1、 分類號:?四刪/?諼孝犬海碩士學位論文刻槽水泥混凝土路面抗滑降噪特性研究郭知濤導師姓名職稱 韓森教授申請學位級別 工學碩士 學科專業名稱 道路與鐵道工程論文提交日期 年月日 論文辯論日期 年月日學位授予單位 長安大學辯論委員會主席 王秉綱教授學位論文評閱人 王秉綱教授楊韻華教授級高工摘要我國水泥混凝土路面的抗滑構造在經歷了壓槽、拉槽后,刻槽己成為目前應用最廣泛的構造形式。刻槽多采用橫向,雖然能夠提高路面縱向抗滑性能,縮短制動距離,但無法防止車輛側滑事故發生,且路面噪聲較大。論文針對此問題,研究抗滑降噪的刻槽技術,具有重要的現實意義。本研究通過研究刻槽水泥混凝土路面抗滑機理和噪聲特性,分析刻槽

2、參數對路面抗滑及噪聲的影響,以期優化刻槽參數,到達提高刻槽水泥混凝土路面抗滑性能、降低噪聲的目的。通過對路面抗滑特性及輪胎/路面間摩擦力的分析,提出刻槽水泥混凝土路面抗滑機理三分量模型,并在此根底上,從理論上分析了刻槽參數對其抗滑性能的影響。進行了刻槽水泥混凝土路面抗滑性能室內試驗,分析了刻槽參數對常規抗滑指標的影響。通過輪胎/路面噪聲產生機理及其影響因素的分析,對刻槽路面噪聲特性進行了研究,提出橫向不等間距刻槽路面、縱向刻槽路面降噪機理,提出橫向等間距刻槽路面的噪聲頻譜中的間斷峰值頻率能夠通過刻槽特征頻率進行近似表征。李家河隧道試驗路數據分析說明,刻槽參數對路面抗滑及噪聲均有不同程度的影響,

3、驗證了理論分析的合理性。結合試驗路施工過程,對抗滑降噪刻槽水泥混凝土路面的施工工藝進行分析研究。關鍵詞:刻槽水泥混凝土路面、抗滑降噪、不等間距刻槽、縱向刻槽、輪胎/路面噪聲 , ., , .,? .? ,.。.? ?, ., . ? , , . ,., ? . ;: ;論文獨創性聲明本人聲明:本人所呈交的學位論文是在導師的指導下,獨立進行研究工作所取得的成果。除論文中已經注明引用的內容外,對論文的研究做出重要奉獻的個人和集體,均己在文中以明確方式標明。本論文中不包含任何未加明確注明的其他個人或集體已經公開發表的成果。本聲明的法律責任由本人承當。敝儲繇嚕扣殤叫年羅月;陽論文知識產權權屬聲明本人在

4、導師指導下所完成的論文及相關的職務作品,知識產權歸屬學校。學校享有以任何方式發表、復制、公開閱覽、借閱以及申請專利等權利。本人離校后發表或使用學位論文或與該論文直接相關的學術論文或成果時,署名單位仍然為長安大學。保密的論文在解密后應遵守此規定論文作者簽名:叫年歲月矽日嚕知份導師簽名:文。節年月日長安大學碩士學位論文第一章緒論.問題的提出及研究意義改革開放三十年以來,我國的公路交通建設事業取得了前所未有的成就,截止年底全國等級公路里程到達.萬公里,占公路總里程的.%。在已建成的各等級公路中,水泥混凝土路面以其強度高、穩定性好、無車轍、耐久性好、造價適中、夜間行車可視性好等諸多優點得到了廣泛應用。

5、表.】是我國自年以來歷年水泥混凝土路面建設開展里程。可以看出,截止年,我國公路水泥混凝土路面僅建成,從年到年年的年均增長率為.%;從年到年年的年均增長率為.%;年的年均增長率為.%,說明我國公路水泥混凝土路面自世紀年代以來,每年以%左右的速度迅猛增長。累積 里程同時,水泥混凝土路面里程數在各種鋪面類型中的比例也在迅速增加,如表.】所示。截止年底,我國公路建設總里程.萬公里,其中水泥混凝土路面總里程已經到達.萬公里,占公路總里程數的.%,占水泥、瀝青兩種高級路面總里。程數的.%。表. 我國公路鋪面類型分類統計表然而,隨著經濟建設的開展,公路等級不斷提高、交通量增大、車速加快,水泥混第一章緒論凝土

6、路面的抗滑問題日益突出。尤其是在雨季,潮濕的路面抗滑性能大大降低,易使車輛打滑失控,造成重大事故,導致人傷。:、財產損失等。對此,如何改善水泥混凝土路面抗滑性能,一直是人們關注的焦點。與此同時,隨著人們環保意識的增強,劉水泥棍凝十路面噪聲逐漸關注,“噪聲路而己成為水泥混凝土路面的代名司。在對路面使用品質要求不斷提高的情況下,研究人員展丌了對低噪聲水泥混凝土路面的研究,如發現采爿橫勺小等問距紋理、縱向紋理町降低水泥路面噪盧。我固水泥混凝土蹄】的抗滑怕造形式,先后經歷槽、拉槽、刻槽 ,以壓槽法為主,即用加二個小同的時期“。世紀工成帶有環凸棱或梯形當的輥子,一:抹光的混凝十表而壤功,】棱或凸頭打輥子

7、苣力作用被壓入混凝土一形成凹橢或凹坑,如圖 所小。:;/方法制作的淘枘深度和寬度都受到一定勺限制,一般枉嘣年之后【表曲胖損而連漸】失。以后拉槽法逐漸取代了:槽池,即用具有定剛度的條狀物制作成梳蓖狀,斤一林光后的混獻上表血上,科一定的.下拉動,將條狀物九的濕凝十刮向兩邊形成拉槽,如罔 所小。但足,托精沾深度同樣難以控制,均勻性較差,條狀物的砸度,彈陸,傾角及所受到的壓力郜會明缸影響溝槽深度。豳瞧 潮氏壓棲和掙槽都足新澆混凝十表硬度及砂漿層厚度受到混凝土配比、拌:的均勻性、搗實程度及施工延續時間等多荊扎寨的蟛響而具有小一致性,所制作的溝槽也就存在叫娃的不均勻現象。而月,于拉壓橢時對外表砂漿的推擠作

8、用,濕軟處紋理深,砂漿向兩邊隆起,影響蹄面平整度。針劉進問題,在 兜年代我圍閂行研制了水泥昆凝土路面刻槽機,白此我因的水泥混凝上路面防滑構造普遍采用刻槽形式。剿背,即聚用一組人造金剛石鋸片,相隔一定的問距安裝在同一根軸上形成刀排,刀排在動力馳動高速旋轉,使刀片對已硬化的混凝土產生磨削,從而在混凝土外表上形成邊緣整齊的防滑凹槽 ,如圖 所示。刻精路面的摩擦性能明顯高于非劃槽路面 尤其是雨天情況下,刻槽能夠為路而提提高抗滑性能,降低空通事故的發生。供良好的排水通道,株正輪胎路向州的接觸哉同刻槽路面多采用橫向、矩形斷叫刻槽,這種刻槽路面在輪胎滾動時,噪聲較人;雖能提供良好的縱向抗荊性能,化對于防下側

9、滑作用;人,車輛惻滑市故不斷;甜¨侈劃槽路面的受力效果較差,刻槽邊緣在輪胎作用心力集叫嚴重,易損壞。劉刻槽蹄川亢泔機刪、小等,距刻槽段縱向刻槽路而降噤機州等的研究,陽內塾水處于,門。另外,刻槽施工小標準,缺乏相應的操作規程,刻椅質量難以保證。綜所述,我國水泥混凝嘶叫刻櫧口沒有基十抗滑降噪的考慮卡¨優化,路而機滑和噪聲性能難以令人滿意。【鰣此,論文釗對此情況,劉刻槽蹄麗抖機理、刻槽構造參數的選擇及刻橢施工工藝等進詳細的研究,通過優化刻槽參數、設計新刑刻精形式,到達改善刻槽水泥混凝上路而抗滑性能和降低路面噪聲的日的,具有重要工程意義。本研究從水泥混凝土路血抗卅構造形式入,糾對刻

10、槽水挑混凝土路而展開研究,研究其路【血抗滑機理,分析剡椅參數刈路而抗滑性能的影響。同刪,兼顧刻槽路面噪聲特性,研究了;槽參數對路面噪聲的影響。在此藏礎上提出優化的抗滑降噪刻橢施工工藝,以提川水泥混凝土蹄而使片品質。.國內外研究現狀.刻槽結構參數刻惜結構參數年要包括槽走向、礴型斷面、槽寬、槽問矩及槽深個要素。、槽走向按與行車方向的位置美系.刻槽有橫向、縱向、斜向之分。橫向刻槽的槽走向與行車方向圣直,縱向劃槽的槽走向與行車方向半行,斜向刻槽,的槽走向與行車方向成一定角度,并棱角度人小又有兩種形式:。及。如圖 所示。第一章緒論行車方向.飛縱向刻槽 橫向刻槽行車方向 行車方向.?. .斜向刻槽斜向刻槽

11、、槽型斷面按刻槽斷面形狀劃分,分為矩形斷面、梯形斷面及形斷面三種,如圖.所示。、槽寬如圖.所示,對于矩形槽與形槽,即為槽寬;對于梯形槽,有上槽寬和下槽寬之分。、槽間距槽間距分為刻槽中心距和凈間距兩種。刻槽中心距是指兩槽中心之間的距離,如圖。本研究中所指槽間距除特別指明外,均為刻槽凈間距。 。卜卜?叫卜卜二叫黎撬霾鬟羚簇飄攥生?蘭?一 . .長安大學碩上學位論文、槽深槽深。.國外研究現狀刻槽作為水泥混凝土路面的一種防滑構造形式,在國外尤其美國應用較早,相應抗滑及噪聲方面的研究成果較為豐富。、美國年,加州在州際公路上 進行了水泥混凝土路面縱向金剛石刻槽實驗【.,主要目的在于研究槽間距、槽寬對路面抗

12、滑性能的影響,同時驗證兩種新型刻槽形式的抗滑性。如圖.所示,其試驗路中三個路段采用寬度.的刻槽,其中心槽間距分別為,;一個路段采用較窄的刻槽形式,寬度.,間距;同時采用了兩種改善摩擦性能的刻槽形式類型和類型如圖.所示。鯽.籠廣 .。鈣。.川. 暇熊鬻、產匿霎藿瑟. ?,匿鐾霎雹幸歹產僻,陶燃露疊恐野瑟露冀溺。隧芝莖乏楚量螫莖妻壁奎至:;翻弋;?/ . / .肭.鉀圖. 年美國加州采用刻槽形式采用光面輪胎在路面潮濕情況下,測量了試驗路刻槽前后的摩擦系數,結果如表.第一章緒論所示。可以看出,刻槽.×.槽寬為.,深度.,間距前后,摩擦系數沒有變化;.、.×.、.×.刻槽

13、前后的摩擦系數變化不大。說明增大刻槽間距,對水泥混凝土路面抗滑性能無明顯改善。類型、類型刻槽形式對于提高路面的抗滑性能效果顯著,兩者相比后者更有優勢。分析原因認為,類型的槽間距之間還有鋸齒狀的微型凹槽,等于在提供了宏觀構造的同時,又提供了細觀構造,能提供較高摩擦系數,更好保證車輛行駛平安。年,加利福尼亞州對該試驗路段又進行了進一步的噪聲測試,采用車載噪聲強度測試法,數據分析說明槽寬為.時,刻槽間距變化對路面噪聲影響較小【。表. 年路面摩擦系數測試結果附注:表中.表示刻槽寬度為.,深度.,間距。世紀年代中期,美國波特蘭水泥協會和各州公路和運輸工作者協會等以確保行車平安為主要目標,推薦采用的橫向槽

14、尺寸為:槽深.,槽寬.、槽中心間距。美國聯邦公路局從提高路面抗滑能力和降低噪聲的綜合角度考慮,推薦采用不等間距橫向刻槽:建議槽寬為士.,槽深為一,窄而深的溝槽優于寬而淺的溝槽;槽深平均為.,長安大學碩:七學位論文個別值不小.;槽中心距在范圍內隨機變化,且其中%的槽間距應小于。還規定,無論是采用縱向槽還是橫向槽,按容量法測得的路表平均構造深度最小值應達.。對于曲線路段,采用縱、橫向溝槽組合是減少高速行車事故的有效方法【。例如:采用間距的縱槽與間距的橫槽相組合,既可加強曲線段的行車控制,又可迅速排除路表雨水。美國混凝土協會委員會規定【:橫向刻槽效果最好,槽寬應大于,槽深應小于,間距應在之間。但從不

15、影響窄輪胎車輛摩托車的行車平安性和舒適性角度考慮,的等間距縱向槽布置應是最正確選擇。 一此外,矩形、倒梯形和形斷面刻槽在美國各州均有采用】,常用的尺寸參數如表二一.所示。為了找出抗滑效果最正確的刻槽間距,加州對不同槽間距路面的滑溜事故進行調查后第一章緒論認為:槽間距為時最平安;再考慮到行車的舒適性和刻槽的壽命,加州的刻槽尺寸規定為槽寬.、槽深.、槽間距中心。年,愛荷華州交通運輸部進行了“縱向研磨和橫向刻槽改善路面摩擦性能和斷面特性的研究,其鋪筑的試驗路中采用三種紋理構造形式的試驗路:橫向等間距刻槽、橫向不等間距刻槽以及縱向研磨。每種紋理段落長約,寬.,相鄰實驗段之間間隔.,如圖.所示。紋理構造

16、形成前后的路面摩擦系數測試結果見表.,可以看出刻槽及研磨前后路面的摩擦系數均得到大幅提高。橫向不等間距刻槽縱向研磨橫向不等間距刻槽縱向研磨年威斯康辛州交通運輸部首先提出,等間距拉槽會產生出個別的峰值噪聲,刺激人耳【】。不等間距以及縱向紋理均不會產生類似的峰值噪聲,其采用的不等間距刻槽尺寸尺寸單位為如下:.?.?.隨后,科羅拉多州也有類似發現,并將應用最廣泛的橫向等間距紋理形式改為間距的縱向紋理。行車道 超車道槽形式?花紋胎 光面胎 花紋胎 光面胎 刻槽前橫向刻槽刻槽后 刻槽前橫向刻槽縱向研磨刻槽后刻槽前縱向研磨 刻槽后注:采用摩擦系數測試車來測定摩擦系數,測試速度為約/混凝土路面噪聲與紋理構造

17、特性研究,在威斯康辛州、卡羅來納州、愛荷華州、密歇根州、北達科他州等地,共修建條試驗路,紋理構造包括不同尺寸的拉槽、橫縱向刻長安大學碩士學位論文槽、金剛石研磨等,并對其進行了平均斷面深度及路面噪聲水平的測試¨,研究結果說明:刻槽施工過程中,槽深不易控制,變化性較大。橫向刻槽中,槽寬、槽深越大,噪聲水平越大。在具有相似平均斷面深度情況下,與等間距橫向槽路面噪聲相比,其它紋理構造的降噪效果如表.所示。橫向等間距刻槽的噪聲頻譜圖中存在間斷峰值頻率,該頻率下產生很高的“鳴哨聲,刺激人耳,應當盡量防止。縱向刻槽及瀝青路面的車外噪聲水平最低,并且其紋理構造的耐久性較好。車內噪聲最低的依次為瀝青路

18、面、縱向刻槽路面、不等間距斜向槽。不等間距橫向槽能夠明顯減少或降低間斷峰值頻率,但需要進行專門的槽間距排列順序設計以及精心的施工,否那么,不但起不到降噪的效果,噪聲頻譜中間斷峰值頻率仍然存在,噪聲總聲壓級降低不明顯,甚至不降低【。金剛石研磨路面的噪聲頻譜中不存在間斷峰值頻率,與不等間距橫向槽相比,可降低車外噪聲約。亞利桑那州對四種紋理形式的路面進行噪聲測試說明,隨機間距橫向拉槽的噪聲水平最高,金剛石研磨的噪聲水平最低,兩者相差約】,如圖.所示。四種紋理形式的噪聲頻譜如圖.所示,在低于的頻率范圍內,四種紋理形式的噪聲頻譜相差較大,對應的聲壓水平相差可到達。?寫囂,攸饜 饜 . 囫 . 勵 。縱向

19、刻槽橫向隨機間距 橫向等間距 金剛石研磨路面類型第一章緒論矗勺譽蚤去? ./倍頻程頻帶中心頻率圖. 四種紋理類型路面噪聲頻譜圖加州洛杉磯地區對個路段的測試說明,縱向刻槽前后,雨天情況下的交通事故率降低約%】。縱向刻槽采用寬度.、深度.,中心槽間距,該刻槽形式對于汽車的實用性較好,但對于摩托車那么存在車輪與路面間附著力低的問題。、歐洲各國及日本法國道橋研究所認為,當刻槽外表積比即槽寬與槽寬槽間距之比相同時,減少槽寬、縮小槽間距,抗滑效果最好;當槽間距一定時,增加槽寬可提高抗滑性;當槽寬不變時,縮小槽間距有利于抗滑。當刻槽外表積比超過%,縱、橫向摩擦系數不再增加。通常取槽寬,槽深,槽間距一。丹麥公

20、路局在高速公路水泥路面上刻槽后認為【,在已經硬化的混凝土上進行刻槽本錢較高,在未硬化混凝土上拉槽或壓槽比擬經濟。其所采用的水泥路面防滑構造,主要是利用帶有波紋的氯丁橡膠帶碾壓未硬化路面,以此得到溝槽,效果較好。有的路段還用亞麻籽油做外表處理,以保護第一個冬季中,路面免受除冰鹽的傷害。經過測試證明,用亞麻籽油處理的路段,在開放交通頭年內的路面摩擦系數增加顯著由.增加到.。德國一項研究說明,采用通過法測試噪聲時,縱向刻槽路面的車外噪聲高出露石混凝土路面在之內,而橫向槽路面的噪聲要高出約川。英國多采用尼龍齒耙的橫向拉槽和用振動板所做的隨機塑性刻槽,為了控制路面噪音在范圍內,采用槽寬,槽深。同時,還采

21、用縱向拉槽來減少路面噪音。另外,英國曾做過斜向刻槽的試驗,但其施工技術比擬復雜,同時還存在誘發車輛出現側滑的可能性,應用很少【】。年月, 通過試驗路研究認為,橫向槽路面會產生很大的長安大學碩士學位論文單極子噪聲 ;不等間距槽可降低輪胎/路面噪聲的音調,對降低總噪聲級有利;槽深對水泥混凝土路面噪聲有一定影響【】。日本在水泥混凝土路面和機場跑道中多采用刻槽技術。規定機場跑道的刻槽形式為×槽寬、槽深、槽中心間/疆,縱向刻槽必須在跑道全長范圍內進行,橫向刻槽必須在/跑道寬度范圍內進行【。同時,日本相關研究認為,紋理構造深度越大,噪聲水平越古。、其他國家及組織澳大利亞相關試驗測試說明,槽深增大

22、對減輕噪聲有利。同時,其采用的不等間距槽間距布置方案為尺寸單位為【】:. .?. 一.國際民航組織規定,跑道刻槽形式為、×,且縱向刻槽必須刻跑道全長,橫向距跑道邊以內的范圍。規定槽深、槽寬、槽間距、直線性的允許誤差:直線性/米,平均深度和寬度士.。綜上所述,國外對刻槽或拉槽路面的研究應用時間較長,美國各州已經規定了較為完整的刻槽參數以及刻槽形式,對橫向刻槽路面以及縱向刻槽路面的抗滑及噪聲特.,性也進行了一定研究,但主要是圍繞槽間距中心距、槽走向等展開的,對刻槽路面防滑機理方面沒有建立完整的理論;雖然對不等間距刻槽的降噪效果進行了大量的試驗路數據分析,但結果不盡如人意,沒有提出合理的不

23、等間距刻槽路面降噪機理及間距組合設計原那么;同時缺乏對梯形刻槽路面抗滑及噪聲特性的研究。.國內研究現狀相對而言,我國對刻槽水泥混凝土路面的研究起步較晚,無論是對抗滑性、還是噪聲特性的研究,在深度和廣度上和國外都有著一定的差距。世紀年代后期,開展了國家科委引導性工程工程?“我國水泥混凝土開展對策及修筑技術研究。“八五期間,進行了國家重點科技攻關工程?“水泥混凝土路面抗滑技術的研究專題,針對水泥混凝土路面外表抗滑構造的合理性、耐久性、施工方法等展開了研究,通過河北高牌店試驗路、湖南湘潭一株洲試驗路、湖南蓮易路實體工程和河北石太路實體工程的鋪筑及檢測,完成了對拉槽、壓槽以及刻槽構造形式、施工方法的初

24、步研究,認為【】:從排水能力、施工方便性和噪聲的角度綜合考慮,刻槽的寬度以為宜。從施工方便性的角度出發,一般推薦采用矩形槽,在冰凍嚴重的地區可以采用上寬第一章緒論、下寬的梯形槽。刻槽深度主要取決于施工能夠到達的水平和磨耗這個因素。對于塑性刻槽拉槽或壓槽,最小槽深不宜小于.,對于硬刻槽,深度宜在之間。槽的走向有橫向和縱向兩種。橫向槽具有排水效率高、摩擦系數略大于縱向槽的優點;缺點為行車噪聲較大。縱向槽的優點是噪聲小、行車方向誘導性好、防側滑的能力較強、有利于機械化施工。一般路段推薦采用橫向槽,在彎道處或便于采用機械拉槽時推薦采用縱向槽。等間距刻槽時,槽的凈間距應在之間;變間距刻槽時,槽的凈間距應

25、在之間變化。壓槽、拉槽間距宜取小值,硬刻槽間距宜取大值。在需要控制噪聲的路段,推薦采用隨機的變間距刻槽。年,我國研制開發了第一臺電動刻槽機,開創了我國水泥混凝土路面應用金剛石鋸片來進行外表刻槽紋理制作、保證防滑性能的新時期。目前,刻槽已經成為我國水泥混凝土路面的最主要防滑形式。表.表.為年代以來我國局部高速、一級公路,機場跑道以及市政道路工程中所采用的刻槽構造形式。表.高速、一級公路工程中采用的刻槽參數長安大學碩士學位論文由表.表.可以看出,我國工程應用中采用的刻槽構造有以下特點:。我國高速及一級公路中所采用的刻槽槽寬、槽深絕大局部都在;槽間距以等間距為常用尺寸,合寧高速公路采用了不等間距壓槽

26、的防滑構造;早期修建的路面中,刻槽走向多以橫向為主,只有晉陽高速牛王山隧道舊路面抗滑恢復工程,采用了縱向刻槽;槽型斷面多以矩形為主,只有廣東深汕東高速采用梯形斷面形式。國內幾家采用水泥混凝土路面的機場跑道除徐州觀音機場采用壓槽機壓槽外,其余均采用刻槽機刻槽,其采用的刻槽參數相比高速、一級公路均較大,為×,槽走向為橫向,槽型斷面為矩形。其它市政道路或等級較低道路采用的刻槽尺寸均比高速、一級公路要小,槽寬多用,槽深不等,槽間距控制在范圍內,槽走向以橫向為主,槽型斷面也多采用矩形斷面。在相關工程實踐和研究成果的根底上,我國水泥混凝土路面相關標準對其抗滑構造也做了相關規定。?公路水泥混凝土路

27、面設計標準? 中規定:路面外表構造應采的要求。. .一般路段構造深度. .特殊路段注:特殊路段指高速公路、一級公路的立交、平交、變速車道等處;其他公路系指急彎、陡坡、交叉口或者集鎮附近。年降雨量以下的地區,表列數值可適當降低。?公路水泥混凝土路面養護技術標準? .中對于水泥混凝土路面外表功能恢復規定如下:路面磨光時,可采用刻槽法進行處治。混凝土板刻槽宜采用自行式刻槽機,應在指定的線路上安置導向軌,并將導向輪扣在導向軌上,刻槽深度,槽寬,縫距為。刻槽時宜由高向低逐步推進。?公路水泥混凝土路面施工技術標準? 中對水泥混凝土路面抗滑構造做了更為詳細的規定:細觀構造方面:攤鋪完畢或精整平外表后,宜使用

28、支架拖掛層疊合麻布、帆布或棉布,灑水潤濕后作拉毛處理,布片接觸路面長度以.為宜,細度模數偏大的粗砂,拖行長度取小值;砂較細,取大值。人工修正外表時,宜使用木抹。用鋼抹修正過的光面,必須再拉毛處理,以恢復細微觀抗滑構造。宏觀構造方面:當日施工進度超過時,抗滑溝槽制作宜選用拉毛機械施工,沒有拉毛機時,可采用人工拉槽方式。在混凝土外表泌水完畢內應及時進行拉槽。拉槽深度應為.,槽寬,槽問距。等間距或非等間距刻槽均可使用,為減小噪聲,宜采用后者,但銜接間距應保持一致。特重和重交通混凝土路面宜采用硬刻槽,凡使用圓盤、葉片式抹面機精平后的混凝土路面、鋼纖維混凝土路面,必須采用硬刻槽方式制作抗滑溝槽。可采用等

29、間距刻槽,其幾何尺寸與上款相同;為降低噪聲宜采用非等間距刻槽,尺寸宜為:槽深,槽寬,槽間距在之間隨機調整。路面結冰地區,硬刻槽的形狀宜使用上下的梯形槽;硬刻槽機重量宜重不宜輕,一次刻槽最小寬度不應小于,硬刻槽時不應掉邊角,亦不得中途抬起或改變方向,并保證硬刻槽到面板邊緣。抗壓強度到達%后可開始硬刻槽,并宜在兩周內完成。硬刻槽后應隨即將路面沖洗干凈,并恢復路面的養生。其它:一般路段可采用橫向槽或縱向槽,在彎道或要求減噪的路段宜使用縱向槽。年降雨量小于地區的各級公路混凝土路面,可不拉毛和刻槽;年降雨量長安大學碩上學位論文為的地區,當組合坡度小于%時,可不拉毛與刻槽;組合坡度大于等于%時,執行表.

30、一般路段的抗滑構造規定。高寒和寒冷地區混凝土路面的停車帶邊板和收費站廣場,可不制作抗滑溝槽。雖然我國水泥混凝土路面相關標準對拉槽及刻槽做了簡要規定,并推薦了拉槽及刻槽的參數取值范圍,但仍存在以下問題與缺乏:未對拉槽施工做出具體要求,如機械設備的選擇、非等間距拉槽如何進行組合設計等;未對刻槽施工工藝做出明確規定,缺乏具體的施工考前須知、施工機械設備選擇等;雖規定了有降噪需求的路段采用非等間距刻槽,但未明確如何進行不等間距刻槽、間距如何布置等;雖規定路面結冰地區宜使用梯形槽,但如何實現梯形刻槽、對機械設備等有哪些要求等未明確提出。綜合以上分析,我國刻槽水泥混凝土路面還是以橫向、矩形斷面、等間距刻槽

31、為主,低等級道路還多以拉槽為主,槽寬、槽深等參數缺乏具體的界定,對不同形式的刻槽路面防滑機理缺乏詳細的研究探討。同時,我國還沒有展開對刻槽水泥混凝土路面噪聲特性的相關研究。因此,本研究將著重研究刻槽參數與路面抗滑性和噪聲的相關關系,從而進一步優化刻槽結構參數,使刻槽水泥混凝土路面實現“抗滑降噪。.主要研究內容及技術路線.主要研究內容本研究在充分吸收國內外研究成果的根底上,結合國內實際情況,對刻槽水泥混凝土路面進行研究。主要研究內容如圖.所示,主要包含以下內容:、刻槽水泥混凝土路面抗滑特性研究通過分析路面外表構造特性、路面抗滑性主要影響因素,揭示水泥混凝土刻槽路面抗滑機理。在此根底上,進一步分析

32、刻槽參數對路面抗滑性能的影響,展開室內試驗研究,成型不同刻槽參數的水泥混凝土刻槽試件板,檢測其抗滑性能指標;、刻槽水泥混凝土路面噪聲特性研究通過對輪胎/路面噪聲產生機理進行分析,進一步明確其主要影響因素,在此根底上,分析刻槽參數對輪胎/路面噪聲的影響規律,提出基于降噪的優化刻槽參數。、李家河隧道試驗路研究在上述研究的根底上,提出試驗路紋理類型方案,并對其進行抗滑性能及噪聲測試第一章緒論分析,驗證理論分析的合理性。、抗滑降噪刻槽水泥混凝土路面施工工藝研究結合試驗路鋪筑施工過程,進行抗滑降噪刻槽施工工藝研究。稚畏妖富馘卅儀將匭長安大學碩士學位論文.技術路線針對上述主要研究內容,本論文主要通過國內外

33、資料調研與實際工程調研相結合,理論分析及室內實驗與試驗路工程相結合等技術手段,對刻槽水泥混凝土路面抗滑降噪特性進行研究,如圖.所示。.本章小結本章簡要回憶了我國水泥混凝土路面及其防滑構造形式的開展歷程,提出了改善其抗滑降噪外表功能的重要性;介紹了刻槽結構參數的概念;對國內及國外的刻槽水泥混凝土路面研究應用現狀進行了總結歸納,并在此根底上提出了本研究的主要內容和技術路線。第二章刻槽水泥混凝土路面抗滑特性分析第二章刻槽水泥混凝土路面抗滑特性分析.路面抗滑特性分析.路面紋理構造特性年,世界道路組織協會認根據路面紋理構造的波長水平向尺寸、波幅豎向尺寸大小,結合其分布及作用,將路面紋理構造特性分為細觀構

34、造.、宏觀構造.、大構造和平整度四類【。其中對路面抗滑性能影響最為顯著的是細觀構造和宏觀構造兩種【】。細觀構造是指波長小于或等于.的構造。水泥混凝土路面的細觀構造取決于混凝土攤鋪完成后,路面的外表飾面工藝。采用土工布或粗麻布拖拉,均可獲得較好的細觀構造。細觀構造為路面提供最根本的抗滑力,即輪胎與路面之間的附著力,是路面摩擦系數的主要來源【】。同時,細觀構造的存在也是輪胎磨耗的主要影響因素之一,對輪胎/路面間的高頻接觸噪聲也有一定影響。宏觀構造是指波長在.一之間的構造,其波幅為波長的.倍。普通水泥混凝土路面的宏觀構造主要由壓槽、拉槽及刻槽等外表紋理制作工藝形成;露石水泥混凝土路面的宏觀構造那么取

35、決于裸露集料的粒徑大小、形狀及分布情況等。宏觀構造除了能夠提供輪胎/路面間摩擦力的滯阻摩擦力分量之外,對路面抗滑性能的主要奉獻在于:雨天情況下,輔助路面排水系統及時排水,為輪胎/路面之間提供有效的積水宣泄通道,使輪胎/路面處于“枯燥接觸狀態,抑制或減弱滑水的發生,減緩路面抗滑力在高車速下的衰減。.輪胎與路面間摩擦應用摩擦學理論分析枯燥狀態下輪胎與路面間的摩擦力構成,可歸納為以下四個方面【, ,。、輪胎與路面間的分子引力作用實踐說明,當兩個物體外表之間相距非常近時,其間的分子引力作用是相當客觀的,這種分子引力就構成了輪胎/路面間摩擦力的一局部【】。這種摩擦力除與輪胎和路面材料的性質有關外,還取決

36、于輪胎/路面間實際接觸面積的大小,受路面狀態,如污染、水膜、灰塵及濕度等影響較大。、輪胎與路面間的粘著作用相關研究說明,與金屬間的粘著類似,輪胎與路面間存在粘著作用。對輪胎進行長安人學碩上學位論文磨損試驗后,可在輪胎外表找到粘著在其上的路面磨粒;在路面上也可發現粘著在其上的橡膠磨粒。另外,輪胎/路面間的靜電吸引也是輪胎與路面發生粘著的證明。由粘著作用而產生的摩擦力與輪胎與路面材料性能、接觸面壓力等有關。、胎面橡膠的彈性變形與金屬材料不同,橡膠是一種彈性非常好的材料。在路面較大微凸體及胎面花紋等的作用下,胎面橡膠會反復產生較大的彈性變形,這種彈性變形所產生的變形力與彈性變形恢復力的合力也構成了摩

37、擦力的一局部。不同胎面花紋輪胎在縱向或橫向載荷作用將產生完全不同的變形情況,因此產生縱向或橫向摩擦力的能力也完全不同,這充分說明了橡膠彈性變形對輪胎與路面間摩擦力產生有重要作用。這種摩擦力主要取決于胎面花紋和路面上較大尺寸的微凸體的性能等。、路面上小尺寸微凸體的微切削作用在載荷作用下,路面上較小尺寸的微凸體會在胎面的局部產生較大的應力集中【。當胎面上所產生的局部應力超過了其斷裂強度時,在切向力的作用下,路面上尺寸較小的微凸體就會對胎面形成微切削作用,微切削過程中產生的阻力構成了輪胎/路面間摩擦力的一局部。輪胎摩擦外表的掃描電鏡照片證實了輪胎與路面間微切削作用的存在。由微切削作用產生的摩擦力除與

38、輪胎及路面的材料性能有關外,主要取決于路面上較小尺寸微凸體的大小、分布情況及鋒利性等。.刻槽水泥混凝土路面抗滑機理三分量模型目前,刻槽水泥混凝土路面的刻槽尺寸一般為槽寬,槽凈間距,槽深。由前面分析可知,其路面紋理構造特性主要屬宏觀構造范疇;與此同時,在混凝土鋪筑完成后,進行外表拉毛處理,槽齒局部未刻槽局部存在一定的細觀構造。因此,刻槽水泥混凝土路面的紋理構造可分為宏觀構造為主和槽齒細觀構造為輔兩局部,如圖.所示。墾. .一?. .?蘭?.?一一.刻槽水泥混凝土路面紋理構造宏觀構造光滑刻槽槽齒局部細觀構造對刻槽水泥混凝土路面的抗滑機理進行分析要從宏觀構造和細觀構造兩方面進行,不同的構造對抗滑奉獻

39、不同,結合摩擦學理論,本研究提出用三分量模型來表示:第二章刻槽水泥混凝土路面抗滑特性分析.式中:卜刻槽水泥混凝土路面抗滑性能;乃?由減弱滑水保證接觸對抗滑力的提高量;為與路面潮濕狀況有關的系數,路面潮濕有水時取,枯燥時取;卜滯阻摩擦力分量;廣一粘著摩擦力分量。刻槽水泥混凝土路面的抗滑機理三分量可通過圖.進一步說明。槽齒細觀構造提供粘著摩擦力分量輪胎變形嵌擠提供滯阻摩擦力分量滯阻摩擦力分量和粘著摩擦力分量可由式.、式.表示:只蘭 .。.,式中,為輪胎橡膠滾動及滑動過程中產生的能量耗散,為滑移距離;為輪胎胎面橡膠的剪切強度,為實際接觸面積。.減弱滑水保證接觸輪胎與路面在潮濕甚至有水存在狀態下的接觸

40、形式包括兩種:邊界層潤滑型接觸和長安大學碩十學位論文彈性動力潤滑型接觸【。當路面水膜厚度較小幾個分子層厚度,輪胎與路面接觸較為緊密時,發生邊界層摩擦,如圖.所示。該接觸形式發生在低速下,輪胎與路面之間能夠產生足夠摩擦力,保障行車平安。?一?當水膜厚度加大,車速較上下于完全滑水對應的臨界速度時,輪胎前進方向上的水產生積聚,而使輪胎發生彈性凹陷水的慣性和粘滯性阻力是引起此種凹陷的原因,并形成向上的壓力,由此而導致摩擦力的急劇下降,這種現象稱為水動力潤滑滑水現象,如圖.所示。此時,輪胎與路面的接觸區域根據潤滑形式的不同可劃分為三個區【】:非接觸區、間斷接觸區以及完全接觸區,如圖.所示。行駛方向非接觸

41、區的水膜厚度較大,屬彈性水動力潤滑模式,輪胎與路面沒有接觸,無摩擦力存在;間斷接觸區存在間斷水膜,屬混合型的潤滑模式,輪胎與路面之間處于不連續接觸狀態,摩擦力不連續;完全接觸區根本為“枯燥區域,屬邊界層潤滑模式,輪胎與路面能夠保持一定的緊密接觸,具有摩擦力。當水膜厚度繼續增大,非接觸區和間斷接觸區的水膜厚度增大,導致完全接觸區域進一步變小,輪胎/路面間的摩擦力進一步減小。當車速進一步增加時,非接觸區與間斷接觸區向完全接觸區移動,進而導致完全接觸區消失,輪胎/路面完全別離,出現完全動力滑水現象。顯然,滑水現象與水膜厚度有關,的研究說明,.的水膜厚度就會引起滑水現象【。第 口到槽水%恥十路自抗特性

42、分析刻惜水泥混凝土路面存在縱向或橫連續的勾槽,降量較,能夠及時將輪胎/路而【的積水順利排走,從而保持輪胎/路面之剮的邊界層潤泔五。接觸,使其處于“干燥接觸狀態,提供較好的摩擦力。降雨量較大,水膜厚度進一步【】太,由丁淘惜的存在,輔助路?排水系統及時排水,會減小輪胎路九之【勺水膜厚度,完爭接防咀駛問斷接觸區【稅增大,抑制或減弱卅水的發生,使得輪胎/跚而之能夠保舶較人而積的相刈“燥接觸狀態,輪胎與路面之陽的荷與摩擦得以較好地實現,從而減緩刻槽水泥混凝土路而抗滑力存高牟速的衰減。如 .所小。顯然,劃惜路向減塒滑水的能力與刻背參數人小密七柏蓯。.嵌擠作用提供滯阻摩擦力滯阻胯擦力分量主要與輪胎橡膠變形以

43、及其內部的能量損耗有關。輪胎主嬰是由橡膠或類橡膠材料制作而成,在刻槽水泥混凝路而一滾動時,于刻梆足按一定川隔存存的,具有彈悱的輪胎胎斷橡膠材料與路面的接觸為一種縱向或橫向不連續狀態,由此導致胎面橡膠,。生反復的彈性變形,這種狀態下的彈性變形相對光滑路血耍大得多.由此產生的彈性變形力與恢復力的合力構成了滯阻摩擦分力量圳。.】時,胎面橡膠村料存變形過程中存在彈性滯扁效應,即彈性變形恢復力總是小于彈陀變彤,這一過程伴隨著能置的損耗,損耗的能箍在輪/路面摩擦過程葉以熱。的形式耗散掉,提高滯阻摩擦力分量另外,車輛荷載越大,輪胎與路自接觸叫變形加大,嵌擠入刻槽內部的局部越多,與刻槽槽蛙的接觸越緊密,產生摩

44、擦力。.槽齒提高牯著擦力粘著摩擦力分量主要是由細觀構造所提供的,可以用橡膠表琺分子幽熱活化而產生的制滑現象來說明。粘假設是指由于輪胎橡膠材料分子與刻槽槽齒局部路面之間形成結合長安大學碩士學位論文和切斷,使橡膠分子發生伸縮,從而引起能量損耗的現象【瑚刀】,將輪胎與路面間粘著點剪斷所需的力就是粘著摩擦力分量。由粘著作用而產生的摩擦力主要取決于輪胎與路面材料的性能、接觸面之間的壓力、路面狀態以及輪胎與路面間的實際接觸面積。水泥混凝土路面鋪筑完成后,外表要進行拉毛處理,制作細觀構造,之后等混凝土路面到達一定強度之后再進行刻槽施工,制作宏觀構造。因此,刻槽槽齒局部的細觀構造能夠在刻槽之后得以保存,為輪胎

45、與刻槽路面之間提供了粘著摩擦力分量。.刻槽參數對路面抗滑性能影響分析.刻槽走向、縱向刻槽縱向刻槽在縱向行車方向是連續的,而橫向是間斷的。輪胎上作用有縱向力時,縱向刻槽路面受到方向相反的較小水平力,輪胎胎面的切向變形很小;輪胎上作用橫向力時,路面上的縱向刻槽相當于假設干個小懸臂梁,隨之產生較大的橫向反作用力,阻止輪胎側向滑移。因此,當輪胎上同時作用縱向力和橫向力時,輪胎與縱向刻槽路面間的摩擦將主要偏向于橫向,即縱向刻槽有較好的橫向防滑能力。在某些情況下緊急剎車制動,縱向刻槽路面還存在犁溝效應,由此產生的摩擦力,能夠縮短制動距離,保障行車平安。犁溝效應是金屬摩擦學中的一種現象,是指硬金屬的粗糙峰嵌

46、入軟金屬后,在滑動中推擠軟金屬,使之塑性流動并犁出一條溝槽,該過程中產生一定的阻力【】,如圖.所示。一剪切面犁溝面在緊急剎車制動情況下,假定水泥混凝土路面的縱向刻槽為硬金屬,輪胎橡膠為軟金屬,由于車輛輪胎橡膠變形,縱向刻槽必會嵌入到輪胎橡膠內部,并且在車輛輪胎滑動中推擠橡膠,并“犁出一條溝槽,這一過程中產生的阻力成為縱向刻槽路面抗滑力的重要分量。同時,縱向刻槽路面能夠增進方向控制,有效地降低事故犁。、橫向刻槽與縱向刻槽相反,橫向刻槽在橫向上是連續的,縱向上是按一定距離槽間距間第二章刻槽水泥混凝士路面抗滑特性分析斷分布的。輪胎在橫向刻槽路面上滾動時,出現輪胎與橫向刻槽的周期性重復碰撞,由此產生的

47、輪胎橡膠變形能量損失轉化為摩擦力的一局部。同時,當輪胎上同時作用有縱向力和橫向力時,輪胎和路面間的摩擦力方向將主要偏向于縱向,即橫向刻槽有較好的縱向防滑能力。同時,由于路拱橫坡度的存在,橫向刻槽可很好的輔助路面排水。、斜向刻槽對于斜向刻槽而言,輪胎在橫向力和縱向力共同作用下,其路外表的橫向和縱向反作用力都會產生,在彎道路段上應用效果較好,一般路段應用時容易出現車輛側滑現象。.槽間距刻槽間距越小,單位長度范圍內的刻槽數量越多,輪胎與路面的實際接觸面積就越小如圖.所示為采用計算法得到的不同槽寬下,槽間距減小實際接觸面積的變化趨勢,相同輪胎壓力和車輛荷載下,輪胎/路面單位接觸壓力越大,輪胎/路面間的

48、附著力大,路面摩擦性能好。槽寬¨ 槽窀¨ 槽窀一輜值疊蛸崆襪在刻槽深度一定的情況下,刻槽日距越小,將增加阿天情況下路面的排水通道,加快路面水的排出,能夠更好的減弱滑水,保證輪胎/路面間的接觸。刻槽間距如果過小,在一定的水平力下,尤其車輛制動時,槽齒局部受到的剪應力增大,耐久性不好,易損壞【;同時,輪胎/路面接觸局部的壓強增大,會加劇輪胎磨耗;對施工也會帶來困難。此外,槽間距過小會給施工帶來麻煩,降低施工效率。.槽寬在其它刻槽參數不變時,增加槽寬可輔助路面排水系統提高排水能力,使輪胎/路面之間的水盡快排除,保持輪胎與路面的接觸狀態,從而有效防止或降低雨天情況下出現滑水現象的可

49、能性。還可減弱或防止出現水霧現象,影響駕駛人員行車視線。另外,單純增大槽寬,意味著刻槽凈間距減小,輪胎/路面實際接觸面積減少如長安大學碩學位論文圖.所示為采用計算法得到的不同槽間距下,槽寬增大實際接觸面積的變化趨勢,單位接觸壓力增大,進而提高輪胎與路面的附著力。同時,輪胎變形局部,嵌擠入刻槽內部的面積增大、嵌擠深度加大尤其對于縱向刻槽而言,同樣有利于提高路面與輪胎之間的摩擦力。娶嚏墨鯔監襪相關研究說明,槽間距時,路面橫向力系數駢隨槽寬增加而提高,但槽寬超過后呈下降趨勢【,如圖.所示。當然,在刻槽間距不變的情況下,單純增加槽寬,刻槽凈間距變小,車輛制動時,槽齒局部易損壞,耐久性不好;同時,易加劇輪胎的磨損。槽寬過大對路面平整度也會產生不良影響。槽寬圖. 與槽寬關系曲線槽中心間距.槽型斷面輪胎在滾動過程中,與刻槽之間存在重復撞擊,刻槽邊角部位受到輪胎沖擊荷載和垂直荷載的聯合作用,產生應力集中現象。梯形槽受力效果明顯好于矩形槽,矩形槽邊角局部的應力集中現象明顯。研究說明,施加相同荷載時,槽寬,槽深,矩形斷面刻槽的邊角頂峰應力值到達.,而梯形斷面刻槽僅為.,如圖.所示。第二章刻槽水泥混凝土路面