CN106570208A - 一种公路运行系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种公路运行系统，包括：轮胎路径摆移公路和路面拓宽宽度公式；所述的轮胎路径摆移公路，车辆轮胎路径可以根据路面标记的变化而周期性的移动变化；所述路面拓宽宽度公式，用于确定所述轮胎路径摆移公路的横断面拓宽宽度以及摆移距离，并可据此建立一个双峰模型，统计摆移前和摆移后轮胎对路面相同区域的作用次数，进而对拓宽后路面的损毁情况进行验算。本发明提供的公路运行系统，在要求的公路设计寿命相同的情况下，通过大幅降低车辆高频率使用路面上相同区域的次数，降低路面沥青混凝土设计厚度，减少材料消耗，降低道路养护频率。TPS：轮胎路径摆移公路Traffic wander：车辆摆移Wheel path：车辆轮胎路径。

Description

一种公路运行系统
技术领域
本发明涉及交通运输工程及公路路基路面领域，尤其涉及一种公路运行系统。
背景技术
车轮经常驶过的地方，路面的痕迹以及路面留下的颜色跟不常使用的路面是不同的，使得路面轮胎路径可以很容易观察到。尤其在雪天，这些迹象更明显，因为轮胎驶过的路径是黑色的，其他地方都是白色的。这种轮胎路径现象背后的原因是大部分车辆高频率地经过路面同一部分位置，而另一部分位置几乎未被使用。路基路面工程领域的力学经验设计法(Mechanistic Empirical Pavement Design Guide，即M-EPDG)主要集中关注沿轮胎路径关键位置上的路面性能表现。因为裂缝，车辙等路面病害最有可能出现在这些位置。但基于这种设计方法，即使位于轮胎路径以外，汽车行驶中很少使用的路面，它们也和车辆轮胎路径上的路面有相同的结构。在美国国家沥青路面实验跑道(NCAT)，轮胎路径之间的中心位置被用作车辙深度测量的参考点，因为轮胎路径以外的道路几乎没有受到破坏。这也表明，即使部分被车辆高频率使用的路面已经损坏到无法正常使用，但仍有车辆低频率使用的的路面保持完好。这种现象突出了路面结构使用的不均匀，而现有的公路运行系统无法提高公路路面结构的使用效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种公路运行系统，提高公路路面结构的使用效率，同时在公路设计寿命相同的情况下，车辆轮迹周期性的转移到另一个横断面位置，抑制了轮迹沉降和裂缝的发展，大幅降低车辆 高频率使用同一路面结构，降低路面沥青混凝土所需厚度，减少材料消耗，降低道路养护频率；
为了解决上述技术问题，本发明提供的公路运行系统是这样实现的；
一种公路运行系统，其特征在于，包括：轮胎(行驶)路径摆移公路和路面拓宽宽度公式；
所述轮胎路径摆移公路，车辆轮胎路径可以根据路面标记的变化而周期性的移动变化；
所述路面拓宽宽度公式，用于确定所述车辆轮胎路径周期性移动变化的摆移距离和路面拓宽距离。
可选的，所述车辆轮胎路径根据路面标记的变化而周期性的摆移变化。周期性的摆移宽度由所述的路面拓宽宽度公式确定。
可选的，所述路面拓宽宽度公式为
ds＝w＝WL-LMW-Wa+(Sd+Wt)/2
其中，
ds＝轮胎路径移动距离；
w＝一条车道拓宽距离；
WL＝一条行驶车道的宽度；
LMW＝平均车轮位置(右轮的边缘到路面标记的距离)；
Wa＝平均轴宽度(两个车轴外侧边缘之间的距离)
Sd＝双轮胎间距
Wt＝平均轮胎宽度
可选的，所述路面拓宽距离公式，得到的距离足够大以减少由于摆移后新荷载位置对原有轮胎路面结构的损害；所述路面拓宽距离在满足上述条件下足够短以达到最少拓宽车道的建设成本。
可选的，根据所述的路面拓宽距离公式，建立一个摆移前后的车流量双峰模型，来对本公路运行系统的路面的损毁情况进行验算。
进一步的，本发明提供的公路运行系统，建立车流量双峰模型用以验算所述路面运行系统的损毁情况。当摆移前后相互影响区域的峰 值小于摆移前后两峰的任一峰值时，所述路面运行系统符合要求。所述双峰模型公式组如下，
式中，σ＝轮迹横向分布方差；
μOTG2＝摆移前轮组的平均中心位置；
μNTG2＝摆移后轮组的平均中心位置；
ds＝权利要求3中所述的轮胎路径摆移距离。
其中，
式中，μOTG2＝摆移前轮组的平均中心位置；
其他符号与权利要求3中所述一致。
其中，f(x)必须代入LMIL进行验证，LMIL为
式中，LMIL＝摆移前轮组与摆移后轮组轮组的轮迹分布重叠中心位置；
其他符号与权利要求3中所述一致。
进一步的，本发明提供的公路运行系统，无需考虑车道数，所述路面拓宽措施仅需要在边缘的一条车道进行；即，所述公路运行系统适用于两车道及以上公路，而建成的轮胎路径摆移公路，随着车道数的增加，经济效益相应提高。
附图说明
图1是本发明的具体实施图以及参数
图2是本公路运行系统在具体实施中的车流量双峰模型验算过程图解
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描绘的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如附图1所示，图的上部为摆移前的公路状况和轮胎轨迹。图的下部用虚线表示摆移后的公路状况和轮胎轨迹。公路的最右边区域是为满足摆移需求而设计的道路拓宽宽度100，这个宽度理论上等于轮胎路径摆移距离。
如附图2所示，摆移前轮组作用次数的累积分布和摆移后轮组作用次数的累积分布的峰值之间的横坐标距离就叫做偏移距离。在这个双峰模型中，摆移前和摆移后的曲线形成了双峰曲线200。这两个正态分布曲线有一部分是相互作用的，叫双峰叠加区域。按统计来说，在这个双峰模型中，如果偏移距离过小，在双峰之间的共同作用的叠加区域能够形成第三峰，并且，这个第三峰有可能超过摆移前累积函数的峰值，具体的第三峰的峰值可通过本专利的权利要求5的公式计算得出。
模拟实验在美国阿拉巴马州一条可使用三十年的典型高容量双车道高速公路上进行，其双车道的AADT(年平均日交通量)为4880辆小轿车。假设交通量不变，因此传统公路AADT值为4480辆小轿车，本发明的轮胎路径摆移公路的AADT值则为2440辆小轿车。在采用美国国家统一的交通数据(车辆摆移标准差，平均车轮位置，双轮胎间距，平均轮胎宽度等)，基于上述数据代入所述路面拓宽距离公式，得出实际中一条车道需拓宽88厘米(约34.5英寸)，即该公路需要的摆移距离和拓宽宽度100为88厘米。
实际比较中发现，为了达到相同的道路使用寿命，本发明中的轮胎路径摆移公路的沥青混凝土层的设计厚度可比传统道路薄37.6％。具体而言，本发明中的轮胎路径摆移公路需要的沥青混凝土层厚度为41.7厘米，而传统道路的为66.8厘米。并且，沥青混凝土使用量可减少30.2％。
随后，对拓宽后路面的损毁状况进行验算。根据权利要求5中的公式算出叠加区域概率密度函数值峰值小于摆移前的峰值。本发明的双峰曲线200验算通过。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种公路运行系统，其特征在于，包括：轮胎路径摆移公路和计算路面拓宽宽度公式；
所述轮胎路径摆移公路，车辆轮胎路径可以根据路面标记的变化而周期性的移动变化。
所述路面拓宽宽度公式，用于确定所述轮胎路径摆移公路的路面拓宽距离。
2.根据权利要求1所述的公路运行系统，其特征在于，所述车辆轮胎路径根据路面标记的变化而周期性的摆移变化。周期性的摆移宽度由所述的路面拓宽宽度公式确定。
3.根据权利要求2所述的公路运行系统，其特征在于，所述路面拓宽宽度公式为
ds＝w＝WL-LMW-Wa+(Sd+Wt)/2
式中，ds＝轮胎路径摆移距离；
w＝一条车道拓宽距离；
WL＝一条行驶车道的宽度；
LMW＝平均车轮位置(右轮的边缘到路面标记线的距离)；
Wa＝平均轴宽(两个车轴外侧边缘之间的距离)
Sd＝双轮胎间距
Wt＝平均轮胎宽度。
4.根据权利要求3所述的公路运行系统，其特征在于，所述路面拓宽宽度公式计算得出的摆移距离需要足够大，使得轮胎不会重复陷入原来的车辙路径，且所述路面拓宽宽度需要在满足上述条件下足够短以控制拓宽车道的建设成本。
5.根据权利要求4所述的公路运行系统，其特征在于建立轮胎作用次数的双峰模型，验证所述路面拓宽宽度是否满足权利要求4。双峰模型的累积分布函数公式为
式中σ＝轮迹横向分布方差；
μOTG2＝摆移前轮组的平均中心位置；
μNTG2＝摆移后轮组的平均中心位置；
dS＝权利要求3中所述的轮胎路径摆移距离。
其中，
式中，μOTG2＝摆移前轮组的平均中心位置；
其他符号与权利要求3中所述一致。
其中，f(x)必须代入LMIL进行验证，LMIL为
式中，LMIL＝摆移前轮组与摆移后轮组轮组的轮迹分布重叠中心位置；其他符号与权利要求3中所述一致。
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