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众所周知,路面在行车荷载和自然因素的综合作用下,会产生各种损坏现象,PCI指标可以对路面损坏类型、损坏程度及损坏范围作定量描述。
然而,对于道路使用者而言,相比于道路表面的具体损坏,更关心乘车舒适性与安全性。
路面平整度指标不仅影响驾驶员及乘客行驶舒适性,而且还与车辆振动、运行速度、轮胎摩擦等关,是一个涉及人、车、路三个方面的指标,是路面评价的一个重要指标。
因此,在这一篇文章中我们将初步系统认识这一性能指标。
路面平整度定义
路面平整度大致可以概括为由三种剖面的竖向变形构成:纵向的、横向的、水平向的。目前路面平整度研究的主要对象是纵向变形。
图1路面平整度构成
路面纵剖面的平整度按波长可以分为长波、短波和粗糙纹理。长波引起车辆的低频振动,短波引起车辆的高频振动,而粗糙纹理则引起轮胎的行驶噪音。在道路的横断面上表现为车辙和横断面的不平,引起车辆的侧翻。国际道路协会(PIARC)给出不同路面类型的波长和频率,以及车辆在行驶过程时车路相互作用和物理现象。
图2PLARC路面构造分类
根据上文可知,路面平整度问题是一个复杂性问题,从不同角度出发,有不同内容的解释,目前“路面平整度”定义也是多样的。
目前对路面平整度定义较为合理的是美国试验与材料协会(ASTM)的定义,将道路平整度定义为:路面表面相对于理想平面的竖向偏差,它具有影响车辆动力特性、行驶质量和路面动力荷载三者之间的数值特征。
路面平整度检测
路面平整度检测方法及检测设备的研究已经经历了半个多世纪,这些仪器大体可以分为3类:反应类平整度仪、断面类平整度仪和主观评估法。
(1)反应类平整度仪
因为铺面的不平整引起车辆的振动反应,反应类平整度仪通过测量车辆的振动来衡量道路的平整性。
图3平整度仪
由定义可见,反应类平整度仪并不是直接测量铺面表面的高程变化,而是车辆在铺面表面凹凸的激振下的反应。因此,测量结果的时间稳定性差:测量结果因车辆的振动特性随时间和速度的变化而变化。
(2)断面类平整度仪
断面类平整度仪检测的是车辆行驶轨迹下道路表面的高程或高程变化量,通过分析得到道路平整度。
断面平整度仪种类多样,主要包括:水准仪、3m直尺或梁式断面仪、惯性断面仪、纵断面分析仪和激光断面仪等。
图43m直尺
图5APL路面纵剖面仪
断面平整度仪种类多样,主要包括:水准仪、3m直尺或梁式断面仪、惯性断面仪、纵断面分析仪和激光断面仪等。
其他方法属于动态纵断面检测方法,检测精度较高,速度较快,但是设备昂贵,且无法反应人-车-路系统中人的因素。
(3)主观评估法
主观评价指标是用乘车人的主观感觉来评价而得到的评价指标。其优点是把人—车的感觉纳入了平整度的评定,缺点是评价结果受车辆状况、驾车技术和评价人员判断的影响。通常组织评分小组,根据乘车体验和目测检查给予评分,依据小组平均评分的高低,评估路面平整度。
路面平整度评价指标
平整度发展过程中,路面平整度测定的方法与仪器较多,采用的指标各异。国内外常用的平整度指标主要有:国际平整度指数IRI、直尺测定最大间隙与标准差、功率谱密度PSD、行驶质量数RN、纵断面指数PI、平均评分等级MPR和竖向加速度均方根RMSVA等。
鉴于评价指标较多,本文只对应用较多的IRI指标及RQI指标进行介绍。
(1)国际平整度指数IRI
国际平整度指数是基于反应类平整度仪进行平整度测量的模拟过程,它设定一辆标准车(1/4的模型车),固定车的各种参数,计算一定行驶距离中车内悬挂系统的累积位移与行驶距离比值。检测结果具有统一性及可比性。
图6IRI变化范围
(2)行驶质量指数RQI
路面行驶质量指数RQI是反映车辆行驶的舒适性、安全性和经济性的一个指标,是反映路面服务能力(或水平)的重要参数。
路面行驶质量指数RQI主要是经由主观评分实验得到,主观评分是组织有代表性的评分人员组成评分小组,乘坐车辆在选择路段上按照各自的感觉,对各路段的行驶质量进行评分。评分时要求评分人先确定自己的感觉属于哪个范围,然后给出相应的评分。由此可见,该评价指标考虑了评价个人的主观性因素。
图7RQI调查表
主观评价指标RQI与客观评价指标IRI之间可以建立相应的关系,这一部分将在以后文章中详细论述。
结束语
道路不平整,将加大车辆燃油消耗、润滑油消耗、轮胎消耗以及车辆的机件磨耗,从而大大增加了车辆的运营费用。因此正确地认识并评价路面平整度是道路养护管理者把握好路面当前性能状况的前提。