SMA路面结冰规律与预警阈值研究.pdf

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1、◎s一⋯一一SMA路面结冰规律与预警阈值研究王晨薇1，叶轩宇2，王宁1，邝德伟3(1．同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海201804；2．江西赣粤高速公路股份有限公司，江西南昌330025；3．江西省交通工程集团有限公司，江西南昌330025)摘要：道路结冰威胁行车安全，引发交通事故，造成重大损失。路面结冰对于道路交通安全的影响主要体现在路面摩擦因数的降低上，为准确预测结冰时机，目前主要以摆式仪法测量路面摩擦因数。采用室内试验模拟我国南方地区冬季sMA路面结冰过程，分析路面结冰规律，建立了结冰路面摆值与温度、降水量以及干燥路面摆值之间的

2、回归模型；确定了用于判断路面是否出现结冰现象的相对摩擦因数阈值。结果显示：路面薄冰的摩擦因数约为o．635一o．645；存在一临界温度，当试验温度高于临界温度时，路面摩擦因数随时间呈缓慢上升最后达到稳定；当试验温度低于临界温度时，路面摩擦因数随时间呈缓慢下降最后达到稳定。并且降水量越小，两级变化规律越显著。关键词：sMA沥青路面；路面结冰；摆式仪法；回归模型；预警阈值0引言现阶段全球气候变化导致极端天气增多，由此引发的道路交通安全问题受到人们的关注。其中冬季道路路面结冰造成的危害最为严重，尤其在我国南方无严寒冰雪地区，不仅存在很大的昼夜温差，而且

3、在雨雪时气温较高，雨雪后气温降低，也会产生很大的温差。在这样的天气条件下，路面极易形成薄冰，且薄冰不易被发现，并不能引起驾驶员注意而降低车速。因此，车辆打滑、追尾甚至冲出车道的交通事故时有发生，尤其是在桥梁、隧道、上下纵坡、弯道和风口路段等特殊路段，路面结冰的存在已经严重威胁到了驾驶员以及乘客的生命和财产安全。据统计，雪天的公路事故率增加25％，伤亡率增加近一倍[1]。因此，建立道路结冰预警系统对于降低冬季道路交通维护成本、保障道路畅通、避免交通事故具有重要意义。国外对于道面结冰条件的研究开始较早。早在1992年，丹麦的Bent[2]主要考虑积水

4、(雪)、温度和热量收支情况，建立道面状态预测模型。该模型可以实现3h以内的高精度路面温度预测，但前提是能够得到精确的实际气温预报模型。1996年，Shao[33等通过采集7个国家41个路面传感器数据，综合分析认为当道面存在积水(雪)且道面温度低于o℃时，道面将产生结冰。同时，利用传感器检测路表温度、气温、露点和风速，进行路面状态的预测。但是预测结果对于不收稿日期：2016—12—15基金项目：江西省交通运输厅科技项目(2014c0003)12上踢么姥N0．12017同类型的路面存在很大的差异。2002年，Samoduro—va[43发现对应不同类

5、型道面结冰，结冰条件也不尽相同，但共同条件是道面温度低于o℃，道面存在积水，同时建立路面短时状态预报模型。国内对道面结冰特征及物理机制的研究近年来也有了较大的进展。2006年，邓长菊等[51研究表明：道路结冰必须具备的两个基本条件是降水和合适的路面温度，且对于降雨天气和降雪天气，结冰温度是不相同的。2007年，刘梅等口1发现降水性质不同时，结冰条件中对气温的要求也不同，但地表最低温度一般都要达到0℃以下。2010年，何小宁等口]得出地面路面结冰需要具备水、雪等气象条件和地面温度≤o℃，但这两个条件都没有实时观测资料，因此要转换为在实时观测资料中有

6、的资料。2011年，李蕊等人[83介绍了湖北部分地区路面o℃低温和路面积水两个条件对结冰的产生和冰面的保持之间的关系。2012年，杜雪松，谢晓光等[9]在细化冬季不同冰雪路面状态类型的基础上，对粗、中、细三种表面粗糙状态路面采用英式摆式摩擦因数测定仪测量了冬季干燥无雪、雪粒、雪粉、冰块状态下的路面摩擦因数。2013年，熊竹，秦杰君口o]针对水泥路面进行不同温度和降水量条件下的室内模拟路面结冰试验，利用结冰率作为评价指标得出预警等级。但是，目前关于结冰预警的很多研究都是建立在结冰检测上，且主要是针对北方的冰雪天气，对南方冰雪天气少有涉及。而南方的冰

7、雪天气特征与北方有显著差异，本文主要考虑我国南方地区的温度和降水量，一s一⋯一◎并从结冰过程人手建立回归模型，实现在结冰出现之前的真正意义上的预警。1数据采集方法与流程1．1试验方法路面结冰对于行车安全的主要影响体现在降低路面摩擦因数，因此选取路面的摩擦因数作为主要的检测指标是较为直观合理的。在众多路面摩擦因数测试方法[11]中，本文选用JTGE60一2008《公路路基路面现场测试规程》[123中的沥青路面抗滑性能检测方法：摆式仪法。即利用摆式仪测得的摆值来表征路面摩擦因数。本文采用室内模拟试验的方法，选取温度和降水量作为路面结冰的影响因素进行结

8、冰模拟，针对SMA沥青路面进行不同温度和降水量条件下的摩擦因数检测试验。试验采用车辙板模拟SMA路面；采用温控冷冻箱模拟冬季的环境温度，