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公路路面“弯沉值”对动态车辆衡器性能的影响
2019-10-25 09:30:19 来源:http://www.scalesh.com 作者:http://www.scalesh.com 【 】 浏览:0次 评论:0

一、引言

按照国际建议R134-1《动态公路车辆自动衡器》[1]的规定,影响称量性能的因素除了衡器本身之外,还有安装衡器的区域和两端的引道。所以,在国际建议的附录中专门对引道的构造和几何结构提出了明确的要求,要求结构稳固可承受相应的载荷,且两端引道应平直水平光滑,能够同时支撑车辆的所有轮胎。

组成电子衡器的主要部件是称重传感器、称重仪表、承载器、基础,这个可以从过去发表的许多文章中,看到论述称重传感器、称重仪表和承载器对电子衡器称量性能重要性的文章比较多,而很少有专门涉及安装基础和引道方面的文章。

对于安装在高速公路路面上动态车辆衡器的基础和引道,必须考虑构成路面两种不同材质的影响问题,一种是“水泥混凝土结构”路面,一种是“沥青混凝土结构”路面。相对沥青混凝土结构的路面来讲,不同载重量车辆加载在不同结构沥青混凝土路面时,路面会产生不同的“弯沉值”,而水泥混凝土结构的路面相对来讲是一种刚性路面,当车辆通过时路面基本不会产生变化。

在《边界条件对衡器性能影响问题的探讨》[2]一文中,谈到影响电子衡器性能的主要条件之外,位移边界条件和应力边界条件同样会影响到衡器的称量性能。所以,对直接安装在沥青公路路面上的动态车辆衡器,如果不注意到沥青混凝土路面这个“弯沉值”这个边界条件,对安装基础和两端引道的影响,必然会造成动态车辆衡器的称量性能的下降。

二、动态汽车衡的种类

(一)目前我们看到的动态公路车辆衡器主要有四种形式

(1)整车式———采用嵌装于路面中,上表面与路面平齐的承载器,通过整车称重的方式获得车辆总重的动态公路车辆自动衡器,两端公路路面基本不影响到称量性能;

(2)轴重式——采用嵌装于路面中,上表面与路面平齐的轴重秤及其组合获得车辆总重、轴载荷、轴组载荷(如果适用)的动态公路车辆自动衡器,由于不能对车辆整体进行称量,两端公路路面的沉降会影响到车辆重心的移动,从而影响到车辆的称量准确度;

(3)弯板式——采用嵌装于路面中,上表面与路面平齐的弯板传感器及其组合测量通过车辆,获得车辆总重、轴载荷、轴组载荷(如果适用)的动态公路车辆自动衡器,同样由于不能对车辆整体进行称量,两端公路路面的沉降会影响到车辆重心的移动,从而影响到车辆的称量准确度;

(4)石英晶体式———采用嵌装于路面中,上表面与路面保持在同一水平面的石英晶体传感器及其组合来测量通过车辆的动态车轮力,进而获得车辆总重、轴载荷、轴组载荷(如果适用)的动态公路车辆自动衡器,同样由于不能对车辆整体进行称量,两端公路路面的沉降会影响到车辆重心的移动,从而影响到车辆的称量准确度。

(二)特点

(1)都是需要通过安装在车辆行驶的道路路面中的承载器,对通过车辆测量获得车辆的各种重量信息;

(2)由于各种动态公路车辆衡器的承载器结构不同,所获得的重量信息也是不同的;

(3)目前由于各种动态公路车辆衡器的承载器都是安装在公路路面中的,公路路面的组成特性也就决定了衡器的性能指标;

(4)整车式和轴重式由于安装在重新施工的钢筋混凝土基础之上的,相对其性能指标较稳定;

(5)弯板式和石英晶体式由于是直接安装在公路路面中,没有专门对路面进行改造,相对其性能变化较大,特别是对于沥青混凝土路面的公路。

三、产生问题的原因

(一)路面结构

如图1所示,路面结构层一般由面层、基层、垫层组成。沥青混凝土路面还可按需要,将面层再分磨耗层、面层上层、面层下层、联结层;基层也可分为上基层、底基层。

面层可由一层或数层组成,水泥混凝土面层通常为单一层次组成,沥青混凝土面层常由数层组成。高等级道路的沥青混凝土面层为加强面层与基层的共同作用。

(二)路面质量要求

对于沥青混凝土路面来讲,路面质量就是要求构成路面各层外形的厚度、宽度、横坡度、平整度情况,构成内在的材料组成比例、压实度、弯沉值等是否在允许偏差内。

对于安装在高速公路上的衡器来讲,影响称量性能的指标主要是“弯沉值”。

弯沉值:就是荷载对路基/路面作用前后,路基/路面发生变形的大小,用1/100毫米作计算单位。

“弯沉值”的测量方法,是在某一路段,按20米的间距,用一定轴载的车辆(一般用后轴载荷6t或10t车辆)对路基/路面作用前后,产生的残余变形量的加权平均值。计算弯沉值与路基/路面的设计强度有直接的关系,计算弯沉值越小,则强度越高。弯沉值就是从整体上反映了路面各层次的整体强度,路基的强度一般用回弹模量来反映。如果弯沉值过大,其变形也就越大,路面各层也就容易破裂。

“弯沉值”过大,其原因一般与路面各层的材料性质,厚度,整体性(是否结板),压实度等有关,还与气候条件有关,雨季会偏大。

“弯沉值”的大小与路面结构有关、与路面材料的成分有关、与检测车辆的载荷有关、与检测车辆轮胎气压大小有关。

“弯沉值”越小越好,理论上0弯沉就是永远都不会产生车辙,一辆车的轮胎压到路面上,路面会下沉,我们用规定的车辆(重量,轮胎数,轮胎充气压力),压在不同的路面上,下沉(或者说回弹的量)会不同,用仪器测出这样的值,就是“弯沉值”。

“弯沉值”越大,说明路面质量越不适应安装相关的衡器产品。

(三)由于整车式和轴重式衡器都是在公路路

面重新施工钢筋混凝土基础,而后安装的,由于钢筋混凝土路面的“弯沉值”几乎为零,一般不必要考虑这种公路路面对衡器称量性能的影响。如图2、图3所示。

图2 整车式基础结构

图2 整车式基础结构  下载原图

图3 轴重式基础结构

图3 轴重式基础结构  下载原图

(四)本文的重点就是要对安装在沥青混凝土路面上的弯板式和石英晶体式两种动态汽车衡安装问题进行探讨。

在弯板式和石英晶体式制造商编写的安装使用说明书上,将其安装要求介绍。

图4 弯板式开挖的基础坑

图4 弯板式开挖的基础坑  下载原图

弯板式此类产品易安装,无需混凝土基础施工,可实现快速安装(3天至5天),无需垃圾清理等日常维护。

图5 弯板式的安装

图5 弯板式的安装  下载原图

图6 石英晶体式的安装

图6 石英晶体式的安装  下载原图

石英晶体式产品易安装,无需混凝土基础施工,可实现快速安装(1天至2天),无需垃圾清理等日常维护。

如图4、图5、图6所示,可以清楚地看到,弯板式和石英晶体式两种产品,都是简单的在公路路面上,开挖了一道既浅又窄的沟槽,安置好产品后再用树脂材料进行密封,施工过程确实非常简易快捷。但是,这种直接在沥青混凝土公路路面上的安装方式,却给产品的使用带来无法弥补的后遗症。

因为弯板式或石英晶体式动态车辆衡器,在出厂时都是在专用装置上检测的,其装置的工作台是钢铁结构的,相对被检产品来讲是没有变形的。如果安装在钢筋混凝土制作的公路路面基础上,其变形量也是可以忽略不计的,如果安装在沥青混凝土制作的公路路面基础上,沥青混凝土基础的“弯沉值”,就彻底改变了被检产品的称量性能了。

四、结束语

鉴于以上谈到的在沥青混凝土路面安装弯板式和石英晶体式两种动态车辆衡器可能出现的问题,我们认为应该进行如下处理意见:

(1)在沥青混凝土公路路面上安装的弯板式和石英晶体式产品,应该预先施工一个足够大和足够强度的钢筋混凝土基础;

(2)由于不同沥青含量的沥青混凝土路面“弯沉值”不同,其引道硬度将影响到称量性能的变化,所以同一结构产品安装在不同地点的性能是不同的;

(3)图5和图6是在公路路面上,采用环氧树脂材料固定、密封弯板式和石英晶体式两种产品时的情况,因为都是依靠这些材料将产品包裹在基础中,这样这些材料的硬度也应该是注意的要素,既是这些产品是安装在水泥混凝土路面上的。

(4)沥青混凝土路面的面层是最直接地反映路面品质的,在开挖后应该认真处理,特别是应该保持其原有的防水性能,防止水渗透到基层和垫层中,从而影响到基础垫层的质量。

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