[發明專利]一種基于實時高溫天氣和交通量的瀝青路面車轍預報方法

在審

• 申請號: 201711122159.0
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN107761528A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 董僑;顧興宇;梁曉龍;董尼婭;李松
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: E01C23/01
• 分類號: E01C23/01;G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明屬于瀝青路面養護和使用性能評價，具體涉及一種基于實時高溫天氣和交通量的瀝青路面車轍預報方法。

背景技術

車轍作為瀝青混凝土路面特有的一種破壞形式，表現為沿道路縱向在輪跡帶位置處路面產生的帶狀凹槽。車轍的出現不僅影響行車舒適性，而且威脅行車安全性。我國的高速公路當中，車轍的產生有兩方面不可忽視的原因；一方面由于交通量增長迅速，遠遠超過了設計預期的增長速度；另一方面，重車比例不斷提高，車輛超載現象比較普遍，這種交通條件對路面的破壞作用非常嚴重。

國內外建立了大量的車轍預估模型，主要分為以下三種預估方法：經驗法、理論法、半經驗—半理論法。經驗法是從試驗路或者室內試驗測定數據，采用統計方法建立瀝青混凝土層永久變形與瀝青材料參數、荷載作用次數的經驗關系。但經驗法建立的經驗模型沒有考慮路面結構的整體效應，且預估車轍的公式外延性差，適用面窄，所以經驗法只能用于特定的環境。理論法通過試驗測得瀝青材料的性質參數，利用彈性或者粘彈性層狀體系理論計算路面內部的應力、應變，然后根據路面材料的永久變形同應力之間的關系，建立瀝青混凝土層的永久變形預估模型，但結果與實際觀測值存在一定的差異。半經驗—半理論法采用彈性層狀體系理論或粘彈性層狀體系理論計算路面的應力、應變，并結合室內外實驗，統計得出瀝青混凝土路面的車轍與材料特性、路面結構及荷載作用次數之間的經驗關系式。該方法同時具有理論法和經驗法的優點。

但現有的車轍預估模型通常只關注路面在設計使用期內的車轍總量，不能對短期內的路面車轍進行精確的預測，而且沒有考慮天氣、氣溫和交通量的實時變化對路面車轍的影響。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術的不足，本發明提供一種考慮實時天氣和交通量變化的瀝青路面車轍預報方法。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：一種基于實時高溫天氣和交通量的瀝青路面車轍預報方法，包括如下步驟：

(1)氣象數據信息采集：所述的氣象數據信息包括天氣狀況、單位小時內太陽輻射度和單位小時內的平均氣溫；

(2)交通量數據的采集：所述的數據包括統計該路段的車輛通行量和計算單個車道內每小時的當量軸載作用次數；

(3)建立路面結構的車轍模型：所述的模型根據步驟(1)和步驟(2)得到的氣象數據和交通量數據通過有限元軟件建立車轍模型，根據計算結果分析路面結構在預測時間內的車轍發展情況。

進一步的，步驟(3)所述車轍模型的建立包括以下步驟：首先建立路面結構模型，將太陽輻射和氣溫作為外部熱環境，進行路面結構溫度場的模擬分析，得到路面內溫度的分布狀況；然后定義路面材料隨溫度變化的力學和蠕變參數，施加等效車輪荷載，計算路面車轍隨時間的變化情況。

進一步的，步驟(1)首先采集本地區實時溫度和太陽輻射強度數據，然后分別計算每小時內的溫度變化量和太陽輻射度的變化量。

進一步的，步驟(2)所述交通量采用上一年的日平均交通量。

更進一步的，步驟(3)所述瀝青路面材料蠕變模型采用Bailey-Norton蠕變規律，其中蠕變應變率為應力q和時間t的函數：

式中，為蠕變應變率，q為應力，t為時間，A、m、n為隨溫度變化的模型參數。

有益效果：與現有的車轍預估模型相比，本發明基于高溫季節天氣預報的車轍預報方法采用氣象數據和交通量狀況作為車轍預估的基本參數，模型參數簡單且易于獲取，預測結果準確，考慮了天氣、氣溫的實時變化對車轍發展的影響，能夠體現車轍隨時間的發展情況。本模型可以為交通部門在高溫季節調整交通流或收取高溫通行費提供重要的依據；有助于道路工作者研究路面車轍產生的機理，提出車轍的防治措施；另外，對路面車轍的精確預估有利于養護部門提前制定路面養護計劃，從而提高路面使用壽命、節約路面養護費用。

附圖說明

圖1為車轍深度隨時間變化曲線。

具體實施方式

為了進一步的說明本發明公開的技術方案，下面結合說明書附圖和具體實施例做進一步的闡述。

針對環境因素和交通量對瀝青路面的影響，方便相關部分對道路的養護和損傷分析，本發明公開了一種瀝青路面車轍預報方法，同時也實現準確預測高溫季節高溫天氣下的瀝青路面車轍發展情況，本發明所述的方法利用氣象部門提供的氣象預報資料，結合統計的交通量數據進行路面車轍的模擬計算。本發明優選基于高溫天氣和交通量的瀝青路面進行車轍的預報，下面以高溫天氣環境下瀝青路面的車轍預報做詳細的闡述。