一种基于车道受轮载概率分析的道路结构设计方法技术

一种基于车道受轮载概率分析的道路结构设计方法，步骤为：Step1、车道受载概率分布函数的确定；Step2、道路结构设计；Step3、车道通行规则设计：以次应力区材料性能临界指标为限将根据标准轴载将车辆进行划分；Step4、车道施工工艺；Step5、养护维修方法。结合自动化驾驶发展趋势、车道受荷载大数据统计规律、道路结构形式等方面进行了大幅优化创新。可对大交通重载工况进行针对性的改进设计，可有效缓解路面因结构强度考虑不足而产生的车辙、龟裂病害。可借此创新性的设计理念重新考虑道路结构的利用空间和功能性，为提供更多功能性道路结构提供理论支持，可以更加高效的利用土地资源。源。源。

【技术实现步骤摘要】
一种基于车道受轮载概率分析的道路结构设计方法


[0001]本专利技术涉及道路施工设计
，具体涉及一种基于车道受轮载概率分析的道路结构设计方法。

技术介绍

[0002]现有道路结构设计通常采用分层设计，典型的路面结构由上至下可分为面层、基层、垫层、填土路基等。每层厚度一般为2cm
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50cm不等，单层内厚度均匀统一控制。
[0003]在分层式的路面结构中，车辆自重及车辆所有荷载通过轮胎传递到路面，再通过路面结构将荷载传递到路基、地面上。尽管近年来通过改进建筑材料和施工工艺对车辙病害有所缓解，但是随着国家经济发展、交通量的提高，一些地方仍然出现了车辙、龟裂等道路病害，特别是在一些交通压力大的地段仍频繁出现。若采用更高规格的筑路材料整体铺设，则将会提高道路工程造价，这说明现存的层叠式的设计方法还存在着一些问题。
[0004]为了行车安全考虑，车辆通常保持在车道中部行驶。目前，国家现有的城市道路每车道宽度一般为3.5m，干线公路(包括高速公路)每车道宽一般为3.75m。而一般小型汽车轮距为宽为1.4～1.7m，重载汽车轮距宽为1.7m～2.2m。这就意味着轮载在车道截面上的分布是不均匀的，同时随着汽车保有量的不断提升，智能驾驶技术的不断进化，现在车道保持、定速巡航等基于识别车道宽度而将车辆长时间控制在车道中间的技术也会应用的越来越普遍，可以预见在不远的将来，轮载在车道截面上的这种不均匀分布规律会逐渐趋于稳定，车辆大概率只会在车道上的特定区域长时间通过，这也导致采用层叠式的设计方法，每层均质材料将无法从设计角度解决车辙、龟裂等道路常见病害问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于车道受轮载概率分析的道路结构设计方法，根据交通量，车辆规格参数，以及轮载在车道分布的统计规律来推测出一条车道受载概率分布函数F，进而通过分析F与路面各结构层的空间分布关系而进行道路结构的优化设计，采用创新性的思路和方法很好地解决了上述问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种基于车道受轮载概率分析的道路结构设计方法，其特征是，步骤为：Step1、车道受载概率分布函数F的确定；根据道路交通量、车辆规程参数，以及轮载在车道分布的统计规律来确定车道受载概率分布函数；
[0008][0009]其中，f(x)为某一型号车辆的在车道内的受载分布函数，可采用在道路周边安装高精度的摄像头的，使用图像识别技术和数理统计方法确定某一型号车辆在车道内行驶习惯，从而形成一型车辆在车道内偏离中心行驶的统计规律，进而得到以车道截面为横轴的轮载线性分布；
[0010]q(x)为某一型号车辆在指定的道路上出现概率，可通过市场销售信息、保险销售信息、高速收费信息及城市车辆交通管理信息获取；
[0011]z(x)为某一型号车辆的标准轴载，即考虑其在标准载重情况下反馈到路面轮载；
[0012]将不同车辆信息进行叠加整合成为设计车道受载概率分布函数F，同一条道路上不同方向、不同车道的也需要逐车道单独进行分析逐一确定其F；
[0013]Step2、道路结构设计；将道路结构竖切，按照车道受载概率将单车道内划分为主应力区(α、β)和次应力区(A、B、C)，分区的功能和筑路材料如下：
[0014]按照道路截面竖向分布：
[0015]1、面层：属于直接和车辆行驶轮接触的路面部分，用于提供行车舒适度、美观以及排水，筑路材料可选用功能性材料，主要包括薄层的细粒式沥青混凝土、乳化沥青混凝土罩面、SMA改性沥青混凝土超薄罩面、环氧改性沥青混凝土、大孔径排水沥青混凝土、彩色沥青混凝土、荧光混凝土路面以及光伏沥青混凝土等，“薄层”和“超薄”由预设值确定；
[0016]2、路基：包括基层和填土路基，用于承载；
[0017]按照道路截面横向车道分布：
[0018]1、主应力区α和β：用于承载车辆长时间通行，“长时间”由设定值T1判定，主应力区下方路基选用抗车辙性能良好的筑路材料，主要包括普通沥青混凝土、SMA改型沥青混凝土、抗车辙剂改型沥青混凝土、贯入式沥青混凝土、环氧改性沥青混凝土、纤维沥青混凝土等；主应力区α和β为车道受载概率分布函数F所确定的与承载车辆两边行驶轮发生长时间接触，即接触时间超过T1的道路部分；2、次应力区A、B和C：用于承载车通行，次应力区下方路基选用普通材料或功能性的筑路材料，主要包括普通沥青混凝土、纤维沥青混凝土、大孔隙率的透水性沥青混凝土、铣刨后的再生沥青混凝土、彩色沥青混凝土、荧光混凝土路面以及光伏沥青混凝土等；还可以在次应力区安装功能性路面结构，主要包括埋设管道、电缆、传感器、预埋件等
[0019]3、主、次应力区边界：两种不用应力区的材料可以直接接触，也可以在接触边界上设置弹性粘结层或其他可协同变形材料；
[0020]主应力区及次应力区的宽度及厚度可由车道受载概率分布函数F与道路结构厚度的相交点来确定，并以此区分不同应力区的材料性能；
[0021]Step3、车道通行规则设计：以次应力区材料性能临界指标为限将根据标准轴载将车辆进行划分；
[0022]Step4、车道施工工艺：路基及主、次应力区的筑路材料的制备；在材料摊铺上采用同时摊铺多种填路材料的专用摊铺机，并配合碾压设备进行施工；Step5、养护维修方法：采用可调节适应车道应力分区宽度的专用道路铣刨机及配套沥青混凝土再生设备；在再生设备通过需要进行改造的旧道路后，将主、次应力区材料按需要分别进行铣刨；也可同时铣刨主、次应力区，进行就地再生，此外，也可采用加铺、增加渗透性的改性剂材料方式进行常规养护。
[0023]本专利技术提供的一种基于车道受轮载概率分析的道路结构设计方法，突破传统性固有思维，结合自动化驾驶发展趋势、车道受荷载大数据统计规律、道路结构形式等方面进行了大幅优化创新，形成了一种基于车道受轮载概率的道路结构设计方法。在考虑车道受轮载的客观规律条件下，提出了竖向细分道路功能分区的设计理念，通过分析车道受载概率
分布函数F、道路结构设计组成、车道通行规则、车道施工工艺、养护维修方法等方面，实现了基于交通量和驾驶行为预测的创新型设计方法，本专利技术具有如下有益效果：
[0024]可对大交通重载工况进行针对性的改进设计，可有效缓解路面因结构强度考虑不足而产生的车辙、龟裂等病害。
[0025]可借此创新性的设计理念重新考虑道路结构的利用空间和功能性，为提供更多功能性道路结构提供理论支持，可以更加高效的利用土地资源；对主应力区和次应力区进行分类后，针对性的设计筑路材料可以更加有效的节约资源，一方面高性能材料只用于高频率使用的主应力区而不用于次应力区，从而避免无谓的资源浪费，另一反面一般性的或功能性的筑路材料也可以用在次应力区上，比如沥青混凝土再生料、大粒径排水层等材料，拓展了路面结构功能。同时，这一设计理念也能更加有效保障道路行车安全，在自动驾驶技术的配合下，对避免交通事故，减少事故处理费用，节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于车道受轮载概率分析的道路结构设计方法，其特征是，步骤为：Step1、车道受载概率分布函数F的确定；根据道路交通量、车辆规程参数，以及轮载在车道分布的统计规律确定车道受载概率分布函数；Step2、道路结构设计；将道路结构竖切，按照车道受载概率将单车道内划分为主应力区(α、β)和次应力区(A、B、C)；Step3、车道通行规则设计：以次应力区材料性能临界指标为限将根据标准轴载将车辆进行划分；Step4、车道施工工艺：路基及主、次应力区的筑路材料的制备；在材料摊铺上采用同时摊铺多种填路材料的专用摊铺机，并配合碾压设备进行施工；Step5、养护维修方法：采用可调节适应车道应力分区宽度的专用道路铣刨机及配套沥青混凝土再生设备；在再生设备通过需要进行改造的旧道路后，将主、次应力区材料按需要分别进行铣刨；也可同时铣刨主、次应力区，进行就地再生，此外，也可采用加铺、增加渗透性的改性剂材料方式进行常规养护。2.根据权利要求1所述的一种基于车道受轮载概率分析的道路结构设计方法，其特征在于，所述的Step1中，车道受载概率分布函数F公式如下：其中，f(x)为某一型号车辆的在车道内的受载分布函数，可采用在道路周边安装高精度的摄像头的，使用图像识别技术和数理统计方法确定某一型号车辆在车道内行驶习惯，从而形成一型车辆在车道内偏离中心行驶的统计规律，进而得到以车道截面为横轴的轮载线性分布；q(x)为某一型号车辆在指定的道路上出现概率，可通过市场销售信息、保险销售信息、高速收费信息及城市车辆交通管理信息获取；z(x)为某一型号车辆的标准轴载，即考虑其在标准载重情况下反馈到路面轮载；将不同车辆信息进行叠加整合成为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，谭志国，虎永辉，宛良朋，桂威诚，
申请(专利权)人：湖北远安抽水蓄能有限公司，
类型：发明
国别省市：