基于变异性分析的车辙预估模型修正

《基于变异性分析的车辙预估模型修正》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于变异性分析的车辙预估模型修正（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、基于变异性分析的车辙预估模型修正摘要：精确实用的车辙预估模型是改善车辙设计的关键技术之一。本文在基于全厚度车辙试验的车辙预估模型的基础上，对建立的车辙预估 模型进行了参数统计变异性分析，研究温度、轴载、车速等参数的变异性 对预估模型结果的影响规律，在此基础上，对原车辙预估模型进行了修正, 并通过算例证明了修正后模型的有效性。得到如下结论：温度、速度统计 变异性对车辙预估结果影响较大，随着统计变异性的增大，车辙预估值增 大；轴重统计变异性对车辙预估结果影响较小；对车辙预估模型进行统计 变异性修正后，可以提高预估精度。关键词：车辙预估；变异性；全厚度车辙试验；温度；车速一、引言车辙破坏是造成沥青路

2、面结构破坏，降低路面服役性能的最严重的损 坏模式Z-,且车辙损害普遍存在，容易反复，造成了严重的交通安全隐/QP O合理的车辙预估是改善车辙设计的基础，对车辙问题进行合理预估能 够在设计阶段就采取措施，预防和降低车辙病害发生的机率机率与程度。 通过建立的车辙预估模型，预估所设计路面的抗车辙能力，判断路面结构 设计和材料设计是否达到规范耍求或设计冃标，以实现对设计的校核，可 以改善设计的合理性。吴瑞麟等围绕全厚度车辙试验进行了一系列的研究，进行了不同条件下的全厚度车辙试验，并取得了一些成果1-3 o关宏信等研究了考虑沥 青路面面层的温度梯度的全厚度试验4 o杨博等用有限元数值模拟方法 论证了研究

3、沥青路面组合结构车辙试验的可行性，并在此基础上进行了沥 青路面高温抗车辙性能试验，分析了沥青混合料材料因素和组合结构因素 对车辙性能的影响5,6。罗辉等7-9基于全厚度车辙试验，可以代表沥青路面材料、路面组合结构、整体厚度的效应，通过改变试验条件，获 取轴载作用次数、轴重、温度等的影响规律；在此基础上，利用有限元分 析方法探明速度对车辙的影响规律，最终，合理整合得到如下的车辙预估 模型。R=1313? R（N4h）+（“NN了4h“）DS ？ （T/t_o）4.652？ （L/L_O）1.527？ （V /V0）一3.511 （1） 式（1）中，R （N） ”由全厚式车辙试验曲线获得；4h为

4、全厚式车辙试验4h的碾压次数；R （ N _4h ）为4h时刻试件 的永久变形量，即N=N4h时R （N） 的值;DS为车辙试验曲线上4h时刻的曲线切线的斜率，类似于常规车辙试验的动稳定度；N是荷载 作用次数，且NN 4h ； T、L、V分别代表温度（C）、轴载（MPa）、速度（km/h）, T_0 K、LU_O、V_0分别代表参考温度（C）、参考轴载（MPa）、参考速度（km/h）0但是，式（1）得到的车辙预估模型，输入参数中的温度、轴重、速度为常数，通常经统计而来，按一定的规则取均值，或转化后的均值。事实上，在沥青路面运营过程中，所经历的温度是不断变化的，行车荷载 的轴重也是在一定范围内分

5、布的，速度也一样。因此，采用统计均值作为 式（1） 的输入，忽略其实际的分布规律，对预估结果是否有影响，需 要进一步的研究。本文在基于全厚度车辙试验的车辙预估模型的基础上（式（1）,分 析温度、轴重、速度的统计变异性对预估结果的影响规律，在此基础上， 对式（1） 作进一步的修正，以更真实地反映路面的实际运营状态，提 高车辙预估模型的精度。二、温度、轴重、速度的统计规律考虑车辙多发于高温季节，且温度越高、轴载越重、速度越慢，车辙 变形越严重，本章探索沥青路面建成后投入运用过程中温度、轴载、速度 等的统计变异性对车辙预估的影响规律，出于简化考虑，将温度、轴载、 速度的分布规律都按正态分布来考虑，并

6、定义标准差与均值的比值为统计 变异性。参数统计包括温度、轴载和速度等参数概率分布和变异性，本节 变异性分析按表1的统计规律來进行。三、温度统计变异性分析假设温度分布服从正态分布，均值为40C,标准差变异性分别为0（相 当于温度不变的情况）、5%、10%、15、20%、25%、30%、35%的正态分布。 取轴载作用100000次。为考察温度变异性对预估模型的影响，取轴重为 100kN、车速80km/h保持不变。利用式（1）,分别计算不同工况下的车辙 深度。车辙计算方法：首先，计算不同温度下作用的分布概率（均值3倍标准差范围内，保证概率99. 7%）；然后，计算出不同温度下荷载作用次数; 接着，利

7、用式（1）分别计算不同温度下的车辙变形量；最后，汇总各温 度下的车辙变形，即为该工况下的车辙深度计算值。具体如表2所示。为简化分析，考虑车辙变形在稳定阶段发展，则式（1）可简化为： 为节省篇幅，温度变异系数为10%和35%的车辙计算表格未列出。汇总温度变异系数为0%-35%的车辙计算结果，可得到图lo由图1分析可知，车辙变形量随着温度变异性的提高，车辙量呈增大 趋势。用表示变异系数；RT变异表示考虑温度单独变异性影响得到的车 辙变形量；R0表示变异性为0%时的车辙变形量。绘制各和RT变异/R0的 关系曲线图（图2）,拟合得到和RT变异/R0存在如式（3）关系，相关 系数R 2 二0.999。四

8、、轴载统计变异性分析假设轴载分布服从正态分布，均值为WORN,标准差变异性分别为0% （即轴载不变的情况）、5%、10%、15、20%、25%、30%、35%的正态分布。取轴载作用100000次。为考察轴载变异性对预估模型的影响，取温度为 40C、车速80km/h保持不变。利用式（2）,分别计算不同工况下的车辙 深度，部分计算结果如表3所示。为节约篇幅，轴载统计变异系数为10%-35%的车辙预估值计算表没有列出。轴载统计变异系数与车辙量的关系如图3所示。由图3可知，车辙变形量受轴载值的变异性影响较小，基本保持不变。 究其原因，是因为轴次的统计己经将所有轴载的作用次数按照标准轴载进 行了转化，轴

9、载越大，单次作用统计的荷载作用次数就越大，因此，轴载 的偏差已经通过荷载作用次数得到了反映。由于车辙变形量基木不受轴载 的统计变异性的影响，因此，可以不考虑对轴载进行车辙预估的修正。五、速度统计变异性分析假设速度分布服从正态分布，均值为80km/h,标准差变异性分别为 0% （相当于温度不变的情况）、5%、10%、15、20%、25%、30%、35%。取轴 载作用100000次。为考察速度变异性对预估模型的影响，取轴载为100kN. 温度40C保持不变。利用式（2）,分别计算不同工况下的车辙深度，部分 计算结构如表4所示。为节约篇幅，速度统计变异系数为10%-35%的车辙预估值计算表没有 列出

10、。速度统计变异系数与车辙量的关系如图4所示。由图4可知，车辙变形量随着速度统计变异系数增大而增大。用表 示变异系数，RV变异表示考虑轴载单独变异性影响得到的车辙变形量，R 0表示变异性0%时的车辙变形量，即由式（2）计算得到的车辙变形量, 绘制6和RV变异的关系曲线图（图5）,拟合得到和RL变异 /R 0 存在如式（5）关系，R 2 二0.9997。r v 变异 /r o 二o. 0093 6 5-0. 1561 5 4+0. 9921 5 3-2. 8903 5 2+3.813 5 -0. 7702（4）六、基于统计变异性分析的车辙预估模型修正基于前面的参数统计变异性分析，在式（1）基础上，

11、进一步对车辙 预估模型进行修正。基于简化考虑，假设温度、轴载、速度等三个因素对 车辙的发展互不影响，即彼此之间是独立的，而将为了验证式（5） 相对于式（1）的优越性，选取合适工况进行车辙预估结果比较分析，具 体地，统计平均温度40C、轴载lOOkN、速度80km/h,作用2000000轴次, 选取如下4种组合工况进行比较分析：(1)前1000000次轴载作用，温度 变异系数为10%,速度变异系数为0%,后1000000次轴载作用，温度变异 系数为0%,速度变异系数为10%； (2)前1000000次轴载作用，温度变异 系数为20%,速度变异系数为0%,后1000000次轴载作用，温度变异系数

12、为0%,速度变异系数为20%； (3)前1000000次轴载作用，温度变异系数 为20%,速度变异系数为0%,后1000000次轴载作用，温度变异系数为0%, 速度变异系数为10%； (4)前1000000次轴载作用，温度变异系数为10%, 速度变异系数为0%,后1000000次轴载作用，温度变异系数为0%,速度 变异系数为20%。对于工况1,根据统计理论的知识，可知此时T二0.0707 , 5 V二0.0707 ；工况 2 时，T二0.1414 , V二0.1414 ；工况 3 时， 6T=0.1414 ,V二0.0707 ；工况 4 时，T二0.0707 , V二0. 1414。 代入式(

13、6),即可得到修正后的车辙预估值。不同工况下，由式(1)和 式(5)计算得到车辙预估值，具体如表5所示。由表5可见，经过参数 统计变异性的修正，预估模型的精度得到了较大的提高，证明了模型修正 的有效性。而且从表中数据可以看出，如果不考虑温度、速度等参数的统 计变异性，预估得到的结果将严重偏小，这对于设计来说是不安全的，因 此，在进行车辙预估建模时冇必要考虑温度、速度等参数的统计变异性。七、结论本文主要对温度、速度、轴重的参数统计变异性对车辙预估结果的影响进行了分析。并在此基础上，对车辙预估模型进行了统计参数变异性的 修正。得到如下结论：() 温度、速度统计变异性对车辙预估结果影响较大，随着统计

14、变 异性的增大，车辙预估值增大；() 轴重统计变异性对车辙预估结果影响较小，车辙预估值基本保 持不变，原因是轴次的统计己经将所有轴重的作用次数按照标准轴重进行 了转化。() 数值算例分析证明，对车辙预估模型进行统计变异性修正后， 可以提高预估精度。参考文献：1李娜,朱文琪，李向东，等.全厚度与标准厚度车辙试验的对比分析J武汉理工大学学报，2003,25 (12)：66-68.2 李娜.全厚度车辙试验的研究D.武汉：华中科技大学，2006.3 石立万，王端宜，吴瑞麟温度荷载联合作用下沥青路面全厚 度车辙研究J华中科技大学学报：自然科学版,2013, 41(11):37-40.4 关宏信，张起森，

15、罗增杰.考虑温度梯度沥青路面面层全厚式车辙试验J土木工程学报，2011,44 (6)：143-147.5杨博,张争奇沥青路面组合结构车辙试验研究J武汉理工大学，2012,34 (7)： 46-50.6杨博.基于有限元方法的沥青路面车辙影响因素分析及其应用研究D.西安:长安大学，2010.7陈斯宁，罗辉，周美茜，贾霖璨.一种评估沥青路面抗车辙能力的方法.南阳理工学院学报，2015,7 (4)：79-82.8 宋俊伟，方紫微，陈斯宁，罗辉，房慧明.基于全厚式车辙试验的沥青路面车辙预估.交通科技，2016,(1)：68-719 冉隆举，陈斯宁，罗辉，房慧明.全厚度车辙试验与足尺加速加载试验相关性研究.公路，2015,(12)：51-55.作者简介：葛慧芝(1979-),女，河南平顶山人，工程师，学士， 研究方向为道路工程施工管理。