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高等級公路路面平整度的檢測方法

   2010-01-19 19260
核心提示:隨著我國公路等級的不斷提高,高等級公路網(wǎng)絡(luò)的日益完善,如何對路面質(zhì)量進行檢測評定,是當(dāng)前一個十分重要的課題。在路面諸多檢查項目
    隨著我國公路等級的不斷提高,高等級公路網(wǎng)絡(luò)的日益完善,如何對路面質(zhì)量進行檢測評定,是當(dāng)前一個十分重要的課題。在路面諸多檢查項目評定指標(biāo)中,平整度占評定項目總分?jǐn)?shù)的15%~20%,足見其重要地位。 
    不良的路面平整度不僅影響道路行車安全,降低行車舒適度,增大行車噪音污染;而且增加車輛的運行費用(如增加油耗、降低行車速度、增加車輛機件磨損),同時加速結(jié)構(gòu)破壞,影響路面的使用年限,縮短養(yǎng)護周期。為此,世界各國的道路工作者建立了相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),研制了各種儀器設(shè)備,以便對新建道路進行質(zhì)量控制,對已運行道路進行檢測評定。 
    1 平整度檢測評定指標(biāo)路面平整度的檢測輸出指數(shù)比較多,有些國家地區(qū)使用的檢測指標(biāo),比如:澳大利亞的NAASRA指數(shù),法國的APL指數(shù),加拿大的PSI指數(shù),也有世界性組織國際上較為通用的國際平整度IRI。也有相關(guān)行業(yè)如:汽車設(shè)計研究行業(yè)評價路面的PSD指數(shù)等。而在我國,常用的還有三米直尺量測的最大間隙h及標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。下面就我國常用的幾種指標(biāo)及國際平整度指數(shù)IRI進行簡單介紹: 
    1.1 三米直尺量測的最大間隙h 
    三米直尺是由硬木或鋁合金等材料制成,底面平直,長3m。在測試前將三米直尺放在車道一側(cè)車輪輪跡(距車道線80~100cm)上,對舊路已形成車轍的路面,應(yīng)取車轍中間位置為測定位置,然后用粉筆在路面上作好標(biāo)記。測試時,目測三米直尺底面與路面之間的最大間隙位置,用有高度標(biāo)線的塞尺塞進間隙處,量測最大間隙的高度h(mm),要求準(zhǔn)確至0.2mm。按《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTJ071-94)的規(guī)定,每200m測試兩處,每處要求連續(xù)10尺,然后計算10個最大間隙的平均值、不合格尺數(shù)及合格率。這種測試方法由于全部由人工操作,因此人為因素大、精度低、測試效率低,只適用于在建道路施工過程進行質(zhì)量控制,不適于高等級公路竣工驗收和日后運行中進行檢測評定。 
    1.2 標(biāo)準(zhǔn)差σ 
    標(biāo)準(zhǔn)差σ是指八輪平整度儀測試輸出的平整度數(shù)據(jù)。八輪平整度儀是以3m長桁架鉸接對分小梁為基準(zhǔn),中間機架可伸縮或折疊,前后各有四個行車輪,前后兩組輪的軸間距離為3m。在機架中間有一個能起落的測定輪,測定輪上裝有位移傳感器和距離傳感器,測定時以儀器著地的八個輪為相對基準(zhǔn)面,沿路面某一縱向位置以一定間隔量(如桁架每移動25cm)采集測試輪的單向垂直位移數(shù)值,再用數(shù)理統(tǒng)計的方法來計算100m中所有數(shù)據(jù)(若間隔為25cm,則100m有400個數(shù)據(jù))的方差,此方差即我們通常所說的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ。 
    1.3 國際平整度指數(shù)IRI 
    為了檢測路面平整度,世界各國研制出許多相關(guān)的儀器設(shè)備,如美國、加拿大的四分之一車,英國的標(biāo)準(zhǔn)顛簸累積儀,法國的縱斷面分析儀,澳大利亞的平整度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。這些設(shè)備在當(dāng)時的使用情況都不錯,但因彼此之間未建立定量關(guān)系,其檢測到的數(shù)據(jù)無法對比。因此,為了客觀定量分析路面平整度,世界銀行在七十年代末八十年代初組織了世界有關(guān)專家及各國測定平整度的主要儀器,在巴西利亞進行研究試驗,最后在1986年提出了國際平整度粗糙指數(shù)IRI概念。 
    IRI(即InternationalRoughnessIndex的簡寫)的定義是:模擬標(biāo)準(zhǔn)車在80km/h速度條件下,車身懸架的總位移(單位為m)與行駛距離(單位為km)之此,同時發(fā)表了采用精密水準(zhǔn)儀測得路面一定間隔(如每25cm或50cm)的高程,計算IRI的算式和計算程序, 的真實縱斷面情況表征為國際平整度指數(shù)IRI,從而把過去世界各國不同的平整度儀測試結(jié)果指標(biāo)統(tǒng)一到IRI來,國際平整度指數(shù)IRI是世行組織召集世界各國專家學(xué)者,考慮了公路路面的長波模型、短波模型、臺階模型以及專家模型等向世界各國推薦的。所以從技術(shù)上比較全面、合理。這對世界路面平整度測量是一個重大的貢獻,目前IRI已發(fā)展成各國平整度的通用指標(biāo),包括現(xiàn)在最先進的采用激光技術(shù)的平整度檢測設(shè)備均可直接輸出IRI的指標(biāo)數(shù)值。 
    2 新檢評標(biāo)準(zhǔn)中平整度的相關(guān)問題 
    鑒于國內(nèi)十余年來路面平整度儀器設(shè)備的研究開發(fā)和應(yīng)用發(fā)展情況,顛簸累積儀已從廣泛用于現(xiàn)有路網(wǎng)路面平整度測定,發(fā)展成為可完全滿足新建路面竣工驗收需要的檢測手段,故新檢評標(biāo)準(zhǔn)采用較高級的自動或半自動化檢測設(shè)備,不再單指連續(xù)平整度儀(即八輪平整度儀),并引入了國際通用的國際平整指數(shù)IRI。 
    2.1 采用IRI作為路面平整度的檢測和評定指標(biāo)的必要性 
    為了客觀準(zhǔn)確高效地檢測和評定路面平整度,平整度指數(shù)的設(shè)置要具有合理性。我國過去使用較多的儀器有三米直尺和連續(xù)式平整度儀等,這些儀器受長度和速度的限制,難以反映較高車速下路面較長波長的顛簸和起伏。另外連續(xù)式平整度儀在使用中還存在測試效率低、速度慢、機械配置龐大而笨重、測定精度差、再現(xiàn)性差等問題。因此,為提高平整度測試的精確度及與國際通用指標(biāo)保持一致,有必要在規(guī)范中采用國際平整度指數(shù)IRI作為路面平整度的檢測和評定指標(biāo)。 
    2.2 新標(biāo)準(zhǔn)IRI界限值界定 
    我國從“七五”開始,在路面管理系統(tǒng)中采用IRI作為路面平整度指標(biāo),已實際使用了十余年,測得了數(shù)萬公里的瀝青路面的IRI值,為干線公路路面評價、養(yǎng)護決策提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時,交通部公路科學(xué)研究所曾多次在北京、上海、南京、長春、太原等地對國際平整度指數(shù)IRI與平整度標(biāo)準(zhǔn)差σ進行了大量的對比試驗,全部試驗結(jié)果表明二者之間具有良好的相關(guān)關(guān)系:σ=0.5926IRI+0.013,相關(guān)系數(shù)r=0.9875.為了便于應(yīng)用,一般取σ=0.6IRI。 
    3 平整度檢測設(shè)備介紹因為路面平整度的檢測比較重要,各國相繼研制了各種各樣的平整度檢測設(shè)備及評價方法,目前主要的有多輪式平整度儀、響應(yīng)式平整度儀、手推式斷面儀、激光斷面儀、超聲波斷面儀等等,這里就激光斷面儀作簡單介紹: 
    3.1 激光斷面儀 
    激光斷面儀是與激光測距儀為基礎(chǔ),把激光測距儀固定在車體上,測試時激光測距儀始終監(jiān)測距路面高度,由于車體受路面平整度的影響,激光測距儀測出的距離并不能直接反映路面平整度,為此技術(shù)人員在車體上加裝了加速度傳感器,并對該加速度計輸出的加速度信號進行積分處理。一次積分輸出速度信號、二次積分輸出位移信號,這樣就量化了車體受路面平整度影響產(chǎn)生的位移,用該信號同激光測距儀測出的信號進行互差,消除車體的震動位移采集到真實的路面斷面值。目前,澳大利亞ARRB公司研制的五激光斷面儀(簡稱5LP),該儀器測試速度為20-120km/h,擁有檢測速度快、效率高、測試精度高等優(yōu)點。該儀器五個激光探頭裝在測試車前的激光橫杠上,當(dāng)測試車每移動約50mm,儀器就對其每條輪跡線和中線進行縱向路面形狀的測量,并將數(shù)據(jù)在事后處理成為國際平整度指數(shù)IRI值,同時計算輸出該車道的平整度值。因此,5LP對于高等級公路的檢測不僅快速高效,而且能準(zhǔn)確反映路面每個車道、每個位置的平整度真實情況,為高等級公路的施工、竣工驗收、養(yǎng)護管理提供了科學(xué)依據(jù)。 
    4 應(yīng)用五激光斷面儀檢測路面平整度應(yīng)注意的問題
    (1) 路面清潔度對數(shù)據(jù)的影響。在路面檢測中,道路的表面清潔度對數(shù)據(jù)有著一定的影響。例如道路表面有樹葉等垃圾或雜物,當(dāng)測試車行駛經(jīng)過時,測試結(jié)果就有可能反映的是樹葉表面的平整度值,而無法測得路面的真實數(shù)據(jù)。
    (2) 為確保測試結(jié)果的精確性,在測試過程中,應(yīng)使測試車始終保持勻速狀態(tài)。根據(jù)五激光斷面儀的標(biāo)定結(jié)果分析,該儀器在50~80km的時速下數(shù)據(jù)更精確,所以在檢測中,應(yīng)維持正在測試的車道的暢通,減小車速的影響。 
    (3) 當(dāng)檢測長坡路段時,應(yīng)注意上下坡時數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。對于五激光斷面儀,下坡測得的平整度值一般略大于上坡測試的結(jié)果。為此,檢測人員應(yīng)掌握這個規(guī)律,以便在實際測試中的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確可靠。 
    (4) 測試車在不同的載重下對數(shù)據(jù)也存在一定影響,主要由于不同的載重會影響輪胎的氣壓等原因,造成測試車橫梁高度的變化,產(chǎn)生數(shù)據(jù)偏差。這就要求保證測試時車輛的荷載,一般僅由駕駛員和操作手兩人為宜。 
    (5) 在雨天或路面潮濕有水的情況下,不能進行檢測。以五激光斷面儀為例,當(dāng)路面有水時,激光發(fā)射到地面后會產(chǎn)生散射,因此測得的數(shù)據(jù)就不準(zhǔn)確。其它各類儀器也普遍存在這個問題。 
    (6) 在測試過程中,應(yīng)合理的將測試距離進行分段,根據(jù)主管部門或施工單位等的要求,可以按標(biāo)段、不同管轄路段及公樁等進行分段,以便在檢測報告中更好地反映出結(jié)果,滿足受檢部門的需要。 
    5 平整度檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢公路是我們業(yè)內(nèi)人的事業(yè),同時又是全社會的公益福利。我國高等級公路起步較晚。但建設(shè)速度之快,在本世紀(jì)初,骨架路網(wǎng)絡(luò)基本形成。因此,不單要對施工過程質(zhì)量控制進行檢測,對交工驗收質(zhì)量評定檢測,而且要對公路的長期服務(wù)進行檢測評定。我國已開展的路面管理系統(tǒng)(CPMS)就是一種科學(xué)的養(yǎng)護管理系統(tǒng),CPMS系統(tǒng)內(nèi)最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)就是平整度指標(biāo)。正在進行開發(fā)研究的GIS系統(tǒng)正是下一步公路信息向全社會開放與服務(wù)的前期研究。由此可見公路路面檢測的重要性。從檢測設(shè)備來看,由于使用條件與使用目的的不同,所以使用的設(shè)備也不盡相同,三米直尺、五米直尺、水平儀等傳統(tǒng)的檢測方法在施工過程中仍然有一定的作用,例如對路面面層以下各結(jié)構(gòu)層的檢測,方法簡便易行,對業(yè)主、監(jiān)理、施工單位來說,均不失為一種較好的方法。但近年來由于各種車載高效檢測設(shè)備擁有測試精度等級高,人為因素少,不用中斷交通等優(yōu)點,這種方法正在為各省市的質(zhì)監(jiān)部門所采用,高等級公路的平整度檢測事業(yè)也正朝著精確、快速、高效的方向發(fā)展。
 
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