基于区域三维纹理特征的路面抗滑性能评估

为实现路面抗滑性能非接触式测量,提出应用新型区域三维纹理特征来表征沥青路面形貌构造并评估路面抗滑性能.使用便携式高分辨率三维激光扫描仪采集不同类型沥青路面纹理数据,同时使用动态摩擦系数测试仪采集其路面抗滑性能数据,并分别使用70和15 km/h时的动态摩擦系数值代表高速与低速状态下的路面抗滑性能.通过相关性分析和多元线性回归,发现路面抗滑性能与多个区域三维纹理特征参数的共同作用有关.建立前馈神经网络预测模型,使用多个区域三维纹理特征参数预测高速与低速状态下的路面抗滑性能.结果表明,区域三维纹理特征参数对动态摩擦系数测试仪在70 km/h时测得的路面抗滑性能预测能力为77%,对15 km/h时测得的路面抗滑性能预测能力为69%,证实了区域三维纹理特征参数与路面抗滑性能之间存在非线性联系.     

路表纹理包络轮廓计算及其对抗滑性能的影响

为了分析轮胎与路表的接触特性及其对路面抗滑性能的影响,采用路面纹理测量车(road surface tester)获取路表纹理二维轮廓离散数据,运用印痕法模型,利用MATLAB软件计算路表纹理包络轮廓,进一步计算了包络轮廓对应的平均断面深度(mean profile depth,MPD)、宏观纹理表面构造水平指数L_(Ma)(macro texture indices calculated with texture level)、粗大纹理表面构造水平指数L_(Me)(mega texture indices calculated with texture level)等纹理指标,并与初始轮廓纹理指标进行对比;最后计算包络轮廓、初始轮廓纹理参数MPD、L_(Ma)与路面摩擦因数(longitudinal frictional coefficient,LFC)的相关性系数,分析了路表纹理包络轮廓对路面抗滑性能的影响。研究结果表明:包络轮廓纹理参数与初始轮廓纹理参数相关性良好(判定系数R~20.85);包络轮廓MPD值较初始轮廓MPD值有明显下降,且初始轮廓MPD值越大,包络轮廓MPD值下降幅度也越大;包络轮廓表面构造水平指数较初始轮廓表面构造水平指数下降,L_(Ma)的下降幅度比L_(Me)的下降幅度高10%左右;印痕法参数S取值对包络轮廓纹理参数有较大影响,S值越小,其对应的包络轮廓纹理参数值较初始轮廓纹理参数值下降的幅度越大;此外,包络轮廓纹理参数与摩擦因数的判定系数较初始轮廓纹理参数与摩擦因数的判定系数有较大提升,其中MPD与摩擦因数的判定系数提高了约35%,L_(Ma)与摩擦因数的判定系数提高了约23%;印痕法参数S值越小,包络纹理参数与摩擦因数的判定系数越高。该结果可为研究胎-路接触特性对路用性能的影响提供参考。     

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.     

路面人造纹理定向设计及其抗滑性能研究

【目的】研究路面表面人造纹理与抗滑性能之间的关系。【方法】利用3D打印技术定向设计并制备不同形状的人造纹理试件（包含三角形纹理、矩形纹理和半圆形纹理3种形状和纹理高度为1、2、3、4、5 mm的5种纹理）,并以4 mm高的三角形纹理设置了一组磨耗纹理试件,采用摆式摩擦试验、构造深度试验以及提取纹理顶部接触区域对各个试件的抗滑性能进行评价。【结果】2 mm高的三角形纹理和3 mm高的矩形纹理的抗滑性能最好,摆值均可达到107。在构造深度和摆值两个方面,三角形纹理和矩形纹理的抗滑性能相近,且均明显大于半圆形纹理的抗滑性能。随着磨损率的增大,摩擦接触面积增大,但纹理表面粗糙程度降低,导致抗滑性能逐渐衰减。【结论】纹理的抗滑性能主要取决于纹理的粗糙程度,而接触面积的影响相对较小。本文提供了一种定向纹理设计方法,为深入理解路面表面纹理与抗滑性能之间的关系提供借鉴与指导。     

沥青路面三维纹理分形维数及其抗滑性能

研究沥青路面抗滑性能与三维纹理分形维数的关系。成型4种SMA沥青混凝土车辙板,采用数字图像处理技术重构车辙板表面三维纹理模型,实测车辙板表面构造深度检验重构的三维纹理模型的有效性,通过差分盒维数法计算三维纹理模型的分形维数,研究分形维数与抗滑性能的关系。研究结果表明:重构的三维纹理模型在纹理构造特征上以较高精度恢复原沥青路面的表面形貌,计算的分形维数与实测的摆值、构造深度具有良好的相关性,可以较好地表征沥青路面的抗滑性能;构造深度随着分形维数的增加而减小,摆值随着分形维数的增加先减小后增加。     

沥青路面的逆向设计及其试验研究

鉴于传统路面设计及评价方法的局限性,基于逆向工程技术思想,提出沥青路面的逆向设计方法,并给出了相应的设计流程.在充分掌握原路面特征的基础上,具体介绍了材料准备、芯样扫描分析、路面重塑的整个过程,并利用独立开发的新型路面材料加速加载试验系统进行磨耗试验,测定重塑路面抗滑性能的变化.然后,引入相似理论,通过比较发现重塑路面各项指标与原路面相似度较高,从而证明了该设计方法的可行性、合理性和可靠性.路面养护处治后,抗滑性能的熵值增大,说明表面处治将使系统内部子系统功能更加趋于一致,整体结构更加稳定.     

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.     

山区高桥隧比隧道段路面抗滑性能分析

为分析影响山区高速公路高桥隧比路段的路面抗滑性能影响因素与特性,从路面摩擦产生机理、路面抗滑性能影响因素和路面抗滑性能降低后对交通安全产生的影响等方面进行分析;根据对高速高桥隧比路段的隧道段路面技术状况进行调查与测量,分别从路面抗滑性能连续变化趋势、不同类型隧道抗滑性能特性和隧道路段路面抗滑性能特性方面做趋势图;对比了短、中、长与特长隧道路面抗滑性能的变化趋势稳定程度。结果表明:路面磨耗、路面污染和路面潮湿三个因素是使高桥隧比路段路面抗滑性能下降的主要因素。隧道群路段较普通路段路面抗滑性能较差,隧道群中不同隧道的路面抗滑性能差异较大,隧道与隧道连接段可能存在路面抗滑性能突变的现象,不利于行车安全。     

沥青混凝土芯样层间抗剪性能试验的研究

沥青混凝土路面各层结构间的联结状态,直接影响沥青混凝土路面是否会产生变形、推移类病害.钻孔芯样代表着沥青混凝土路面的真实状态,通过对其层间抗剪能力的评价,可以评价整个路面的层间抗剪性能.开发了适用于MTS机械的剪切模具,并确定了试验参数,可以较理想地评价圆柱形芯样的层间抗剪性能.     

提升路面抗滑性能预测效能的包络轮廓计算方法

为提升路面抗滑性能预测效能，对胎-路接触包络轮廓计算法Indentor法中的控制参数S进行修正.用光面橡胶片替代橡胶胎面，用三维扫描结合3D打印复制出具有路面形貌特性的44个试件，用多功能试验机和自主设计的夹具提供荷载；根据嵌入深度指标接近性原则，在不同接触条件下，以留色法测试结果标定控制参数S,探讨标定前后S对路面纹理-抗滑性能的影响.结果表明：橡胶硬度为HSA55,荷载为0.18、0.35、0.53、0.71 MPa时，S分别取20、30、45、55 mm²可使Indentor法与留色法所得嵌入深度接近；而橡胶硬度为HSA68,荷载为0.53 MPa时，S取25 mm²可使2种方法结果相当.以留色法标定Indentor法中参数S后，应用包络轮廓可显著提升路面纹理与抗滑性能间的关联.     

基于接触力学的路面构造粗糙度评价

为了给路面抗滑构造设计与优化提供指导,使得设计的隧道水泥混凝土路面具有更好的抗滑性能,针对目前路面抗滑性能评价指标的不足,基于轮胎与路面接触作用机理,从接触力学的角度提出一种轮胎有效接触界面的构造粗糙度评价方法。通过对四种不同路面的胎/路接触应力分布特性进行比较,对接触应力分布非均匀性和应力集中效应进行分析,并提出了相应的评价指标。结果表明:结合室内试验与现场路面压力胶片测试,不同路面上的轮胎接触应力分布为典型的非均匀分布状态,且具有一定的随机分布特性,可以从接触力学的角度反映路面构造分布形态。应力峰值可以表征单点构造峰顶接触应力最大值,直接反映了路面构造与轮胎的包络变形程度,而Weibull模量可以从接触界面上进行整体的应力分布均匀性评价,属于间接性面域评价指标,二者的结合能够更加全面地进行路面的构造粗糙度评价。     

路表纹理多尺度特性表征及演化行为研究综述

为了量化路表纹理的多尺度特征,厘清路表纹理的演化行为,概述了路表纹理尺度特征及其影响,总结了多尺度表征的数学理论方法,分析了表面纹理演化机理及磨光演化模型。结果表明：不同尺度的路表纹理影响着安全、环境、经济等方面。路表纹理在结构特性上具有统计几何、频谱及自仿相似特征。在路表纹理形成期,材料、级配及施工等决定了表面纹理水平,而在劣化期主要受到表面雨雪冰霜、沉积污染物以及荷载磨光等因素影响。解析胎-路接触应力是预测路表纹理磨光演化行为的有效途径。未来研究有必要研究纹理尺度之间的相关性、表面纹理与内部结构的映射关系、碳排放的量化关系以及接触状态理论力学等问题,为材料力学设计、快速检测评价及智能养护提供理论和应用支持。     

基于新型检测指标的沥青路面综合性能评定

本文针对传统路面使用性能评价方法不足现状,考虑运用特尔菲方法确定各指标的权重系数,并在原有评价指标[即路面破损状况指数(PCI)、行驶质量指数(RQI)、车辙深度(RD)、结构强度系数(SSI)、路面抗滑性能指数(SRI)基础上纳入外观综合评价指数(SEI)],形成更为完整的综合评价体系。建立特尔菲—理想点法路面使用性能评价模型,并对高速公路沥青路面使用性能数据进行分析计算,结果充分验证了新设指标(SEI)的合理性。本文对沥青路面综合性能评定的研究具有一定意义。     

不同形式路面表面功能对比研究

为改善路面行车舒适性与安全性,采用手动铺砂法、动态摩擦测试仪法、车载声强(OBSI)轮胎/路面噪声测试法对于横向刻槽、纵向刻槽、露石、金刚石研磨水泥混凝土路面、开级配沥青混凝土路面的构造深度、动态摩擦系数、轮胎/路面噪声进行了对比研究。结果表明:纵向刻槽水泥混凝土路面构造深度大于露石、金刚石研磨、横向刻槽水泥混凝土路面。车速增加,路面动态摩擦系数不断减小,其中纵向刻槽路面的动态摩擦系数稍高于横向刻槽及金刚石研磨路面。同时开级配沥青混凝土路面比刻槽、金刚石研磨、露石的混凝土4个形式路面的噪声水平降低5~10 d B,其降噪效果良好。     

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。     

基于特尔菲-理想点法沥青路面使用性能评价

针对传统路面使用性能评价方法对高等级路面区分效果不明显,主观性强以及智能算法确定参数繁琐等不足,选取路面破损状况指数(PCI)、行驶质量指数(RQI)、结构强度系数(SSI)、路面抗滑性能指数(SRI)、车辙深度(RD)作为评价指标,通过特尔菲方法确定各指标的权重系数,建立特尔菲-理想点法路面使用性能评价模型.利用该方法对高速公路沥青路面使用性能数据进行分析计算,其结果与实际判别结果一致,从而验证了该方法的可行性.该方法大大降低了权重确定的主观性,并具有适用性强、原理简单、计算简便等特点.     

运用无损检测方法评价沥青混合料转运车的使用效果

本文对转运车使用与否两种工况，对12m、8.75m和6.25m三个不同摊铺宽度时的摊 铺效果分别进行检测，分别采用激光纹理构造深度仪对已碾压成型的沥青路面进行全幅检测， 比较分析表面均匀性；分别采用无核密度仪比较评价已碾压成型的沥青路面进行全幅检测， 比较分析内部均匀性；分别采用红外热像仪对松铺的热沥青混合料的温度拍摄红外热图，比 较分析温度均匀性。检测结果表明，使用转运车时表面无离析率大于不使用转运车时；使用 转运车时路面内部无离析率较不使用大；内部离析评价结果和红外热像均反映出使用转运车 改善离析的作用超过了一幅摊铺宽度偏大的影响，使用转运车减小温度离析作用明显。     

排水沥青路面表面强化技术对比

为了研究水性环氧乳化沥青和环氧树脂砂浆作为表面强化材料用于排水沥青路面表面强化技术,通过室内渗水试验、单面肯塔堡飞散试验、湿轮磨耗试验以及摆式摩擦系数测定试验研究表面强化对排水沥青路面渗水性能、抗飞散性能以及抗滑性能的影响,并依托西阜高速公路排水沥青试验段进行了排水沥青路面表面强化实体工程应用及效果评价。研究结果表明：排水沥青混合料表面强化后,渗水性能随之降低;其抗滑性能也略有降低;抗飞散性能提高较大。实体工程采用0.2 Kg/m²(0.02 g/cm²)的水性环氧乳化沥青和2 Kg/m²(0.2 g/cm²)的环氧树脂砂浆用量对排水沥青路面进行表面强化,表面强化后的排水沥青路面渗水系数有一定程度的损失,但在后期过程中,其渗水系数的衰减速率明显缓于普通排水沥青路面,表明其有一定的防空隙堵塞功能;其摩擦系数有所降低,但仍然表现出了良好的使用性能;表面强化后初期、3个月以及6个月后的排水沥青路面芯样的飞散损失均小于普通排水沥青路面,表明其提高了排水沥青路面抵抗飞散病害的能力。     

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。