動態(tài)稱重系統(tǒng)安裝方法及驗收標準

動態(tài)稱重系統(tǒng)安裝方法及驗收標準

目前，在道路結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有兩種類型的交通負荷描述方法。其中之一是對累積等效軸（esal）的描述。另一種是車輛的軸載譜和車輛組成。前者在進行力學(xué)響應(yīng)分析時,用標準軸載進行力學(xué)計算,如我國的100kN標準軸載、南非的80kN標準軸載等。后者在進行力學(xué)響應(yīng)分析時,用實際的軸載進行分析,如美國AASHTO的《力學(xué)-經(jīng)驗設(shè)計指南》、PerRoad(美國瀝青路面聯(lián)盟長壽命路面設(shè)計法)、MnRoad(明尼蘇達州路面設(shè)計法)等路面設(shè)計法,在此類荷載表示方法中,不用進行標準軸載的換算,而每一個實際的軸載水平都參與力學(xué)響應(yīng)的計算。用軸載譜的方法描述交通荷載比以往采用交通量數(shù)據(jù)和代表車型額定軸載更為全面、精確。我國目前的設(shè)計體系還采用累計當量標準軸次(ESALs)來描述交通荷載,但是為了更如實地反映實際的交通水平,我國現(xiàn)行瀝青路面設(shè)計規(guī)范規(guī)定,瀝青路面設(shè)計交通量應(yīng)在實測各類相關(guān)車型軸載譜的基礎(chǔ)上,參照項目可行性報告等有關(guān)交通量預(yù)測資料,考慮未來各種車型的組成,并論證確定各種車型的代表軸載,進行不同車型的軸載換算。該方法實際上是要求采用軸載譜方法采集、分析數(shù)據(jù),但仍沿用當量軸載作為交通輸入?yún)?shù)。本文將就動態(tài)稱重數(shù)據(jù)的采集及軸載譜數(shù)據(jù)處理的相關(guān)問題進行探討,以期為路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中交通參數(shù)的合理確定提供有益參考。1動態(tài)稱重系統(tǒng)道路軸載譜的調(diào)查一般可以通過兩種方式進行:一是通過高速公路封閉式收費車道及普通公路M開放式收費車道實測調(diào)查;二是通過安裝動態(tài)稱重設(shè)備(Weight-in-motion,WIM)動態(tài)地實測車輛的軸載。使用動態(tài)稱重設(shè)備可以避免以往國內(nèi)主要采用以交通量數(shù)據(jù)和代表車型額定軸載推算實際軸載譜的過程中,存在的分類方法不同和軸載不符的問題。通過安裝在每個車道上的稱重傳感器,在嵌入式計算機的控制下,對正常高速行駛中的載重車輛進行重量檢測,并按預(yù)先制定的車輛分型表,自動識別車型,同時將采集到的車輛的重量、行駛速度、車道流量等交通信息上傳,實行交通參數(shù)的實時、連續(xù)和自動采集。目前已經(jīng)有很多動態(tài)稱重系統(tǒng)產(chǎn)品,但在公路上使用比較多的是高速動態(tài)稱重系統(tǒng)。高速動態(tài)稱重系統(tǒng)主要包括彎板式傳感器、線圈、中心控制器,如圖1所示。圖1中,彎板采用并排式安裝,兩個傳感器位于同一斷面,以避免交錯式安裝時的車輪數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。在彎板前后各安裝一個感應(yīng)線圈,用作車輛檢測器,為稱重系統(tǒng)提供開始和結(jié)束信號。為了避免相鄰線圈之間的相互干擾,在線圈處理板上可以對線圈的頻率和靈敏度進行調(diào)解。高速動態(tài)稱重系統(tǒng)可采用交流電供電。在動態(tài)稱重系統(tǒng)安裝完成后應(yīng)采用3m直尺法對WIM安裝后的平整度進行檢驗,以保證路面的平整度合格。除此以外,在正式使用動態(tài)稱重系統(tǒng)前需要對WIM的稱重范圍、速度檢測精度、稱重檢測精度進行檢測,其檢測指標應(yīng)滿足ASTME1318-94標準。ASTME1318-94標準針對動態(tài)車輛稱重設(shè)備的應(yīng)用類型、特征及準確度作出具體規(guī)定,可指導(dǎo)實際應(yīng)用。根據(jù)動態(tài)稱重系統(tǒng)的應(yīng)用場合、應(yīng)用特征和適用速度范圍,可將該稱重設(shè)備劃分為四種類型。類型I:用于交通數(shù)據(jù)采集站,設(shè)計安裝在1個或多個車道,適用速度范圍為16km/h~130km/h;類型II:用于交通數(shù)據(jù)采集站,設(shè)計安裝在1個或多個車道,適用速度范圍為24km/h~130km/h,系統(tǒng)其他特征和要求同類型I;類型III:這種動態(tài)稱重系統(tǒng)設(shè)計使用稱重傳感元件,適用速度范圍為16km/h~130km/h;類型IV:設(shè)計應(yīng)用于稱重執(zhí)法站內(nèi),檢測總重量或軸載超限的車輛,適用速度范圍為3km/h~16km/h。系統(tǒng)使用的稱重傳感器元件(或是承載器)同時支撐一個輪組上的所有輪胎,可以指示輪載和靜態(tài)軸載荷。四種類型準確度等級及其最大允許誤(偏)差如表1所示。2軸型劃分和車輛分類動態(tài)稱重系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)主要是車輛的軸數(shù)、軸間距、單軸重、軸組重(單軸、雙聯(lián)軸、三聯(lián)軸)、車速以及車輛經(jīng)過的時間和車道等。從軸數(shù)和軸間距可以判斷車輛的類型,但是用此方法判斷車型的數(shù)據(jù)處理方法或軟件的算法比較復(fù)雜,有的動態(tài)稱重產(chǎn)品通過拍攝車輛圖像來識別車輛類型。對采集到的軸載數(shù)據(jù)一般按照下述兩種方法進行數(shù)據(jù)處理:a)按照不同的軸輪類型對車軸進行分類(如單軸、雙聯(lián)軸、三聯(lián)軸等),然后統(tǒng)計各類軸的軸載譜;b)按照軸型組成和軸數(shù)的不同,對車輛進行車型分類(如四軸整車、四軸半掛等),再統(tǒng)計每類車型各類軸型的軸載譜。用第二種方法進行軸載譜的數(shù)據(jù)處理可以得到每類車型的軸載譜,這樣在設(shè)計另一條道路而無法取得詳細的軸載譜數(shù)據(jù)時,只要知道車輛的類型組成就可以用類似交通條件的道路的軸載譜來分析道路的交通荷載情況。因此,建議用第二種方法對軸載譜進行數(shù)據(jù)處理,需注意的是,用該法需要有一個車輛的分類標準。AASHTO《路面力學(xué)-經(jīng)驗設(shè)計指南》采用第二種方法進行交通參數(shù)的輸入。在該設(shè)計指南中,車輛分類采用美國聯(lián)邦公路局(FHWA)的車輛分類系統(tǒng)。在該分類系統(tǒng)中,所有車輛共分為13種類型。FHWA的交通監(jiān)測指南對每一種車輛類型作了嚴格定義。在FHWA車輛分類系統(tǒng)中,由于1、2、3類車重量輕,對路面的破壞可以忽略不計,所以AASHTO《路面力學(xué)-經(jīng)驗設(shè)計指南》只考慮第4類到第13類的車輛,并將之統(tǒng)一稱為“卡車”。我國目前沒有類似FHWA那樣統(tǒng)一的車輛分類標準。文獻將我國的車輛按軸型分成表2所示的類型及示意圖。交通運輸部等七部委在認定車輛超載超限標準時,將我國車輛按軸數(shù)的多少分成以下表3中的5類。綜上可知,在進行軸載譜分析時,我國可以參考文獻中車輛類型劃分方法或交通運輸部等七部委對超限超載車輛的車輛類型劃分方法對采集到的車輛進行類型劃分,然后統(tǒng)計各類車輛每類軸型(單軸、雙聯(lián)軸、三聯(lián)軸)的軸載譜,最后將各類車輛軸載譜轉(zhuǎn)換成當量標準軸次,供設(shè)計分析使用。3設(shè)計車道抗錯誤設(shè)計以山東某新建高速公路開放交通不久的動態(tài)稱重數(shù)據(jù)為例。該動態(tài)稱重系統(tǒng)連續(xù)收集33d單幅雙車道所有經(jīng)過車輛(共15153輛車)的軸型及軸載數(shù)據(jù)。按照表2的車輛分類方法進行統(tǒng)計,得到車輛組成比例,見表4。由于轎車、微型車及微型客車的軸重很小,不記入軸載譜分析之列。對表4中每類車輛的各類軸型進行軸載譜統(tǒng)計時,軸載的重量區(qū)間視具體情況而定,可以1t(10kN)為區(qū)間長度,對軸組較重的雙聯(lián)軸和三聯(lián)軸,軸重區(qū)間長度可以適當增加到20kN。在AASHTO《路面力學(xué)-經(jīng)驗設(shè)計指南》中,對單軸(SingleAxle)從3000lb(13.6kN)開始,以1000lb(4.5kN)為區(qū)間,直到41000lb(185kN);對雙聯(lián)軸(TandemAxle),從6000lb(27.2kN)開始,以2000lb(9kN)為區(qū)間,直到82000lb(372kN);對三聯(lián)軸(TridemAxle),從12000lb(54.4kN)開始,以3000lb(13.6kN)為區(qū)間,直到102000lb(463kN。本例對較重的車輛類型軸重以2t為重量區(qū)間,對較輕的車輛類型軸重以1t為重量區(qū)間,經(jīng)統(tǒng)計可得到各類車的軸載譜。表5所示為其中的三軸半掛車軸載譜處理結(jié)果,圖2所示為四軸車雙聯(lián)軸軸載譜。按照現(xiàn)行規(guī)范公式計算各種軸型在不同軸重區(qū)間的當量軸載換算系數(shù)時,各軸重區(qū)間取區(qū)間中點的軸重。按下列式(1)計算每類車型中每種軸型的平均當量軸載作用次數(shù)(ESALs/軸),按式(2)計算平均每輛車的平均當量軸載作用次數(shù):式中,ESALi為每輛車第i種軸型的平均當量軸載作用次數(shù)(ESALs/軸);ESAL為平均每輛車的平均當量軸載作用次數(shù)(ESALs/輛);Kij為每輛車第種軸型在j級軸重區(qū)間的當量軸載換算系數(shù);Pij為第i種軸型在j級軸重區(qū)間出現(xiàn)的百分比。每類車型中平均每輛車當量標準軸載作用次數(shù)計算結(jié)果如表6所示。將表6中每類車的當量標準軸次乘以車輛類型組成數(shù)量(見表4),并進行匯總,就可得到在該分析期內(nèi)道路(雙車道)經(jīng)過的累積當量標準軸次為28729次。對于新建道路設(shè)計,也可采用上述方法計算設(shè)計年限內(nèi)的累積標準軸載作用次數(shù)。按以下公式計算設(shè)計車道日平均當量軸載作用次數(shù)N1和設(shè)計年限內(nèi)設(shè)計車道上的累計當量軸載作用次數(shù)Ne:式中,AADTTs為設(shè)計車道的年平均日卡車交通量(輛/車道/日);Gi為一輛卡車中i種軸型平均軸數(shù);Kij、Pij意義同式(1);t為設(shè)計年限;γ為設(shè)計年限內(nèi)交通量的年平均增長率(%)。4系統(tǒng)測荷載長期以來,路面結(jié)構(gòu)設(shè)計中交通參數(shù)的合理確定問題一直沒