层设计中应当给以重视。     

基于接触应力集中的沥青路面抗滑性能评价

为了给抗滑表层沥青混合料级配设计提供参考,基于高精度压力胶片测试技术,开展不同搓揉时间下的胎/路接触应力分布特性研究。通过2种粗集料2种类型沥青混合料的对比,研究轮胎作用下沥青路面的抗滑性能衰减规律;并从接触力学的角度建立沥青路面抗滑性能评价指标。结果表明:轮胎与路面接触应力呈现显著的非均匀分布,主要包括有效接触面积与应力集中效应。初始状态下胎/路有效接触面积与应力集中主要与级配设计有关;而在搓揉过程中,随着路面构造的二次圧密与粗集料磨耗,有效接触面积持续增加,应力集中减少;应力集中分布度指标可以较好描述应力集中效应。分析表明,轮胎接触应力集中与路面摩擦系数呈现良好的线性关系。试验证明,骨架密实型级配与优质粗集料均有利于提高沥青路面抗滑耐久性能;而级配的影响更显著,磨耗层设计中应当给以重视。     

基于图像配准与融合的胎/路接触应力测试方法

提高路面抗滑性能是解决道路交通安全问题的关键,而轮胎与路面粗糙构造的接触行为本质上是接触力学问题。为获得轮胎与粗糙路面的完整接触应力信息,文中采用柔性薄膜压力胶片传感技术,并借助医学图像处理技术,提出一种基于图像配准与融合的胎/路接触应力测试方法,并进行了配准与融合效果评价、适应性分析。结果表明:基于轮胎与路面的接触印痕的双目标特征,采用进化算法可以解决多规格胶片图像配准收敛与最优解问题;文中提出的动态参考图像配准(DRIR)算法具有较高的配准精度和运算效率,在不同沥青路面均具备良好的适应性,路面的接触应力集中分布指标相对误差可控制在5%以内。文中测试方法操作简单、测量精度高、数据三维直观,为轮胎接地特性与路面抗滑性能研究提供了一种新的技术手段。     

轮胎接触构造分布对沥青路面降噪特性的影响

从轮胎与路面的噪声产生机理出发,采用主驱动轮式路面功能评价系统开展不同级配的沥青路面噪声特性研究;并基于胎/路接触特性提出路面降噪效果的评价指标。结果表明:胎/路接触界面的开口空隙率可以有效评价路面空气泵吸作用;相比沥青混合料内部空隙率和路表构造深度,轮胎有效接触界面的开口空隙率与路面噪声相关性更高,路面噪声随着轮胎接触界面的开口空隙率的增加而降低。建议混合料设计时适当增加4. 75 mm以上的粗集料比例(4. 75 mm筛孔通过率推荐为30%～33%),有助于提高沥青路面开口构造比例及其长期稳定性。建立轮碾作用下的路表开口空隙率与噪声A计权声压级的相关性模型,其相关性显著性水平达到0. 001,进一步验证开口空隙率指标的合理性。研究可为低噪声沥青混合料级配设计与降噪效果评价提供参考依据。     

基于胎/路啮合作用的纹理化路面行车稳定性分析

为了给隧道水泥混凝土路面纹理设计提供指导,对路面进行纹理化参数设计试验,并以此来保证行车的稳定性,减少隧道行车的横向摆振效应。由于目前水泥混凝土路面纹理参数设计理论缺乏相应的依据,在分析轮胎与粗糙路面接触作用的基础上,基于压力胶片测试技术考虑胎/路啮合特性对车辆轮胎的转向阻力矩计算方法进行了优化。通过依托项目的隧道纹理化路面和室内试验,对四种不同路面的轮胎接触特性进行分析,提出一种基于实际测量的胎/路接触应力分布的原地转向阻力矩评价方法。结果表明:根据实测的轮胎接触应力计算得出汽车轮胎转向阻力矩,可有效地表征轮胎的转向阻力矩状态;纹理化水泥混凝土路面汽车转向阻力矩比沥青路面上高10%～20%,加之纹理化构造与轮胎纵向沟槽的啮合作用产生较大的侧向力矩,导致纹理化路面的行车稳定性较差;通过设置一定的刀组间距进而干涉轮胎与道路的接触界面,最终达到降低轮胎转向阻力矩的目的。     

骨架密实型沥青混合料细观结构的抗滑特性

从沥青混合料的细观结构角度开展研究,能够更丰富、更准确地反映抗滑构造及其变化规律,解决当前优质抗滑石料日趋匮乏情况下,如何设计出构造丰富、使用耐久的沥青路面表层材料的突出问题.文中设计了4种断级配的骨架密实型沥青混合料GAC-13,研发了模拟行车荷载及环境的搓揉试验评价装置,利用高精度工业CT对不同搓揉阶段试件进行扫描成像分析,提出采用抗滑构造影响区深度及衰减率等指标评价细观结构抗滑特性.结果显示,完全间断级配2.36mm粒径,GAC-13可以获得更理想的抗滑构造.     

轮胎与水泥混凝土路面摩擦接触状况数值模拟

针对水泥混凝土路面抗滑性能缺乏定量分析和合理评价方法的问题,采用有限元分析方法,对轮胎与水泥混凝土路面摩擦接触状况进行了数值模拟,分析了荷载、路表构造、胎压和行车速度等因素对轮胎与路面附着系数的影响。结果表明:荷载、刻槽宽度和槽间距均对路面附着系数影响显著,而刻槽深度几乎对路面附着系数没有影响;轮胎的充气压力越低,轮胎与路面之间的附着系数越大;车速越快,附着系数越小,并由此回归出路面附着系数与充气压力、荷载、行车速度以及路面构造参数之间的关系式。     

基于大数据统计分析探讨影响沥青路面抗滑性能的因素

依托甘肃省高速公路路面技术状况数据库,结合笔者多年从事高速公路路面检测经验,总结分析影响沥青路面抗滑性能的主要因素,进而为控制和加强沥青路面抗滑性能提出了建议.沥青路面抗滑性能是车辆橡胶轮与路面表面接触后对车轮摩擦能力大小的表征,目前的规范中高速公路路面主要用构造深度、横向力系数作为规范表征指标.笔者长期从事甘肃省高速公路路面技术状况检测,掌握大量路面构造深度和横向力系数检测数据,所在单位依托大量路面检测数据成立了省级重点实验室.笔者基于大量数据信息,对路面抗滑性能进行了逐年统计分析、追踪观察,进而总结出了沥青路面抗滑性能的主要影响因素、不同阶段不同因素影响作用的变化及衰减特性,进而为提高路面抗滑性能提出建议.     

轮胎印痕应力分布测试系统的研究

介绍了轮胎印痕应力分布测试系统；该系统是利用美国ＭＴＳ８６０－４０型轮胎耐久试验机开发出来的，用于测量轮胎与地面接触时印痕内的应力分布。从力学角度分析轮胎使用特征，达到指导轮胎结构设计、改进生产工艺的目的。     

沥青路面结构在非均布荷载作用下的三维有限元分析

轮胎与路面的接地形状更接近于矩形 ,且对路面的作用力也呈现出非均匀分布。采用三维有限元分析工具 ,分析了不同的沥青路面结构在不同车型及其不同荷载量、不同作用力分布形式下的力学响应分析。结果表明 :荷载的非均布特性对沥青路面结构的力学影响 ,要远大于均匀分布 ;从受剪特性来看 ,轻型货车对路面结构的影响 ,特别是当其超载时 ,是不容忽视的 ;路面结构的弯沉值并不能反映出路面结构的抗剪能力 ,相反 ,当路表弯沉越小 ,表现出路面整体强度越强时 ,其面层所承受的最大剪应力可能更大。     

湿滑状态下飞机轮胎与道面摩擦特性试验

湿滑道面会造成飞机制动性能下降,影响起降安全。本文通过搭建污染跑道摩擦特性测试装置,根据飞机在湿滑道面滑跑的实际情况,对飞机轮胎在不同水膜厚度、速度、载荷条件下运行的接触力、滑移距离进行研究,分析了湿滑条件下道面摩擦特性与影响因素间的关系。实验结果表明：水膜厚度对道面摩擦特性影响显著,水膜厚度为13mm时,轮胎与道面之间的接触应力变化明显,滑移距离大幅度增加。随着速度的增加,轮胎与道面之间的接触应力呈线性增加趋势,过高的速度会增加滑水风险。轮胎载荷的增加会减少湿滑道面上的滑移距离,在一定程度上提高飞机轮胎的载荷,能有效改善湿滑道面上的摩擦特性。     

轮胎接地压力静态测试仪的开发

轮胎接地压力测试方法主要是压力传感器法．对沥青路面结构力学特性的研究来说，已有的轮胎接地压力测试装置及测试结果有一定的特点和局限性．基于这些考虑，开发了一套轮胎接地压力静态测试仪．该测试仪是一种单点测试法，并将压力传感器置入沥青混凝土，很好地模拟了实际路面结构的受力特性．实际测量结果表明该仪器准确可靠。     

高胎压下机场环氧沥青道面结构动力响应分析

新一代飞机(B787和A350/380)轮胎充气压力普遍达到了1.5 MPa,这进一步加剧了重载高胎压对沥青道面结构响应的影响,而热固性环氧沥青混合料因其优异的力学性能成为重载高胎压条件下的理想选择.基于ABAQUS建立了考虑竖向接触应力不均匀分布的机场环氧沥青道面结构动力响应三维有限元模型,并利用现场足尺加速加载试验结果对模型进行了验证.在此基础上,就接触应力分布、轮胎充气压力大小、温度场分布和道面结构材料特性等因素对道面结构响应的影响进行了分析.结果表明:不均匀接触应力增大了道面结构响应量;重载高胎压条件下,从减少车辙和开裂的角度而言,环氧沥青铺装材料较沥清玛蹄脂混合料具有更好的适用性,但要注意防止中、下面层的塑性变形累积和环氧沥青层底的弯拉疲劳开裂.     

多孔水泥混凝土路面的分形特征与构造参数

提出了多孔水泥混凝土路面断面轮廓线是分形曲线,其分数维充分反映了路面宏观、微观构造和分布密度信息.应用分形插值法拟合路面断面轮廓线,通过分数维在路面构造参数与抗滑、降噪性能之间的桥梁作用,分析了多孔水泥混凝土表面构造参数对路面抗滑及降噪效果的影响.为优化多孔混凝土表面构造,设计和制备路用多孔混凝土,铺筑抗滑、低噪音的多孔水泥混凝土路面奠定基础.     

基于工业CT技术的沥青路表纹理特性研究

沥青路面表面纹理特性,包含宏观纹理和微观纹理两方面因素。提出纹理参数PL index用于表征其几何特性。通过工业CT技术扫描路面芯样,获取芯样侧视剖面图,使用数字图像处理技术提取表面轮廓并计算PL index。研究PL index的统计分布以及分析其与路面抗滑指标的相关性。结论表明,以PL index为参数表征表面纹理是合理有效的,其与路面抗滑指标有较好的相关性。     

基于使用性能的钢桥面铺装环氧沥青混凝土设计

针对钢桥面铺装环氧沥青混凝土使用中出现的问题,分析了现有设计理论和方法的不足,采用改进的密断级配CAVF方法来提高环氧沥青混凝土的抗滑性能;基于断裂力学和能量法原理,提出以冲击韧性作为环氧沥青混凝土疲劳性能的评价指标,采用剩余劲度模量比来反映环氧沥青混凝土的疲劳性能,并通过试验建立起冲击韧性和剩余劲度模量比之间的关系.研究结果表明:采用CAVF方法设计的环氧沥青混凝土的抗滑性能明显改善;冲击韧性和疲劳性能之间有良好的线性相关性,采用冲击韧性能够有效地评价环氧沥青混凝土的疲劳性能.     

沥青还原剂在沥青路面预防性养护中的应用研究

沥青还原剂封层技术是一种常用的沥青路面预防性养护技术。阐述了还原剂养护材料的性能要求和评价方法,并就还原剂对沥青的恢复作用进行了研究。结合应用情况,对沥青还原剂预防性养护技术的施工技术做了简要的介绍,并对处理后效进行了评价。研究表明,沥青还原剂对老化的沥青路面性能具有一定的恢复作用,对路面细微裂缝有一定的封堵作用,但在一定程度上会降低路面的抗滑能力。