高速公路路面摩擦系数的测试与评价

图 2 DF 测试仪
113 制动力系数 ( B FC) 测试仪 (见图 3) 该类设备通过测定测试轮的制动力来计算相应的
摩擦系数 。美国和德 、法 、瑞典及荷兰等欧洲国家采 用这类设备评价其公路路面的防滑状况 。这类设备可 在各种速度 条 件 下 根 据 车 轮 制 动 力 的 大 小 来 测 定 BFC , 从而反映出路面对车辆制动距离长短的影响 。 测试部件分为安装在车辆主体上或拖挂两种方式 。
DF 测试仪 (见图 2) 由日本制造 , 与摆式仪相 似 , 也是通过摩擦力作功使旋转动能损失来反算动态 摩擦系数值 。该仪器已被多个国家的研究者所注意 , 有逐渐被采用的趋势 。DF 测试仪的特点是便于携带 , 可测试单采样点处 0～80km/ h 范围内的摩擦系数值 , 对粗构造路面不适用 。
3 测试温度
环境温度对摩擦系数的测试结果有一定影响 。这 种影响分为两个方面 : 一方面是对路面材料物理性能
测试速度会影响到摩擦系数的测试结果 , 一般情 况下 速 度 越 高 摩 擦 系 数 值 越 小 。我 国 规 范 中 规 定 SCRIM 系统测试 S FC 的标准速度为 50km/ h , 测试过 程中尽量保持在 46～54km/ h 的范围内 。实际测试速 度与标准速度相差过大时 , 测试结果应进行修正 , 但 S FC 受路面不同构造深度影响很大且难于进行定量 分析 , 故现行规范中未给出修正公式 。1998 年曾经 对英国的 SCRIM 和美国的 FRICTION TESTER 两套系 统在某特定路段进行过速度对比试验 , 试验结果见图 7 (a) 和图 7 (b) 。
Frictio n Co efficient Me surement and Evaluatio n for Lane Surface of Expre ssway
HE Song (Research Institute of Highway , Beijing 100088 , China)
Abstract : This paper describes some kinds of measuring equipment for friction coefficient of highway lane surface and discusses the method of friction coefficient measurement and evaluation. Suggestions on revising the current specification concerning the measurement and evaluation for lane surface of highway are also made1 Key words : Skid resistance ; Friction coefficient ; Mesurement ; Evaluation
1 测试设备选择
对路面进行抗滑性能测定最初是根据物理摩擦力 学的概念进行研究的 , 涉及车辆轮胎与路面材料之间 的摩擦力学作用和其它影响因素的分析 。发达国家 (如
英国) 在 20 世纪 20 年代末就开始公路路面防滑的研 究 ,经过近 70 年的发展 ,目前世界各国已存在多种路 面抗滑能力的测试设备 。根据测试原理和测试方式 , 最常使用的测定路面摩擦系数仪器主要有以下几种 。 111 摆式摩擦系数测定仪
和 松1 , 夏礼秀2
(11 交通部公路科学研究所 , 北京 100088 ; 21 温州高速公路南白象枢纽立交工程建设指挥部 , 浙江 温州 325015)
摘要 : 描述国内外测试路面摩擦系数的几种主要设备 , 论述高速公路路面摩擦系数的测试和评价方法 , 同时对我国现 行标准与规范中涉及摩擦系数测试和评价的有关规定提出修改建议 。 关键词 : 抗滑 ; 摩擦系数 ; 测试 ; 评价 中图分类号 : U4121366 文献标识码 : A
图 6 温度与 SN 的回归关系
311 路面材料物理性能变化 铺筑沥青路面的材料在低温时整体刚度增强 , 即
俗话所说的变硬 , 这种物理性能的变化造成路表面的 摩擦系数值比常温时增大 。 312 测试仪器工作状态变化
首先温度变化较大时与路面接触的测试轮橡胶物 理性能发生变化 , 从而使测得的摩擦系数值发生偏 差 ; 其次仪器的电子部件或传感器在短时间内温度梯 度过大时 , 也会影响测试结果 。一般自动化测试设备 都规定了一个工作温度范围 。
制动力系数测试仪的特点是能在较宽速度范围内 测试部分路段的平均摩擦系数 , 测试结果比较符合车 辆实际刹车时的情况 , 并且不影响其它车辆的正常行 驶 。由于所携带喷洒用水较少 , 故一般只适合于短距 离或特殊路段的使用 。 114 横向力系数 ( Swenku.baidu.comFC) 测试仪
目前世界上使用最广泛的横向力系数测试仪由英 国 TRRL 于 60 年代研制 , 称为 SCRIM 系统 (见图 4) 。 其通过一个 20°偏角的测试轮测定路面的 S FC 值 , 可 以反映纵 、横两个方向的摩擦力性能 。SCRIM 系统在 第十六届国际道路会议上被推荐给各成员国使用 , 英 、法 、德 、澳及中国均采用该设备测定路面的抗滑 性能 。中国于 80 年代末引进 SCRIM 系统 , 通过国家 八五和九五期间开展的专项课题研究成果 , 横向力系 数已经进入我国的交通行业标准体系 。S FC 在现行 的《公路沥青路面设计规范》(J TJ014Ο97) 《、公路工程 质量检验评定标准》(J TJ071Ο98) 和《公路养护技术规 范》(J TJ073Ο96) 中分别作为设计 、质量评定及养护评价 标准使用《, 公路路基路面现场测试规程》(J TJ059Ο95) 中录入并规定了 SCRIM 系统测试规程 。另外 ,我国已 能够制造出国产横向力系数测试系统 。
的影响 ; 另一方面是对测试仪器本身工作状态的影 响 。图 6 显示了温度与某台制动式摩擦系数仪测试结 果的回归关系 。
2 测试时间
211 工程质量检测 选择合适的测试时间对高速公路路面摩擦系数实
际测定值 的 影 响 非 常 大 。当 路 面 刚 铺 筑 完 而 未 通 车 时 , 沥青面层骨料表面裹附着一层沥青薄膜 , 摩擦系 数未达到理想状态 , 随着通车以后轮胎对路面的磨耗 作用 , 在短期内摩擦系数将达到最大值 , 然后大约在 1～2 年时间内 , 摩擦系数值将逐渐降低 (正常降低 幅度在 15 %～25 %范围内) , 最终长期稳定在某一个 值水平附近 , 此变化过程如图 5 所示 。基于上述原 因 , 新铺筑路面的摩擦系数在通车大约 1 年左右进行 测试比较合适 , 此时测得的摩擦系数既代表了高速公 路通车使用当中的抗滑能力实际水平 , 测值变化范围 也比较稳定 。
0 前言
高速公路的最大特点之一是行车速度快 , 目前我 国高速公路的设计时速一般为 100～120km/ h (不包 括山区及其它特殊路段) 。由于汽车性能的不断改进 提高 , 导致高速公路上实际的行车速度往往比设计时 速更高 , 据近期对国内十几条高速公路的车速调查显 示 , 85 %位的小轿车平均车速为 135km/ h 。针对高速 公路使用管理中人身安全是第一位的原则 , 车辆的高 速行驶对路面抗滑安全性提出了严格的要求 。反映路 面抗滑能力的重要技术指标是路面的摩擦系数值 , 因 此如何真实合理的测定和评价路面的摩擦系数值是必 须明确界定的问题 。
Vol119 No11
公 路 交 通 科 技
JOURNAL OF HIGHWAY AND TRANSPORTATION RESEARCH AND DEVELOPMENT
2002 年 2 月
文章编号 : 1002Ο0268 (2002) 01Ο0008Ο04
高速公路路面摩擦系数的测试与评价
基于上述原因 , 进行摩擦系数现场测试时应尽量 选择温差较小的时间 , 并且记录测试时的现场温度 。 通常以 20 ℃为测试的标准温度 , 其它温度下测试的 摩擦系数值应换算成标准温度下的当量值 。《公路路 基路面现场测试规程》 (J TJ059Ο95) 中列出了摆式仪 的温度修正表 , 但在目前规程中尚无 S FC 值的温度 修正依据 。
摆式摩擦系数测定仪 (见图 1) 最初由英国 TR2 RL 研制 , 后在全世界许多国家被广泛使用 。其工作 概念是根据能量守恒的定理 , 将摆臂势能损失转化为 路面摩擦力所作的功 , 进而反算出摩擦系数并通过摆 式仪的摆值读出 。80 年代交通部公路科学研究所的 有关技术专家研制出第一代国产摆式仪 , 后被订入我 国相关的行业技术规范 、规程中 。国产摆式仪的基本 工作原理与英国产品相同 , 但在部分结构和材料等因 素上存在一定差别 , 经十几年的使用与考察 , 同时考 虑到与国际技术标准的接轨 , 经过改进的新一代国产 摆式仪已于 2000 年通过检定 。 摆式摩擦系数测定仪便于携带 , 操作简单 , 但只 能在单点采样条件下测定一种速度下的摩擦系数 , 且
4 测试速度
图 5 新路面摩擦系数变化图
212 养护数据采集 高速公路的日常养护工作程序一般要求每个工作
年度应为路面管理系统 ( PMS) 采集必要的路面状况 数据 , SCRIM 系统可提供全程连续采集路面摩擦系数 服务 。根据我国地理气候特征 , 路面摩擦系数的测试 在北方寒冷干燥地区宜选择在夏季 ; 南方温暖多雨地 区除冬季外均可进行 。
5 测试车道与轨迹选择
511 测试车道选择
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高速公路路面摩擦系数的测试与评价 和 松
图7
高速公路各个车道的功能不同 , 车流渠化交通现 象明显 , 造成各车道表面摩擦系数分布带有较大的不 均匀性 。绝大部分高速公路的超车道表面摩擦系数要 大于行车道 。但也有特殊情况 , 例如北京首都机场高 速公路因交通量大且通行车辆主要是小轿车 , 各个车 道车流量分布比较均匀 , 故其超车道与行车道的表面 状况基本相同 , 摩擦系数没有什么差别 。因此 , 在对 车道进行摩擦系数测试时 , 首先必须选择车流量最大 且重轴载车辆通行较多的车道 , 如条件容许最好对所 有车道进行测试 , 以便掌握全面的摩擦系数分布状 况。 512 测试轨迹
图 3 制动力系数测试仪
图 4 SCRIM 测试系统
SCRIM 系统能以任意速度对路面进行长距离连续 测试 , 每次携带的喷洒水量可供测试约 55km。测试 结果符合车辆实际制动或滑溜时的情况 , 并且测试不 影响其它车辆的正常行驶 。
根据上述路面摩擦系数测试设备的特点和适用范 围 , 针对高速公路的实际情况 , 后两种自动化测试设 备应是优先选用对象 。因为摆式仪和 DF 仪均为单点 固定操作 , 在高速公路上使用时必须封闭交通 , 影响 正常车流行驶 , 增加了危险性且采样频率低 ; 另外 , 目前高速公路为提高表面特性功能而形成较粗的宏观 构造 , 致使这两种仪器的摆脚或磨块在与路面摩擦时 产生较大振动 , 测试结果偏差较大 。制动力系数测试
收稿日期 : 2001Ο06Ο15 作者简介 : 和松 (1968 - ) , 男 ,浙江杭州人 ,1992 年毕业于同济大学 ,现为交通部公路科学研究所副研究员 ,主要从事路面表面特性 、自动化无
损检测研究 1
高速公路路面摩擦系数的测试与评价 和 松
图 1 摆式摩擦系数测定仪
对粗构造路面不适用 。 112 DF 测试仪
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公路交通科技 2002 年 第 1 期
仪因携带水量少故只适合对高速公路的收费站附近 、 进出口匝道及其它特殊路段进行短距离抽测 。为适应 高速公路安全要求高及路面管理系统 ( PMS) 数据采 集量大的情况 , SCRIM 系统应是路面摩擦系数的首选 测试设备 。SCRIM 系统在加水保证的条件下 , 一个工 作日连续测试里程最多能达到约 300km , 数据采集量 能达到 15 000～60 000 个 , 工作效率极高 。因此 , 以 现行各种交通行业标准和规范为依据 , 目前我国绝大 部分高速公 路 的 质 量 验 收 和 日 常 养 护 管 理 均 采 用 SCRIM 系统测试的 S FC 数据 。