基于交通荷载横向重分布的沥青路面预防性养护新技术研究
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摘要
20世纪90年代以来，我国公路建设事业有了突飞猛进的发展。随着公路通车里程的增加，我国公路养护问题越来越突出，特别是高速公路预防性养护技术与发达国家差距很大。我国高速公路绝大部分采用沥青路面，而我国现有的沥青路面预防性养护技术大多是引进国外的成熟技术，自主创新技术较少。研究探索高速公路沥青路面的预防性养护新技术有着极其重要的现实意义。
如何延缓路面病害的发展，延长路面的使用寿命，一直是路面工程专家研究的焦点，但是主要从改良沥青路面材料和路面结构设计两个方面着手。由于交通荷载的重复作用是路面病害发生发展的主要原因，本文从交通荷载对路面的作用规律出发，从交通工程学的角度，提出了沥青路面预防性养护新技术，并对其理论依据、关键技术和应用可行性进行了深入的研究。
本文首先对沥青路面主要病害形成机理进行了分析，总结了路面病害横向分布规律；然后对渠化交通对车辆行驶的约束作用进行了分析，总结了渠化交通条件下车辆轴载的横向分布规律；并验证了路面病害横向分布规律与车辆轴载横向分布规律两者的一致性。在此基础上提出了基于交通荷载横向重分布的高速公路沥青路面预防性养护新技术——车道标线摆移法，并对该新方法延长沥青路面使用寿命的原理进行了深入分析。
车道标线摆移时机的确定是新方法的关键技术之一。本文考虑到新方法与传统路面预防性养护技术配套使用，由此提出了配套法；在深入分析路面车辙深度对行车影响的基础上，提出了路面车辙深度分析法；在分析了交通标线性能的衰减规律及其对交通安全影响的基础上，提出了标线寿命周期法；并对所提出的摆移时机确定方法的选用进行了说明。
车道标线摆移法还涉及到摆移幅度、摆移顺序和摆移频率。考虑到车辙形态对行车的影响以及失稳性车辙形成的微观机理，借鉴力学平衡与削峰填谷原理，提出了两种车道标线摆移幅度的确定方法：压隆法和均衡荷载法，并给出了摆移幅度的量化指标；然后，在对路拱条件下轮载作用力差异性分析的基础上，确定了摆移顺序；在对车辙形态变化和标线逆反射性能衰减分析的基础上，确定了摆移频率。
为了验证车道标线摆移法对沥青路面车辙的恢复作用，进行了室内试验；并在试验的基础上，基于BP神经网络对这种恢复效果进行仿真模拟。
最后，从路面宽度可行性和经济效益可行性两个角度对该新技术的应用可行性进行了分析。考虑到我国高速公路路面宽度的现实情况，从车道标线摆移后对行车的影响进行了分析，提出了基于不等分车道宽度的车道标线摆移方案，分析了其经济效益可行性，并对车道标线摆移实施后的行车影响进行了仿真模拟。
Since the1990’s, the highway construction has been undertaken at a high speed in China.However, there exist more and more problems in highway maintenance with the rapidincrease of the mileage, especially the greater technical gap in preventive maintenancetechniques with other countries. In China, asphalt pavement is adopted for most of theexpressways, and most of the preventive maintenance techniques for them are from othercountries. Therefore, it is of great significance to study and develop new techniques of ourown for the maintenance of the asphalt pavement of expressways.
For a long time, the experts on pavement engineering have been studying the problemsof how to stop the pavement diseases and how to prolong the life-span of pavement. And theyhave mostly centered around the work for the improvement of asphalt pavement materials andthe pavement structures. The author in the present thesis believes that the action from trafficloads is the main cause. He proposes a new kind of maintenance technique from the angle oftraffic engineering and conducts in-depth study of the key techniques and applicationfeasibility on the theoretical basis.
The thesis firstly studies the disease-producing mechanism of asphalt pavement andsummarizes the lateral distribution laws of pavement diseases, and then analyzes the restraintof channeling traffic for vehicle running. The author also sums up the lateral distribution lawsof vehicle axles and examines the uniformity of the lateral distribution from both pavementdisease and vehicle axles. On the basis of these, the author puts forward a new kind ofpreventive maintenance technique——lane marking-changing technique from the theory oflateral redistribution law of traffic loads, and carries out extensive analysis for the principlesto prolong the pavement life-span.
The determination for the right time to change lane markings is one of the key techniquesof the new method. In the present study, the traditional method and the new technique arecombined, hence, the matching method is proposed. The author, in the consideration of theinfluence of rut depth on running, offers an analytical method for pavement rut depth.Through analysis for attenuation law of pavement marking performances and its influence ontraffic safety, the author uses periodic method of markings to explain when and how to change the markings.
The lane marking-changing technique is also involved in the changing extent, changingsequences and changing frequencies. As rut forms may affect vehicle running and there existsmicro-mechanism for the formation of the unstable ruts, the study gives two determinationmethods for the marking-changing extent——pressure augmentation method and balancedload method with the principle of mechanical balance and peak load shifting. After theanalysis for the differences of wheel load under the conditions of arch pavement, the changingsequence is determined, and with the analysis for rut formation changes and markingreflection attenuation, the changing frequency is determined.
In order to examine the recovery of asphalt pavement ruts after the adoption ofmarking-changing technique, the indoor tests were conducted, and BP neutral net was used tosimulate the recovery results of the technique on the basis of the test.
The thesis, at last, analyzes the feasibility and practicability of the new technique fromthe pavement width and economic benefit. In consideration of the actual situation of China’sexpressway pavement width, the author studies the influence on vehicle running after thechanging of the markings, offers practical plans in doing the work, conducts economicfeasibility and stimulate the possible influence on vehicle running after the changing of thelane markings.
如何延缓路面病害的发展，延长路面的使用寿命，一直是路面工程专家研究的焦点，但是主要从改良沥青路面材料和路面结构设计两个方面着手。由于交通荷载的重复作用是路面病害发生发展的主要原因，本文从交通荷载对路面的作用规律出发，从交通工程学的角度，提出了沥青路面预防性养护新技术，并对其理论依据、关键技术和应用可行性进行了深入的研究。
本文首先对沥青路面主要病害形成机理进行了分析，总结了路面病害横向分布规律；然后对渠化交通对车辆行驶的约束作用进行了分析，总结了渠化交通条件下车辆轴载的横向分布规律；并验证了路面病害横向分布规律与车辆轴载横向分布规律两者的一致性。在此基础上提出了基于交通荷载横向重分布的高速公路沥青路面预防性养护新技术——车道标线摆移法，并对该新方法延长沥青路面使用寿命的原理进行了深入分析。
车道标线摆移时机的确定是新方法的关键技术之一。本文考虑到新方法与传统路面预防性养护技术配套使用，由此提出了配套法；在深入分析路面车辙深度对行车影响的基础上，提出了路面车辙深度分析法；在分析了交通标线性能的衰减规律及其对交通安全影响的基础上，提出了标线寿命周期法；并对所提出的摆移时机确定方法的选用进行了说明。
车道标线摆移法还涉及到摆移幅度、摆移顺序和摆移频率。考虑到车辙形态对行车的影响以及失稳性车辙形成的微观机理，借鉴力学平衡与削峰填谷原理，提出了两种车道标线摆移幅度的确定方法：压隆法和均衡荷载法，并给出了摆移幅度的量化指标；然后，在对路拱条件下轮载作用力差异性分析的基础上，确定了摆移顺序；在对车辙形态变化和标线逆反射性能衰减分析的基础上，确定了摆移频率。
为了验证车道标线摆移法对沥青路面车辙的恢复作用，进行了室内试验；并在试验的基础上，基于BP神经网络对这种恢复效果进行仿真模拟。
最后，从路面宽度可行性和经济效益可行性两个角度对该新技术的应用可行性进行了分析。考虑到我国高速公路路面宽度的现实情况，从车道标线摆移后对行车的影响进行了分析，提出了基于不等分车道宽度的车道标线摆移方案，分析了其经济效益可行性，并对车道标线摆移实施后的行车影响进行了仿真模拟。
Since the1990’s, the highway construction has been undertaken at a high speed in China.However, there exist more and more problems in highway maintenance with the rapidincrease of the mileage, especially the greater technical gap in preventive maintenancetechniques with other countries. In China, asphalt pavement is adopted for most of theexpressways, and most of the preventive maintenance techniques for them are from othercountries. Therefore, it is of great significance to study and develop new techniques of ourown for the maintenance of the asphalt pavement of expressways.
For a long time, the experts on pavement engineering have been studying the problemsof how to stop the pavement diseases and how to prolong the life-span of pavement. And theyhave mostly centered around the work for the improvement of asphalt pavement materials andthe pavement structures. The author in the present thesis believes that the action from trafficloads is the main cause. He proposes a new kind of maintenance technique from the angle oftraffic engineering and conducts in-depth study of the key techniques and applicationfeasibility on the theoretical basis.
The thesis firstly studies the disease-producing mechanism of asphalt pavement andsummarizes the lateral distribution laws of pavement diseases, and then analyzes the restraintof channeling traffic for vehicle running. The author also sums up the lateral distribution lawsof vehicle axles and examines the uniformity of the lateral distribution from both pavementdisease and vehicle axles. On the basis of these, the author puts forward a new kind ofpreventive maintenance technique——lane marking-changing technique from the theory oflateral redistribution law of traffic loads, and carries out extensive analysis for the principlesto prolong the pavement life-span.
The determination for the right time to change lane markings is one of the key techniquesof the new method. In the present study, the traditional method and the new technique arecombined, hence, the matching method is proposed. The author, in the consideration of theinfluence of rut depth on running, offers an analytical method for pavement rut depth.Through analysis for attenuation law of pavement marking performances and its influence ontraffic safety, the author uses periodic method of markings to explain when and how to change the markings.
The lane marking-changing technique is also involved in the changing extent, changingsequences and changing frequencies. As rut forms may affect vehicle running and there existsmicro-mechanism for the formation of the unstable ruts, the study gives two determinationmethods for the marking-changing extent——pressure augmentation method and balancedload method with the principle of mechanical balance and peak load shifting. After theanalysis for the differences of wheel load under the conditions of arch pavement, the changingsequence is determined, and with the analysis for rut formation changes and markingreflection attenuation, the changing frequency is determined.
In order to examine the recovery of asphalt pavement ruts after the adoption ofmarking-changing technique, the indoor tests were conducted, and BP neutral net was used tosimulate the recovery results of the technique on the basis of the test.
The thesis, at last, analyzes the feasibility and practicability of the new technique fromthe pavement width and economic benefit. In consideration of the actual situation of China’sexpressway pavement width, the author studies the influence on vehicle running after thechanging of the markings, offers practical plans in doing the work, conducts economicfeasibility and stimulate the possible influence on vehicle running after the changing of thelane markings.
引文
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