手推式摩擦因數(shù)車在路面抗滑性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

0路面路面的測(cè)定道路的抗滑性能是影響道路安全的重要因素，是確保道路安全的重要指標(biāo)。路面抗滑能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的測(cè)定設(shè)備及方法直接決定了評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性、代表性及工作效率,也影響著路面使用性能的評(píng)價(jià)。中國(guó)現(xiàn)行規(guī)范提出的評(píng)價(jià)路面抗滑性能的方法有:手工鋪砂法、電動(dòng)鋪砂法、激光構(gòu)造深度儀法、擺式儀法和摩擦因數(shù)測(cè)試車法。以上方法的使用具有不同程度的局限性。鋪砂法、激光構(gòu)造深度儀法測(cè)定路面宏觀構(gòu)造深度時(shí),測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定,受人為影響因素較多;擺式儀法測(cè)定路面抗滑值時(shí),速度慢,效率低,由于采用定點(diǎn)測(cè)試,結(jié)果具有一定的片面性,故無(wú)法滿足高等級(jí)公路發(fā)展的需要;摩擦因數(shù)測(cè)試車法雖然可以模擬高速行車狀態(tài)下的最不利狀況,可連續(xù)測(cè)定路面摩擦因數(shù),但設(shè)備體積大、用水量大,且設(shè)備價(jià)格昂貴,使得其推廣應(yīng)用受到一定限制。手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,使用方便,能夠準(zhǔn)確、快捷地測(cè)出路面摩擦因數(shù)。為此,本文分析了手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車的原理、結(jié)構(gòu)及與其他測(cè)試儀之間的相關(guān)性。1測(cè)試車輛的組成和工作原則1.1測(cè)試輪和驅(qū)動(dòng)輪的主要滑移率手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車主要由2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪(或稱行駛輪)和1個(gè)測(cè)試輪(前輪)及機(jī)架組成。驅(qū)動(dòng)輪為花紋輪,測(cè)試輪為光滑輪。驅(qū)動(dòng)輪輪軸與測(cè)試輪輪軸通過(guò)鏈條連接,保證測(cè)試輪具有一定的滑移率。為研究不同滑移率下輪胎與路面間摩擦因數(shù)的變化情況,該設(shè)備設(shè)置了多個(gè)滑移率,相對(duì)于只有單一滑移率的測(cè)試設(shè)備,有了很大的進(jìn)步。手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車的技術(shù)指標(biāo)與參數(shù)見表1。1.2數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)式中:f為摩擦因數(shù);F為輪胎受到的摩擦力;N為垂直壓力。當(dāng)測(cè)試車進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)時(shí),前軸上的扭矩傳感器和后軸上的速度傳感器分別將扭矩信號(hào)和速度信號(hào)傳輸?shù)接涗泝x器,并與記錄裝置組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于該設(shè)備采用車體外灑水,故測(cè)試輪所受到的垂直荷載基本穩(wěn)定。記錄儀可實(shí)時(shí)顯示測(cè)試速度,并將測(cè)試結(jié)果存儲(chǔ)。記錄儀上有USB接口,可通過(guò)U盤將數(shù)據(jù)存儲(chǔ),并利用數(shù)據(jù)處理軟件將其導(dǎo)入excel表格,對(duì)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車及初始界面如圖1所示。1.3測(cè)試結(jié)果的極差值和不確定值測(cè)試使用手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車時(shí),在同一測(cè)點(diǎn)要重復(fù)測(cè)3次,取其平均值作為這一點(diǎn)的代表值。3次測(cè)值之間的離散性表征了手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車的穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)20段不同飾紋類型的路面進(jìn)行摩擦因數(shù)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)同一點(diǎn)的變異系數(shù)大多在3%以內(nèi)。這表明,對(duì)于不同類型的路面,設(shè)備多次測(cè)值之間極差很小,系統(tǒng)自身具有較好的穩(wěn)定性。對(duì)各測(cè)段結(jié)果的極差進(jìn)行計(jì)算并繪制成柱狀圖,如下頁(yè)圖2所示。由圖2可知,對(duì)于不同類型的路面,手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車測(cè)值(HFTC)具有較好的穩(wěn)定性,極差值大多為0.03～0.05。極少數(shù)的極差值達(dá)到0.08以上,這與測(cè)試過(guò)程中條件因素有很大關(guān)系,故不具有代表性,可視為異常值。手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車的重復(fù)性試驗(yàn)是在瀝青路面、光滑地板和橫向刻槽水泥混凝土路面進(jìn)行的3次試驗(yàn)。同種路面上不同測(cè)點(diǎn)的測(cè)值差異被視為重復(fù)性,測(cè)試結(jié)果如圖3所示。由圖3可知,對(duì)于瀝青路面及光滑地板表面的測(cè)值,手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車可較好地反映路面摩擦因數(shù)的差異,并且具有較為滿意的重復(fù)性。對(duì)于橫向刻槽水泥混凝土路面,一方面由于施工時(shí)刻槽紋理很難達(dá)到絕對(duì)均勻,自身的摩擦因數(shù)存在一定的差異;另一方面,當(dāng)水泥混凝土路面的平整度存在一定問(wèn)題時(shí),使得部分區(qū)域輪胎有跳起現(xiàn)象,故會(huì)對(duì)數(shù)值的測(cè)定產(chǎn)生一定的影響。2手推式摩擦因子測(cè)試車輛與其他測(cè)量方法之間的相關(guān)性2.1土路面刻槽機(jī)理測(cè)試試驗(yàn)路位于陜西境內(nèi)藍(lán)田—商洛高速公路李家河3號(hào)隧道。該路段主要采用了目前中國(guó)較為常用的飾紋處理方式:拉毛后刻槽路面及露石混凝土路面,并結(jié)合刻槽路面抗滑性能室內(nèi)試驗(yàn),提出多種刻槽參數(shù)?？滩奂y理技術(shù)方案見表2。采用SCRIM車(橫向式摩擦因數(shù)測(cè)試車)、連續(xù)式摩擦因數(shù)測(cè)試車以及手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車對(duì)試驗(yàn)段的抗滑性能進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)路面的構(gòu)造深度和擺值進(jìn)行測(cè)試,以便于分析手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車測(cè)值(HFTC)與其他測(cè)試指標(biāo)的關(guān)系,為以后的推廣應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。下頁(yè)圖4為所使用的不同抗滑測(cè)試設(shè)備。2.2路面微理對(duì)抗滑性能的影響通過(guò)對(duì)試驗(yàn)路的檢測(cè),將擺值(FB)與手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車測(cè)值(HFTC)根據(jù)不同紋理類型進(jìn)行分類,并對(duì)2種方法的測(cè)值進(jìn)行相關(guān)性分析。不同紋理類型路面的FB與HFTC值的關(guān)系見表3。由表3可見,擺值和手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車測(cè)值的相關(guān)性與水泥路面的紋理類型有關(guān)。拉毛及露石2種類型的路面表面紋理分布較為均勻,尤其是拉毛路面具有豐富的細(xì)觀紋理,使得2種測(cè)試設(shè)備的測(cè)值具有較好的相關(guān)性;而對(duì)于刻槽路面,相關(guān)性則較低。究其原因,由于擺式摩擦儀主要對(duì)路面的細(xì)觀構(gòu)造較敏感,故不能很好地反映出槽寬、槽深及槽間距等參數(shù)對(duì)路面抗滑性能的影響,且操作過(guò)程中受槽壁尖角切削,數(shù)值變化較大,不能反映路表真實(shí)的抗滑性能。手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車同樣對(duì)路面的細(xì)觀構(gòu)造較敏感,但它能較好地模擬輪胎在路面上的行駛狀態(tài),可在一定程度上反映刻槽參數(shù)對(duì)抗滑性能的影響,且操作過(guò)程受外界干擾較小,數(shù)值相對(duì)穩(wěn)定。2.3路面抗滑性能與槽寬及槽間距的關(guān)系路面抗滑性能是路表宏觀構(gòu)造和細(xì)觀構(gòu)造綜合作用的結(jié)果,構(gòu)造深度(TD)表征了路面宏觀構(gòu)造的優(yōu)劣,而細(xì)觀構(gòu)造對(duì)路面抗滑性能同樣具有重大影響。為了探求手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車對(duì)于測(cè)試路面抗滑性能的合理性,建立HFTC、FB與構(gòu)造深度(TD)的關(guān)系,結(jié)果見表4。由表4可知,由于槽深、槽寬及槽間距對(duì)路面抗滑性能都有一定影響,影響構(gòu)造深度變化的因素較復(fù)雜,HFTC與構(gòu)造深度的相關(guān)性相比擺值與構(gòu)造深度的相關(guān)性略高,但數(shù)值仍然很小。對(duì)于拉毛路面,細(xì)觀構(gòu)造十分豐富,此時(shí)影響構(gòu)造深度的因素只有紋理深度一項(xiàng),HFTC與構(gòu)造深度的相關(guān)性較好,可達(dá)到0.7以上。2.4種設(shè)備測(cè)值的相關(guān)性連續(xù)式摩擦因數(shù)測(cè)試車以20、40、60km/h的速度測(cè)試路表的縱向摩擦因數(shù)(PFC),并計(jì)算PFC與HFTC之間的相關(guān)性。2種設(shè)備測(cè)值的相關(guān)性見表5。由表5可知,HFTC與3種速度下的PFC值相關(guān)性較好,但判定系數(shù)R2小于0.90。分析原因,由于路表平整度及較高的測(cè)試速度等因素導(dǎo)致縱向摩擦因數(shù)測(cè)試車跳起現(xiàn)象較嚴(yán)重,部分測(cè)段存在數(shù)據(jù)難以采集、數(shù)值變化過(guò)大和穩(wěn)定性差等現(xiàn)象。2.5可能考慮hftc與其他+scrim車測(cè)試結(jié)果比較的因素SCRIM車分別以20、40、60km/h的速度測(cè)試路面的橫向摩擦因數(shù)(SFC)。為比較2種設(shè)備之間的相關(guān)性,將HFTC與不同測(cè)速下的SFC進(jìn)行比較,比較結(jié)果見表6。由表6可以看出,手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車與SCRIM車測(cè)試結(jié)果具有良好的相關(guān)性。當(dāng)速度為20、40km/h時(shí),HFTC與SFC的判定系數(shù)R2都約為0.94,隨著速度的提高,兩者的相關(guān)性有下降的趨勢(shì),但R2仍然大于0.90。3路面抗滑性能測(cè)定結(jié)果將李家河3號(hào)隧道現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果與HFTC和SFC評(píng)價(jià)路面抗滑等級(jí)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中,SCRIM車采用了20、40、60、70km/h的速度進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》,當(dāng)無(wú)特殊規(guī)定時(shí),異常數(shù)據(jù)的舍棄宜按照K倍標(biāo)準(zhǔn)差(σ)作為舍棄的標(biāo)準(zhǔn),即在分析時(shí),舍棄那些在±Kσ范圍以外的測(cè)定值,然后再重新計(jì)算整理(XˉˉˉXˉ為均值)。當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)n為3、4、5、6時(shí),取值分別為1.15、1.46、1.67、1.82;當(dāng)n≥7時(shí),取值宜采用3。根據(jù)《公路路基路面現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》中對(duì)SCRIM車測(cè)值的速度修正公式,將40km/h測(cè)試結(jié)果根據(jù)速度換算公式轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)速度下的測(cè)值,并根據(jù)《公路水泥混凝路面設(shè)計(jì)規(guī)范》和《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中水泥混凝土路面的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的路面抗滑力等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn),對(duì)路面狀況根據(jù)摩擦因數(shù)大小進(jìn)行分類,同時(shí),采用手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車的測(cè)值對(duì)路面進(jìn)行分類,分類結(jié)果見表7。從表7可以看出,以抗滑指標(biāo)達(dá)到“優(yōu)”等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià),HFTC值得到的評(píng)價(jià)結(jié)果略高于SFC值的評(píng)價(jià)結(jié)果;以抗滑指標(biāo)達(dá)到“良”等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià),SFC值略高于HFTC值的評(píng)價(jià)結(jié)果。當(dāng)以優(yōu)良率來(lái)評(píng)價(jià)路面的抗滑性能,兩者評(píng)價(jià)結(jié)果是相當(dāng)?shù)?。綜上所述,采用HFTC和SFC評(píng)價(jià)水泥路面的抗滑性能得到的結(jié)果基本相當(dāng)。由于現(xiàn)今SCRIM車在中國(guó)尚不具備大規(guī)模應(yīng)用的條件,所以建議在小范圍測(cè)量,或作為施工質(zhì)量控制及交工驗(yàn)收,或在摩擦因數(shù)的分析研究中可使用手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車。4手推式因數(shù)測(cè)試車的優(yōu)點(diǎn)(1)手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車具有性價(jià)比優(yōu)越、使用面廣和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn);手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車與橫向式摩擦因數(shù)測(cè)試車和連續(xù)式摩擦因數(shù)測(cè)試車相比,其購(gòu)買費(fèi)和維護(hù)費(fèi)用均較低,且可在任何路段進(jìn)行測(cè)試,一人便可操作。(2)手推式摩擦因數(shù)測(cè)試車具有測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定、人為影響小的優(yōu)點(diǎn),同一點(diǎn)的測(cè)值變異系數(shù)大多數(shù)在3%