基于動態(tài)稱重的地磅高速公路典型軸載譜分析

介紹了動態(tài)地磅稱重系統(tǒng)的安裝和標(biāo)定，基于山東青臨高速公路主線安裝的動態(tài)稱重系統(tǒng)的實(shí)測數(shù)據(jù)，分析不同軸型的軸載分布特點(diǎn)，得到了山東省高速公路典型軸載譜。

引言

軸載是車輛荷載對路面造成損壞的關(guān)鍵因素。目前，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中，有兩種交通荷載的描述方法。一種是累積當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)軸次( ESALs) 法，該方法用標(biāo)準(zhǔn)軸載進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，如我國以單軸雙輪組100 kN 為標(biāo)準(zhǔn)軸載，將不同重量的軸載按照一定的原則進(jìn)行等效換算 。超載作用通過軸載換算來考慮，但軸載換算公式是根據(jù)有限的試驗(yàn)段數(shù)據(jù)分析回歸得到的 。另一種是用車輛軸載譜和車輛組成描述，該方法用實(shí)際軸載進(jìn)行分析，如美國 AASHTO 的力學(xué)—經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)指南、PerＲoad( 美國瀝青路面聯(lián)盟長壽命路面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)法) 、MnＲoad( 明尼蘇達(dá)州路面設(shè)計(jì)法) 等路面設(shè)計(jì)法，在此類荷載表示方法中，不用進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)軸載換算，每一個(gè)實(shí)際的軸載水平都參與力學(xué)響應(yīng)計(jì)算，可以有效避免當(dāng)量軸載換算帶來的誤差。

我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，瀝青路面設(shè)計(jì)交通量應(yīng)在實(shí)測各類相關(guān)車型軸載譜的基礎(chǔ)上，參照項(xiàng)目可行性報(bào)告等有關(guān)交通量預(yù)測資料，考慮未來各種車型的組成，論證確定各種車型的代表軸載，進(jìn)行不同車型的軸載換算。該方法實(shí)際上是要求采用軸載譜方法采集、分析數(shù)據(jù)，但仍沿用當(dāng)量軸載作為交通輸入?yún)?shù)。隨著計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)在我國高速公路的普及，實(shí)測軸載數(shù)據(jù)得到應(yīng)用，計(jì)重收費(fèi)數(shù)據(jù)不但包含了車輛的類型和數(shù)量信息，而且還包括軸重、軸型及輪胎組成等方面的信息。用軸載譜的方法描述交通荷載比以往采用交通量數(shù)據(jù)和代表車型額定軸載更全面、精確。但是計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)置在收費(fèi)站處，無法獲得道路主線行車道上車輛分布、車速等數(shù)據(jù)。主線行車道動態(tài)稱重系統(tǒng) ( Weight—In—Motion， WIM) 在不對車輛通行產(chǎn)生任何影響的前提下彌補(bǔ)了收費(fèi)站靜態(tài)稱重系統(tǒng)的上述不足。

1.動態(tài)稱重系統(tǒng)安裝及標(biāo)定

動態(tài)稱重設(shè)備按照工作原理主要分為彎板式和壓電式，前者安裝復(fù)雜且損壞后不易修復(fù)。青臨高速采用了壓電傳式動態(tài)稱重設(shè)備，壓電式稱重傳感器是一種得到廣泛應(yīng)用的動態(tài)稱重傳感器。壓電式稱重傳感器具有路面開挖量小、維護(hù)工作量少、適用范圍廣、對路面破壞程度小、斷路時(shí)間短、探測區(qū)域隱蔽性強(qiáng)、車輛不易對傳感器進(jìn)行規(guī)避行駛、使用壽命長、動態(tài)響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，適用于高速車輛檢測，傳感器埋設(shè)于路內(nèi)，與路面融為一體，同時(shí)基于薄膜產(chǎn)品的柔軟性，傳感器將隨著路面的形變而變化。

動態(tài)稱重系統(tǒng)構(gòu)成見圖 1，主要包括壓電膜傳感器、車檢線圈、數(shù)據(jù)采集處理器。在每個(gè)車道各安裝兩條壓電膜，用于獲取車輛軸重、行駛速度等信息，壓電膜覆蓋整個(gè)車道，不會遺漏車輛信息。在兩條壓電膜之間安裝一個(gè)車檢線圈用于檢測車輛的駛?cè)牒婉偝龅刃畔?/span>。在嵌入式計(jì)算機(jī)的控制下，對正常高速行駛中的車輛進(jìn)行重量檢測，并按預(yù)先制定的車輛分型表，自動識別車型，同時(shí)將采集到的車輛的重量、行駛速度、車道流量等交通信息上傳，實(shí)現(xiàn)交通參數(shù)的實(shí)時(shí)、連續(xù)和自動采集。

2.車輛分類

4.結(jié)語

用軸載譜描述交通荷載比傳統(tǒng)的采用交通量數(shù)據(jù)和代表車型額定軸載更全面、精確地反映實(shí)際交通荷載。文章介紹的動態(tài)稱重系統(tǒng)的安裝及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)在代表山東省高速公路交通組成的青臨高速公路主線安裝了動態(tài)稱重系統(tǒng)( WIM) 并進(jìn)行了標(biāo)定，對實(shí)測的 2013 年 5 月至 2014 年 5 月全年的軸載數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。確定了軸載譜參數(shù)，得到了車輛類型分布系數(shù)、貨車車道分布系數(shù)及軸載分布系數(shù)。