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轮迹横向分布的影响因素研究——以在美国NCAT跑道的试验为例

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轮迹横向分布的影响因素研究——以在美国NCAT跑道的试验为例

作者：吕楠君深圳大学

学位级别：硕士

近年来,中国公路事业和交通运输业迅速发展,汽车已经与我们的工作、生活息息相关。这些带来了社会的进步、经济的增长、生活的便捷,但同时也会产生相应的危害。研究表明,沥青路面随着使用时间的增长会产生车辙、裂缝等不同程度的损害,... 详细信息

近年来,中国公路事业和交通运输业迅速发展,汽车已经与我们的工作、生活息息相关。这些带来了社会的进步、经济的增长、生活的便捷,但同时也会产生相应的危害。研究表明,沥青路面随着使用时间的增长会产生车辙、裂缝等不同程度的损害,尤其是高等级公路在交通量大、重载货车多的情况下这种现象尤为明显。相关资料显示,轮迹横向分布在道路交通安全和路基路面设计中是一个不可或缺的考量指标,而轮迹横向分布的影响因素众多,本研究主要从道路平面线形、能见度和驾驶员的疲劳驾驶这三个方面入手,以美国国家沥青实验室NCAT跑道为例,深入探究这三个因素对轮迹横向分布的影响情况。目前,国内外对于轮迹横向分布的研究匮乏,本项目根据实际测量的数据,基于人-车-路-环境系统全方面的对其影响因素进行定量的评价,具有很大的应用价值和创新意义。本文内容如下:首先,基于国内外相关领域的研究,说明了本文的主要研究内容、研究的特色和创新点,接着对轮迹横向分布特性进行展开,概述了轮迹横向分布及其相关的理论基础、测量方法,同时介绍了本项目的实验基础,为试验的顺利进行提供参照。其次,确定了试验场地、试验设备以及试验方案。项目选址于美国国家沥青实验中心的NCAT试验环道,选取了20个路段(包括直线段和曲线段)进行实地测量,采集到13217辆货车轮迹横向分布数据并加以处理。同时对实验器材和其工作原理进行了初步的介绍,通过以往利用相同试验设备、试验方法在实际公路上成功对轮迹横向分布的实测,证明了试验的可行性。最后,在对数据进行了相应的直观分析和回归分析之后,找到其中存在的规律,得到了不同影响因素作用下的轮迹横向分布情况,即道路平面线形、能见度和驾驶员的疲劳驾驶这三个因素与轮迹横向分布之间的关系,有无实质性的影响以及影响特征。结论表明:车辆在曲线段行驶时轮迹横向分布通常大于直线段,直线段标准偏差在212mm至304mm之间,曲线段标准偏差在296mm至499mm之间,曲线与直线相比变化率最大能够达到135.3%之高;能见度方面,总体上白天的标准差比黑夜大45mm;司机的疲劳驾驶会影响轮迹横向分布,轮迹横向分布的标准差会随着驾驶时间的延长而变大,且该变化符合三次方函数发展趋势。该项目试验结果开拓了本领域内尚未被关注的创新点,为沥青路面轮迹横向分布的研究提供了新的思路。

关键词：轮迹横向分布影响因素道路平面线形能见度疲劳驾驶

考虑轮迹横向分布的沥青路面疲劳寿命修正系数

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长安大学学报（自然科学版） 2011年第6期31卷 21-25页

作者：董忠红吕彭民长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室陕西西安710064

为了研究轮迹横向分布对沥青路面结构使用寿命的影响,道路施工过程中,在沥青面层底部布置动应变传感器,研究移动荷载下半刚性基层沥青路面动力响应横向分布规律。综合考虑轮迹横向分布和路面结构动力响应横向分布,计算得到沥青路面疲劳... 详细信息

为了研究轮迹横向分布对沥青路面结构使用寿命的影响,道路施工过程中,在沥青面层底部布置动应变传感器,研究移动荷载下半刚性基层沥青路面动力响应横向分布规律。综合考虑轮迹横向分布和路面结构动力响应横向分布,计算得到沥青路面疲劳寿命修正系数。研究结果表明:移动车轮荷载下,沥青面层底部最大纵向拉应变的横向分布呈"M"形,进行沥青路面疲劳寿命评估时,只需要考虑距双排轮胎中心40cm之内位置产生的破坏作用;沥青面层底部横向弯拉应变的横向分布比较复杂,进行疲劳寿命评估时,只需要考虑轮胎下部产生的破坏作用。试验路的疲劳寿命修正系数为0.16,可为类似半刚性基层沥青路面结构设计和疲劳寿命评估提供参考。

关键词：道路工程沥青路面疲劳寿命修正系数轮迹横向分布加速加载试验动力响应横向分布

改进力学经验法（M-EPDG）中车辙沉降与轮迹横向分布的相互作用模块

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改进力学经验法（M-EPDG）中车辙沉降与轮迹横向分布的相互作用模...

作者：毛帆深圳大学

学位级别：硕士

随着我国交通基础建设的深入发展,道路路面在使用过程中逐渐暴露出大量的问题,这正是由于对路面结构使用性能规律的研究不够充分,所以应该进一步对路面进行合理化的设计来控制对路面的损害。通过对现有的路面设计理论、设计方法及设计... 详细信息

随着我国交通基础建设的深入发展,道路路面在使用过程中逐渐暴露出大量的问题,这正是由于对路面结构使用性能规律的研究不够充分,所以应该进一步对路面进行合理化的设计来控制对路面的损害。通过对现有的路面设计理论、设计方法及设计指标进行新的修正与补充才能进一步解决道路在使用过程中出现的弊端。力学经验法(M-EPDG)是基于力学-经验原理,在欧美被公认为是更准确的路基路面设计方法。然而,模型部分设计理念过于简化,未能全盘考虑各种参数的相互作用,导致后期大量的校正工作。其中的车辙沉降模块,仅使用经验法公式表现轮迹横向分布与车辙沉降中的单向作用,在进行轮迹横向分布实测时忽略了车辙对车辆运行轨迹的影响,未能体现两者的“恶性循环”关系。通过简单的物理分析及经验观察可知,轮胎附着面在已有车辙侧壁时会产生向车辙底部的作用力,从而使得车辆运行轨迹的向车辙最深处偏移,导致轮迹横向分布更为集中。本文通过在不同车辙深度断面上进行轮迹横向分布系数的实测,对车辙深度与轮迹横向分布系数之间的关系进行分析,并给出相应的函数关系,可供力学经验法(M-EPDG)的算法改进。测量过程中,通过控制变量法,保持交通量以及交通特性基本一致,并尽可能在相同的天气状况内进行观测,排除其他因素(温度、风向、路况、交通量等)的干扰,量化车辙沉降深度对轮迹横向分布的影响。以车辙沉降深度为独立变量,以轮迹横向分布方差为应变数建立回归曲线。通过深入研究轮迹横向分布与车辙沉降的相互关系,得出轮迹横向分布的动态变化规律,并以此融入现行的力学经验法平台,达到改进力学经验法模型的目的,以此缓解模型经验系数过多、校正繁琐等问题。

关键词：力学经验法车辙轮迹横向分布

实测车辆轮迹横向分布对钢桥面板疲劳裂纹扩展影响的研究

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实测车辆轮迹横向分布对钢桥面板疲劳裂纹扩展影响的研究

作者：张庆磊北方工业大学

学位级别：硕士

正交异性钢桥面板在国内外的大跨度桥梁中广泛应用,疲劳问题是影响正交异性钢桥面板耐久性的关键问题。抗疲劳设计的前提是得出符合实际运营情况的疲劳应力谱,当前计算疲劳构造细节的疲劳应力谱没有考虑轮迹横向分布概率的影响,导致计... 详细信息

正交异性钢桥面板在国内外的大跨度桥梁中广泛应用,疲劳问题是影响正交异性钢桥面板耐久性的关键问题。抗疲劳设计的前提是得出符合实际运营情况的疲劳应力谱,当前计算疲劳构造细节的疲劳应力谱没有考虑轮迹横向分布概率的影响,导致计算应力谱与真实应力谱之间存在差异。正交异性钢桥面板在桥梁服役期间内直接承受车辆轮载作用,并且作用次数极高,容易发生疲劳裂纹。本文实测了国内某道路车辆轮迹线的实际横向分布位置,给出了车辆轮迹横向分布概率,在基于此实测分布的前提下,采用可以考虑初始裂纹影响的断裂力学法,分析正交异性钢桥面板疲劳构造细节处疲劳裂纹的应力强度因子随裂纹扩展以的变化规律,研究了车辆轮载横向分布对疲劳剩余寿命的影响,本文主要研究内容如下:1.查阅了正交异性钢桥面板在国内外的应用情况,对其疲劳问题、产生原因、研究现状进行了简要归纳,重点分析我国在应用正交异性钢桥面板的过程中出现的疲劳问题。2.总结了国内外车辆轮迹横向分布研究,实际测量了国内某道路车辆轮迹线横向分布位置,统计分析了车辆轮迹线横向位置的频率分布,与国外的分布概率进行了对比。3.根据钢桥面板典型构造细节建立钢桥面板有限元模型,以规范规定的疲劳车辆在车道不同的横向位置进行加载,计算了主要构造细节在不同横向位置加载下的应力历程,依据miner线性损伤累计理论评估了不同横向位置加载对钢桥面板不同构造细节疲劳性能的影响。4.建立正交异性钢桥面板不同构造细节部位裂纹模型,计算了不同车辆轮迹横向分布位置条件下以及不同裂纹长度裂纹的应力强度因子,分析其变化规律,在此基础上,对钢桥面板敏感构造细节的疲劳剩余寿命进行了分析。

关键词：疲劳正交异性板轮迹横向分布断裂力学应力强度因子

关于货车与大客车在不同等级公路慢车道轮迹横向分布研究

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关于货车与大客车在不同等级公路慢车道轮迹横向分布研究

作者：谢振翔深圳大学

学位级别：硕士

车轮经常驶过的地方,它在路面留下的颜色跟不常使用的路面是不同的,使得路面轮胎路径可以很容易观察到。尤其在雪天,这些迹象更明显,因为轮胎的路径是黑色的,其他地方都是白色的。这种轮胎路径现象背后的原因是大部分车辆高频率地经过... 详细信息

车轮经常驶过的地方,它在路面留下的颜色跟不常使用的路面是不同的,使得路面轮胎路径可以很容易观察到。尤其在雪天,这些迹象更明显,因为轮胎的路径是黑色的,其他地方都是白色的。这种轮胎路径现象背后的原因是大部分车辆高频率地经过路面同一位置,而其他位置几乎未使用过。力学经验法(MEPDG)路面设计主要关注集中在沿轮胎路径密集左右位置上的路面性能,因为裂缝,车辙等路面的损害最有可能出现在这些位置。MEPDG道路设计法是一种现代路面结构的设计方法。相比于美国公路局AASHTO道路设计指南,MEPDG能够有更高的道路路面设计精度。因为这种设计方法结合了力学及经验法,这意味着MEPDG把路面受到病害的程度以及路面受力的分析同时考虑进去,这使得MEPDG能够更好的设计出更为合适的道路。在实际的道路设计中,学者们认为MEPDG有助于更准确地设计路面厚度,从而设计出更适合地区的路面结构,延长道路的寿命。本文所探讨通过现代化设备对广东省内部分城市一、二级道路,城市快速路及高等级公路货车的轮迹横向分布进行测量,然后对获得的货车轮迹进行统计分析。随后将不同地区的货车轮迹横向分布数据正态分布的标准差导入MEPDG软件中,得到所观察不同道路在不同的轮迹横向分布约束下路面结构病害走势图,以此来表达轮迹横向分布的差异对路基路面设计的重要性。同时,通过分析MEPDG的预测结果判断省内不同行政区不同等级的道路货车轮迹横向分布,观察是否可以采用或省(市)统一值(二级参数),或者是一路一测(一级参数)。本文所探讨通过现代化设备对广东省内部分城市一、二级道路,城市快速路及高等级公路货车的轮迹横向分布进行测量,然后对获得的货车轮迹进行统计分析。随后将不同地区的货车轮迹横向分布数据正态分布的标准差导入MEPDG软件中,得到所观察不同道路在不同的轮迹横向分布约束下路面结构病害走势图,以此来表达轮迹横向分布的差异对路基路面设计的重要性。同时,通过分析MEPDG的预测结果判断省内不同行政区不同等级的道路货车轮迹横向分布,观察是否可以采用或省(市)统一值(二级参数),或者是一路一测(一级参数)。

关键词：路基路面工程 MEPDG 轮迹横向分布标准差

“双激光测量系统”中获取轮迹横向分布的算法

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“双激光测量系统”中获取轮迹横向分布的算法

作者：王广乐深圳大学

学位级别：硕士

轮迹横向分布可以客观地描述车辆在道路上行驶时轮迹横向位置的分布特点,并且该分布特征对路面的结构力学分析具有重要意义。在研究路基路面被载重型货车损毁的过程中,必须要获取轮胎在道路横断面上经过的分布数据,即轮迹横向分布特征... 详细信息

轮迹横向分布可以客观地描述车辆在道路上行驶时轮迹横向位置的分布特点,并且该分布特征对路面的结构力学分析具有重要意义。在研究路基路面被载重型货车损毁的过程中,必须要获取轮胎在道路横断面上经过的分布数据,即轮迹横向分布特征。对于轮迹横向分布特征的获取,现行的主要方法是摄影录像法,该方法中摄影设备在路边的摆放不仅干扰司机的正常驾驶以至于影响测量数据的客观性,而且影响道路的交通安全。“双激光测量系统”是本课题小组的新型发明专利,“双激光测量系统”作为一种全新的、全天候无人值守的、可自动识别车辆的轮迹横向分布测量系统,不仅为车型和车轮识别创造了条件,也满足了科研和社会生产建设对效率、精确度和安全性的要求。“轮迹横向分布特征测定系统”是“双激光测量系统”中有待进一步开发的重要部分。本课题的研究对象是“轮迹横向分布特征测定系统”中获取轮迹横向分布的算法,即:“双激光测量系统”从采集原始数据开始到最终获取轮迹横向分布特征这一流程。算法步骤包括:1.采集原始数据;2.从原始数据中筛选“车”,即:还原车辆数据;3.计算车速;4.创建“特征轮胎”数据库;5.修正车辆数据;6.通过“特征轮胎”数据库内的“轮胎”和车辆进行相似度对比,识别出载重型货车的“特征轮胎”的“特征点”。本文的验证部分分别在广东省湛江市、深圳市以及湖北省大冶市等地进行了为期累计一个月的数据采集,并对数据进行了试验。首先对湛江市沈海高速公路某段采集到的数据进行了筛“车”试验,将所得车辆数和实际车辆数进行对比,其误差率为:11/1147=0.959%,误差率小于1%,该结果符合预期。对于“计算车速”这一阶段,从深圳市月亮湾大道上的车辆数据中筛选出142辆车的速度值,然后同人工测速枪测得的对应车辆的速度值进行一元线性分析,得到公式:Y=1.0023X-0.0821,R2=0.9997。相似度R2=0.9997,表示两组数据极强相关;系数值1.0023也标志着两种方法得到的速度值相关性极强,从而表明结果的准确性高。“特征轮胎”数据库的创建是通过人工识别的方法,从载重型货车数据中筛选出1000个具有“凸凹凸凹凸”的轮胎并存放到数据库中。而对于“特征点”的识别,试验样本仍然是深圳市月亮湾大道的数据并从中筛选出544辆载重型货车数据,将基于“双激光测量系统”得到的“特征点”作为自变量X,基于视觉的摄影录像法读取的“特征点”作为自变量Y,进行一元线性回归分析,得到公式Y=0.9998*X,R=0.9918。其中,相似度R=0.9918表示两组数据极强相关,自变量X的系数值0.9998代表两种方法所得结果的相关性极高。以上两组“特征点”的对比结果表明,通过“双激光测量系统”获取的道路轮迹横向分布特征精确度也非常高。综上,“双激光测量系统”作为一种全新的、可自动识别车辆与自动分车型测速的轮迹横向分布测量系统,其获取轮迹横向分布特征的结果同传统方法“摄影录像法”获取的结果基本一致。该“系统”避免了传统方法的弊端,数据的采集过程稳定可靠,是一种可以应用到生产和生活中的新型获取轮迹横向分布特征的测量系统。

关键词：轮迹横向分布双激光载重型货车皮尔森相关系数 “正切和弦”

钢箱梁桥面板U肋在轮迹横向分布下的受力与疲劳损伤研究

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钢箱梁桥面板U肋在轮迹横向分布下的受力与疲劳损伤研究

作者：刘楚南长沙理工大学

学位级别：硕士

正交异性钢桥面板因具有众多优点被广泛应用于大跨度桥梁结构中,但这种结构构造复杂,焊接处极易产生应力集中,在各类荷载的反复作用下,疲劳问题突出,因此对钢桥面板进行抗疲劳分析显得十分重要。本文以钢桥面板中最易产生疲劳裂纹处——... 详细信息

正交异性钢桥面板因具有众多优点被广泛应用于大跨度桥梁结构中,但这种结构构造复杂,焊接处极易产生应力集中,在各类荷载的反复作用下,疲劳问题突出,因此对钢桥面板进行抗疲劳分析显得十分重要。本文以钢桥面板中最易产生疲劳裂纹处——U肋与横隔板连接处为研究对象,摒弃传统的单迹线加载方式,采用考虑轮迹横向分布的加载方式对其连接处的应力与疲劳损伤进行计算与分析,探讨了国内外三种轮迹分布概率模型对其连接处疲劳损伤度的影响。运用单参数法,对钢桥面板U肋与横隔板连接处受力与疲劳性能进行优化分析,推荐了相应参数的合理取值。主要工作如下:(1)整理了正交异性钢桥面板的发展历程,对其产生的背景起源、种类形式以及国内外研究现状进行了简单总结,归纳了疲劳的基本概念和分析方法,提出我国现阶段正交异性钢桥面板研究过程中存在的一些问题。(2)分析比较国内外现有轮迹横向分布概率模型,考虑车道宽度、车辆类型等因素的影响,建立了一种新的轮迹横向分布概率模型,并论证了其精确性。(3)建立桥梁最不利荷载位置周边几个节段的有限元模型,在其不同横向位置加载标准疲劳荷载,得出U肋与横隔板连接处的应力分布,根据疲劳损伤理论以及相应规范,计算得到其疲劳损伤度。考虑轮迹横向分布概率,探究国内外三种新旧概率模型对研究处疲劳损伤度的影响,并进行对比分析。(4)采用单参数法,调整此正交异性钢桥面板的主要构造参数,并施加荷载,研究不同构造参数的正交异性钢桥面板在荷载作用下的受力情况,分析其受力特性,并对优化此正交异性钢桥面板受力特性与抗疲劳特性提出建议。

关键词： U肋横隔板钢桥面板有限元模拟轮迹横向分布应力幅疲劳损伤参数分析

考虑轮迹横向分布的钢箱梁桥面板U肋处受力与疲劳分析

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长沙理工大学学报（自然科学版） 2020年第1期17卷 41-46页

作者：肖勇刚刘楚南长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为研究轮迹横向分布对钢桥面板受力与疲劳性能的影响,本研究基于有限元理论建立悬索桥钢桥面板有限元模型,得到不同轮载作用下、不同参数构造的钢桥面板细节的等效应力,并计算其疲劳损伤度;通过数学方法建立车辆轮迹分布模型,确定轮迹... 详细信息

为研究轮迹横向分布对钢桥面板受力与疲劳性能的影响,本研究基于有限元理论建立悬索桥钢桥面板有限元模型,得到不同轮载作用下、不同参数构造的钢桥面板细节的等效应力,并计算其疲劳损伤度;通过数学方法建立车辆轮迹分布模型,确定轮迹在车道不同位置的分布概率,从而提出一种考虑轮迹横向分布的疲劳损伤计算方法。结果表明:U肋与横隔板连接处的应力幅受轮迹横向分布的影响范围较小,约为1.5 m,不必考虑多车效应;U肋与横隔板厚度的增加能改善研究部位的受力性能;U肋腹板处的损伤相对较小,靠近顶板部位、腹板与底板连接部位的损伤较为严重;考虑车辆轮迹分布后的疲劳损伤度下降了74%,因此考虑车辆轮迹的位置可以提高疲劳损伤评估的精确度。

关键词： U肋横隔板钢桥面板应力幅轮迹横向分布疲劳损伤有限元

基于双激光的载重型货车轮迹横向分布测量系统的开发及应用

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基于双激光的载重型货车轮迹横向分布测量系统的开发及应用

作者：范向晨深圳大学

学位级别：硕士

近些年中国经济飞速发展,公路运输仍然是我国境内货物运输的中流砥柱,而且比重在逐年稳步升高,载重型货车在公路货物运输过程中发挥着无可替代的作用,载重型货车的增长率常年高于中国公路里程的增长率,这也意味着中国公路要承受更多次... 详细信息

近些年中国经济飞速发展,公路运输仍然是我国境内货物运输的中流砥柱,而且比重在逐年稳步升高,载重型货车在公路货物运输过程中发挥着无可替代的作用,载重型货车的增长率常年高于中国公路里程的增长率,这也意味着中国公路要承受更多次数的轴载作用,部分道路由于没有精准的路面结构设计而过早地出现了车辙等病害,极大地缩减了公路的使用寿命。随着疲劳概念在路面设计和病害分析过程中的应用,载重型货车的轮迹横向分布成为了必须要考虑的重要参数,而为了获得这种参数,广泛采用基于视觉的摄影录像法;然而,这种传统的方法是劳动密集型的,不但要花费巨大的时间成本,而且所获得的数据是不精准、不客观的。本文综合交通运输工程、路基路面工程、车辆工程、嵌入式开发、计算机程序开发等不同领域的专业知识,根据载重型货车使用的双式车轮具有“凸凹凸凹凸”特征曲线这一重要发现,分析了识别这一特征曲线的可行性,设计了基于双激光的载重型货车轮迹横向分布测量系统,它可用于载重型货车精准的车速测量、交通量调查、车型分类,最重要的还有轮迹横向分布测量。该系统实现了数据采集和数据处理自动化,工作期间不影响路面交通,甚至在夜间也适用。本文的对比验证实验选址为广东省深圳市月亮湾大道6个不同的道路横断面,基于双激光的载重型货车轮迹横向分布测量系统和基于视觉的摄影录像法同时进行,对比试验过程中二者共测量了544辆载重型货车的数据,分别从轮迹横向分布和车型分类结果上进行了对比,结果显示:两种方法得到的轮迹横向分布数据有93.38%的匹配度,其中错误主要来自于基于视觉的摄影录像法数据采集过程和后期数据处理过程的误读,基于双激光的载重型货车轮迹横向分布测量系统在车型分类方面有96.14%的准确率。这项研究有助于改善我国的轮迹横向分布系数仍旧停留在全国通用的建议值的现状,可以帮助相关部门进行更精准的路面结构设计和路面病害预测。

关键词：激光测距传感器载重型货车轮迹横向分布车型分类路基路面工程