路面横向力系数测试车在测试过程中的影响因素研究

2016-10-12 08:35
湖南交通科技 2016年3期
关键词:面层路段路面

罗 坤

(长沙理工大学 交通运输工程学院,湖南 长沙 410004)



路面横向力系数测试车在测试过程中的影响因素研究

罗坤

(长沙理工大学 交通运输工程学院,湖南 长沙410004)

横向力系数作为路面抗滑性能的评价指标,其测试结果与多方面因素有着密切的关系。主要从横向力系数测试过程中路表温度、测试速度和路面洁净程度三方面进行研究,分析其对测试结果的影响程度。并结合实际测试中遇到的问题,给出相应的建议,对准确反映路面横向力系数提供一定的参考价值。

;路面;横向力系数测试车;抗滑性能;SFC测试

0 引言

路面抗滑性能是行车安全的重要保障,道路在车辆的反复作用下,表面层被磨损,此时道路的抗滑性能会严重下降,遇到雨、雪天气时,车辆极易因为摩擦力不足而发生事故。目前,对于路面抗滑性能主要通过铺砂法检测面层的构造深度,通过摆式仪和横向力系数车测试摩擦力系数。虽然铺砂法和摆式仪法测试原理易懂,操作简便,但是上述两种方法都是人工定点测量,效率难以与横向力系数车相比。本文选用SFC-2007型横向力系数测试车进行测试,该车是我国交通工作者在吸收国内外先进路面抗滑性能检测技术的基础上,自主研发的先进路面横向力摩擦系数测试设备,具有检测速度快、对交通影响程度较小等优点。但是测试过程中受多方面因素的影响,其稳定性相对较差。

故本文针对路面横向力系数测试车在测试过程中的影响因素进行研究。首先介绍横向力摩擦系数测试车的检测原理,然后从影响路面抗滑性能的机理入手,分析检测过程中路表温度、测试速度和路面洁净程度等因素对测试结果的影响程度,最后对实际检测过程提供一定的参考建议。

1 横向力系数测试原理

SFC-2007型横向力测试车主要是由测试机构单元、供水单元、数据采集单元和车架单元四部分共同组成的一套整体测试系统。其中:

1) 测试结构单元由测试轮、测试轮配重及升降装置三部分构成。

2) 供水单元则是由一个5 t的储水罐及带气动控制的水路组成,主要是为测试轮提供一条具有大于0.1 mm水膜厚度的湿润带。

3) 数据采集单位是在测试过程中,测试轮在0.35 MPa的气压下,承受着200 kg的垂直荷载。

由于该轮与车辆前进方向呈20°角,这种情况下能模拟出弯道和制动过程中的滑动摩擦,同时这个力是能够通过高精度的压力传感器测出。车载计算机对该数据进行收集和处理,便得到相应的SFC值。根据SFC系数的定义有以下公式:

SFC=(SF/VF)×100

式中:SFC为横向力摩擦系数;SF为横向力;VF为测试轮的垂直力(200 kg)。

2 测试结果及影响因素分析

2.1温度的影响

物体产生摩擦的机理是当两个物体表面接触并发生相对滑动时,会产生一个滑动阻力。横向力系数测试则是根据这一摩擦机理,通过测试轮与路面之间的相互作用,所以为了准确地采集测试结果,可以从测试过程中橡胶轮胎在路面上发生滚动摩擦的角度进行分析。SFC-2007型横向力系数车测试轮是采用专用的光面充气轮胎,轮胎与路面是接触的,轮胎所用橡胶的物理性能会对测试结果产生直接的影响。然而,测试轮其硬度、韧性在受温度和湿度变化的客观条件下,会呈现出差异。所以为了客观、准确地反映不同温度下,测试结果的统一性,作者从温度这一影响因素进行研究。

本文结合前人对该因素研究的成果下,根据相应的规范要求,选择了2条新建沥青路面、2条已通车5 a的沥青路面作为试验路段,分析温度对横向力系数测试结果的影响程度。如表1。

表1 不同温度下SFC的试验结果路表温度/℃SFC值D1D2D3D41871.876.564.758.42371.277.466.259.62767.874.861.255.43068.375.463.854.23867.774.159.755.84563.271.952.652.35262.566.250.747.56060.362.347.140.3 注:路段D1、路段D2为新建路面;路段D3、路段D4为旧路面。

根据试验结果可绘制出图1。

图1 SFC值与温度的回归关系图

SFC值与温度的回归关系见表2。

通过图1可以看出,SFC值与温度有着直接的关系,SFC值无论在新旧道路上都会随着温度的升高而呈现下降的趋势。当在夏季进行检测作业的情况下,路表温度可达到60 ℃,在此温度下沥青流变性增加,对于级配不良的沥青路面,其结构层会在荷载的作用下发生改变。此时测得的SFC值所反映的实际抗滑能力无法得到准确的验证。

表2 SFC值与温度的回归关系试验段回归方程相关系数R2路段D1y=-0.2753x+76.690.95路段D2y=-0.3417x+84.840.89路段D3y=-0.4696x+75.450.93路段D4y=-0.3970x+67.480.86

对比新旧路面的测试结果的斜率,可以看出:随着交通荷载的开放与作用,路段D4出现了面层泛油的现象,测试过程中轮胎与油面接触,所测的SFC值在相同温度下,较D3路段的值更小,而且随着温度的升高,两者的差值逐渐增大。主要原因是因为橡胶与沥青两种材料表面都较光滑,在水膜的作用下,摩擦力随着温度的升高呈现出衰减。

2.2测试速度的影响

在路面横向力系数测试过程中,所测的SFC值会随着测试速度的增加而逐渐减小,在实际测试中通常会将测试速度控制在50 km/h±4 km/h的范围内,但是对于检测过程中受其他行车影响的路段,出于安全考虑实际的测试速度往往达不到50 km/h的匀速状态。故本文对该因素进行研究。

本文选取广西某新建的高速公路为试验段,路段长约500 m,测试时路表温度为(32±2)℃,测试的路面状况良好,测试速度分别以30、40、50、60 km/h的速度通过试验路段,以平均间隔20 m采集1点的频率进行测试。具体测试结果见图2。

图2 SFC值与速度的关系图

从测试结果来分析,可以明显地看出SFC值随着测试速度的增长有着明显的降低。同时,国内外学者经过大量的研究,目前以50 km/h的测试速度作为标准速度,采用SFC标=SFC测-0.22(V标-V测)的修正公式,对于实际测试过程中得到的数据最终进行速度修正。对上述30、40、60 km/h速度下所测的SFC值进行换算,算得30 km/h时平均偏差率为1.16%;速度为40 km/h和60 km/h时平均偏差率为0.83%和1.45%,这也验证了目前采用的速度修正公式修正结果比较准确。

2.3路面状况的影响

路面横向力系数的测试过程中,由于车辆在路面上行驶,这时路表就可能受到污染,特别是渣土车在运输过程中掉落的渣土、扬起的灰尘,会堵塞面层的空隙。此时,污染物存在,在水膜的作用下,导致测试轮胎与路面的摩擦力减小,所测的SFC值不能真实地反映路面的抗滑能力。为此本文对该因素进行相关研究,选择路段D1和路段D2作为试验段,都是新建高速公路中的一段,且由于施工车辆在路上行驶,两段路都有一定程度的污染。

试验方案为:

1) 路面污染:先对D1路段和D2路段路面进行冲洗,人为以200 g/m2标准往路面上洒砂,模拟面层受到污染,然后对其进行测试。

2) 路面洁净:先对D1路段和D2路段路面进行冲洗,直接对其面层进行测试。

具体检测数据见表3。

表3 冲洗前、后SFC值试验结果D1路段D2路段路面污染路面洁净差值路面污染路面洁净差值65.368.93.668.171.63.568.570.82.364.666.21.666.266.80.666.569.02.566.368.62.364.367.02.764.267.53.366.969.82.965.766.60.965.166.81.766.569.32.865.768.42.765.168.02.970.771.81.168.971.42.567.469.31.966.770.33.668.171.93.865.768.32.664.568.23.766.667.71.169.271.92.763.666.42.868.370.42.166.669.22.665.968.82.9

由图3可以看出路段D1两者最大差值为3.6,路段D2路面洁净与路面污染的最大差值为3.8。并且测试差值的离散程度较大,这主要是人为的模拟路面污染,导致测试点污染程度各异,但是冲洗后路面洁净下的SFC值比路面污染下的值有明显的提高,说明路面洁净程度对测试的结果有一定的影响。

图3 路面冲洗前后SFC的差值

2.4其他因素的影响

横向力系数测试过程外部因素不尽相同,所以测试结果还与测试轮的气压、水膜厚度和沥青面层的摊铺方向等因素有关。胎压小于标准胎压,测得的结果偏大,需要进行修正。所以测试前,都应检查胎压是否为0.35 MPa。测试轮的胎面在与面层的混合料接触时,在不同的水膜厚度下,对胎面与路面的抗滑性能也有一定的影响,研究表明水膜厚度越厚,实测的SFC值偏小。特别是下过雨后,路面在潮湿状态下,测出的数据偏小。

3 结论

横向力系数车在道路抗滑性能检测过程中拥有测试速度快、对交通影响小等优点,符合目前无损、快速检测的趋势。但是作为自动化设备,其检测结果受到多方面的影响,目前对路表温度、测试速度和路面洁净程度等影响因素,主要对其SFC值进行修正。经过作者的研究,给出相应的建议:

1) 从本文研究结果分析出温度对测试值的影响程度较大。温度较高和较低,测出的SFC值,与所反映的实际抗滑能力有较大的差异,这种差异会在旧路上体现得更加明显。故对旧路的横向力系数测试应安排在夏季温度较高的期间内。

2) 当测试速度小于标准速度(50 km/h)时,实测的SFC值偏大,反映的抗滑性能偏好,当速度大于标准速度时,SFC值衰减明显。

3) 路面状况、路面洁净程度与否对测试结果的准确性也有一定的影响,所以为了准确检测路面的实际抗滑性能,对于开放过交通的路段,都应在测试前清扫面层,这样才能保证测试结果的准确、可靠。

[1]北京市路兴公路新技术有限公司.SFC-2007横向力系数测试车用户使用手册[Z].

[2]JTG E60-2008,公路路基路面现场测试规程[S].

[3]和松,钱敬之.路面横向力系数温度影响研究[J].公路交通科技,2005,22(12).

[4]和松,夏礼秀.高速公路路面摩擦系数的测试与评价[J].公路交通科,2002,19(1).

[5]武丽丽,李继生,雷淑英.路面横向力系数测试系统[J].天津科技大学学报,2004,19(4).

2016-03-14

罗坤(1991-),男,硕士研究生,研究方向:道路材料与检测技术。

;1008-844X(2016)03-0039-04

;U 416.03

;A

猜你喜欢
面层路段路面
冬奥车道都有哪些相关路段如何正确通行
常用天然改性沥青面层材料比选
公路工程施工中沥青面层连续摊铺技术的应用
用艺术修补路面
基于XGBOOST算法的拥堵路段短时交通流量预测
高速公路重要路段事件检测技术探讨
基于元胞自动机下的交通事故路段仿真
基于元胞自动机下的交通事故路段仿真
桥梁工程中混凝土面层施工技术初探
液化天然气在别锡公路面层施工中的应用