（交通运输规划与管理专业论文）高速公路路肩振动带研究.pdf

摘要 路肩振动带是设置在路肩上，通过振动和噪声，提醒驶出行车道的驾驶员， 对其偏离行驶行为提出警示，使其修正不安全的行驶状态，达到减少交通事故的 目的。本文对轧制式路肩振动带的施工工艺、施工后的检验指标、施工后的评价 方法研究，进行了系统研究表明此种振动带满足我国行驶安全的基本要求。 本文对比了不同路肩振动带的优缺点，对可能适合我国使用的g l n 式路肩振 动带。提出利用“振动舒适性法”评价路肩振动带的振动效果，对轧制式路肩振 动带可能存在的工程隐患提出了分别通过沥青混合料马歇尔实验、压实度试验、 渗水试验、路面构造深度试验和路面厚度试验，检验渗水性、空隙率、矿料间隙 率、稳定度、表面粗糙度和压实度六个主要指标的验证方法，并研究了这种路肩 振动带的施工工艺和实验验证。 研究和工程实例证明，论文提出的轧制式路肩振动带是具有坚实的理论基础 和广泛的应用价值，具有推广意义。 关键词：路肩振动带、振动舒适- 性、噪声、渗水性、表面粗糙度 a b s t r a c t s h o u l d e rr u m b l es t r i p si se s t a b l i s h e si ns h o u l d e ro n ，t h r o u g ht h ev i b r a t i o na n d t h en o i s e ，t h er e m i n d e rd r i v e so u to fr o a d w a yt h ep i l o t ，t oi t sd e v i a t i o nt r a v e lb e h a v i o r p r o p o s e dt h ep o l i c es h o w s ，c a u s e si t sr e v i s i o nu n s a f et r a v e lc o n d i t i o n ，a c h i e v e st h e r e d u c t i o nt r a f f i ca c c i d e n tt h eg o a l t h i sa r t i c l ea f t e rr o l l so v e rt h es e r v i c ep a t t e m s h o u l d e rr u m b l es t r i p sc o n s t r u c t i o nc r a f t ，t h ec o n s t r u c t i o nt e s tr a t i n g ，t h ec o n s t r u c t i o n a p p r a i s a lm e t h o dr e s e a r c h ，c o n d u c t e dt h es y s t e mr e s e a r c ht oi n d i c a t et h i s k i n d s h o u l d e rr u m b l es t r i p ss a t i s f i e do u rc o u n t r yt og ot h es e c u r i t yb a s i cr e q u e s t t h i sa r t i c l eh a sc o n t r a s t e dt h ed i f f e r e n ts h o u l d e rr u m b l es t r i p sg o o da n db a d p o i n t s ，t op o s s i b l ys u i t so u rc o u n t r yu s et or o l lo v e rt h es e r v i c ep a t t e r ns h o u l d e r r u m b l es t r i p s p r o p o s e dt h eu s e ”t h ev i b r a t i o nc o m f o r t a b l el a w ”t h ea p p r a i s a l s h o u l d e rr u m b l es t r i p sv i b r a t i o ne f f e c t ，t or o l l e do v e rt h ep r o j e c th i d d e nd a n g e r w h i c ht h es e r v i c ep a u e ms h o u l d e rr u m b l e s t r i p sp o s s i b l y e x i s t e dt o p r o p o s e s e p a r a t e l yt e s t e d ，c o m p a c t n e s se x p e r i m e n t ，t h es e e pe x p e r i m e n t ，t h er o a ds u r f a c e s t r u c t u r e d e p t he x p e r i m e n t a n dt h e p a v e m e n t t h i c k n e s s e x p e r i m e n tt h r o u g h b i t u m i n o u sm i x t u r em a r s h a l l ，t h ee x a m i n a t i o ns e e p ，t h ep e r c e n t a g eo fv o i d s ，m a t e r i a l t h eg a pr a t e ，t h es t a b i l i t y ，t h es u r f a c er o u g h n e s sa n dc o m p a c t n e s ss i xm a j o rt a r g e t so r q u o t a sc o n f u m a t i o nm e t h o d ，a n dh a ss t u d i e dt h i sk i n do fs h o u l d e rr u m b l es t r i p s c o n s t r u c t i o nc r a f ta n dt h ee x p e r i m e n tc o n f m n s t h er e s e a r c ha n dt h ep r o j e c te x a m p l ep r o v e dt h a t ，t h ep a p e rp r o p o s e sr o i l so v e r t h e s e r v i c ep a t t e r ns h o u l d e rr u m b l ei sh a st h es o l i dr a t i o n a l ea n dt h ew i d e s p r e a d a p p l i c a t i o nv a l u e ，h a st h ep r o m o t e ds i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：s h o u l d e rr u m b l es t r i p s ，v i b r a t i o nc o m f o r t a b l e n e s s ，n o is e ，p e r m e a t e ， s u r f a c er o u g h n e s s i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 弘吉b 7 年舌月2 r 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： ) 氮呻 易月牛日 2 哆年多月够日 长安大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 近年来，道路交通安全以成为我国乃至全球性的重要安全问题，世界卫生组 织在巴黎发布的全球道路安全与伤害预防报告指出，世界正面临一个全球性 的道路安全危机，全世界每天多达1 4 万人因交通事故受到伤害，造成3 0 0 0 人以 上死亡，1 5 万人以上终生残疾，被称为“永不休止的战争”。我国又是世界上道 路交通事故最严重的国家之一。2 0 0 3 年我国共发生一般以上道路交通事故6 6 7 5 0 7 起，造成约1 0 5 万人死亡，4 9 万人受伤，直接经济损失3 3 7 亿元；2 0 0 4 道 路交通事故下降至5 1 78 8 9 起，但是死亡人数仍然高达1 0 7 万，居高不下。分析 这些道路交通事故，我们发现其中高速公路交通安全事故的伤亡损失往往非常巨 大，令人触目惊心，究其原因相当部分( 据调查约占1 3 以上) 属驾驶员精力不 集中、昏昏欲睡、疲劳驾驶等，车辆偏离正常车道，形成侧向翻转而酿成恶性事 故，车辆驶出路侧撞击障碍物或翻车造成的交通事故越来越多。 自8 0 年代以来，随着交通网络的改善以及机动车数量的不断增加，道路交 通事故的死亡人数也逐年增多。但是与此同时，随着交通环境的改善以及机动车 辆总量和性能的不断提高以及交通管理水平的改善，万车死亡率指标有所上升。 一方面，交通基础设施的改善带来了高等级公路数量的增加，相应地造成了行车 速度的不断提高；另一方面，机动车驾驶员总量的增加造成了驾驶员素质的良莠 不齐，加剧了交通事故的严重性，每万人死亡率开始上升。随着交通安全事故发 生频率的上升和事故破坏性的增加，交通事故带来的经济损失也在逐年增加。 驾驶员违章操作、行为规范差是交通事故的主要原因。据对2 0 0 0 年交通事 故原因的分析可知，机动车辆驾驶员违章操作、经验不足、行为规范差，造成的 交通事故发生次数占总数的8 3 7 ，导致的死亡人数占总死亡人数的6 7 2 ，造 成的直接经济损失占所有经济损失的8 8 7 。 实验证明，机动车在行驶过程中产生的噪音和振动能给精神疲倦的驾驶员提 供有效的刺激，使其重新恢复清醒的意识形态，行车中及时采取正确行动，避免 危险发生。根据这一原理，西方一些发达国家在公路上设置了振动带，给脱离正 确行驶轨迹的车辆驾驶员以提醒，以便其尽快返回行车道内。振动带主要分为两 第章绪论 种，一种设在无中间隔离设施的双向普通公路上，在车辆将要越过中线驶入对向 车道时给驾驶员以提醒。另一种设于路肩上，提醒驶出行车道的驾驶员及时扭转 方向盘回到先前的行车道上。设于路肩上的振动带同时适用于普通公路和有中央 分隔带的高等级公路，尤其在高速公路上，路肩振动带发挥着十分重要的作用， 本文主要研究的是路肩振动带的发展和设计使用情况。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 路肩振动带的定义为：路肩振动带是沿路设置在靠近行车道位置的硬路肩 上的一项交通设施，它由一系列锯齿状或凸起的结构构成，可通过产生振动和噪 声提醒驶出路面的驾驶员，使其重新返回行车道。 世界上第一个路肩振动带的使用始于1 9 5 5 年，建在美国新泽西州的州公园 道路上。从2 0 世纪6 0 年代开始，美国各州开始使用形式不同的路肩振动带。根 据越来越多关于路肩振动带安全性的文献记载，接下来的十年路肩振动带在大交 通量道路上普遍使用，近期路肩振动带又开始安装于许多双车道乡村公路上。 美国自行车联盟曾经对j a m e sl o b e r s t a r 议员提出过关于路肩振动带给自 行车人群带来的安全性问题。为了消除他们这种疑虑，f h w a 与自行车联盟和 j a m e sl o b e r s t a r 议员进行了会谈，这次会谈的成果之一就是f h w a 按要求对目 前使用的路肩振动带制定了设计和使用标准。 进入2 0 世纪8 0 年代后，许多专业机构和人员又对先前使用的振动带的形式、 设置位置的等进行了深入研究，以使其更好地发挥作用。主要的研究成果有： h i g g i n s 和b a r b e l 于1 9 8 4 年在伊利诺斯州针对路肩振动带产生的振动和声 音效果进行了研究。他们认为不同形式的振动带产生的外部声音效果并没有很大 的不同，路肩振动带产生的是低频率的噪音，这种噪音使周围由正常交通引起的 噪声增加了约7 分贝。通常，测得的噪音频率在5 0 1 6 0 赫兹之间【2 1 。 1 9 9 3 年c h e n ge ta 1 对u t a h 公路上1 9 9 0 至1 9 9 2 年的碰撞事故数据进行了 事先事后分析，发现没有安装路肩振动带的高速公路事故率( 3 3 4 ) 远高于安 装了路肩振动带的高速公路事故率( 2 6 9 ) ，而且高速公路上装有连续的靠近行 车道边缘的沥青振动带时事故率比安装不连续且远离行车道边缘的水泥路肩振 长安大学硕士学位论文 动带的事故率低。 1 9 9 4 年，w o o ds o n i c 预测了设在p e n n s y l v a n i at u r n p i k e 的最初五个n a p a l e r tp a a e m ( s n a p ) i 程的数据，预测结果表明，路肩振动带的使用减少了7 0 驶出路面发生的碰撞事故。 k h a na n db a c c h u s 在1 9 9 5 年的研究中，提出了公路路肩给自行车人群带来 的经济和安全效益。并且说明路肩振动带的使用有很高的费用效益比【3 】。 1 9 9 8 年，p e r r i l l o 使用纽约运输部门( n e wy o r ks t a t ed e p a r t m e n to f t r a n s p o r t a t i o n ) 和纽约高速公路权威管理机构n y s t a ( n e wy o r ks t a t et h r u w a y a u t h o r i t y ) 收集的数据进行了事先事后分析，分析结果表明，在乡村州际公路和 花园公路( p a r k w a y s ) 上使用了轧制式路肩振动带后，驶出路侧事故至少降低了 6 5 。 在1 9 9 9 年的研究中，g r i f f i t h 利用加利福尼亚和伊利诺斯州的数据分析了 高速公路上设置连续式卷轴路肩振动带的安全效果。这项分析结果表明，使用连 续式路肩振动带在所有的高速公路上平均减少驶出路面事故的比例是1 8 3 ，乡 村高速公路上减少事故的平均比例是2 1 1 【4 1 。 2 0 0 1 年，加利福尼亚运输部门对不同形式的路肩振动和五个典型的切割式 和挤压式路肩振动带的标准结构进行了研究，收集了六辆不同种类的测试车辆， 从小轿车到商用大卡车，穿越路侧振动带时的振动和声音数据。要求两辆测试车 辆的驾驶员凭主观感受评价路肩振动带的特征，后又有5 5 名不同年龄、不同技 术水平的自行车志愿者对路肩振动带的设计进行评价。研究结果建议在至少1 5 米宽的路肩上用轧制式路肩振动带代替卷轴式路基振动带效果较好，路肩宽度小 于1 5 米时，安装凸起式或旋转式热塑性路肩振动带更合适。 1 2 2 国内研究现状 目前国内还没有路肩振动带的成型的研究，大多数还是城市道路和公路上的 减速带和一些交通振动标线如图1 1 所示。 在合肥至徐州高速公路上有k 1 9 4 + 0 0 0 1 4 2 1 0 + 0 0 0 ，计1 6 k m 试验段工程，另 外在杭州和郑州的绕城高速上也有试验段。 第一章绪论 图1l 减速带图 13 我国高速公路路肩问题和设置状况 路肩是高速公路结构设计的重要组成部分，分为硬路肩和土路肩两种，硬路 肩紧邻行车道，与行车道以白色路面标线相隔，宽度较大，采用沥青混凝土铺筑， 可以承受车辆荷载的作用，发挥着保护和支撑路面、为事故车辆提供临时停放场 所、为道路养护作业、埋设地下管线等活动提供场地等功能。土路肩宽度较小， 一般不超过l m ，起着提供侧向余宽和支撑硬路肩的作用，精心养护的土路肩还 能增加公路的美观。 根据公路工程技术标准，我国高速公路路肩宽度根据行车速度不同而采 用不同值。路肩宽度推荐值分为一般值和极限值两类，当道路条件不受限时，设 计中规定选用一般值或略大于此值的路肩宽度，任何情况下路肩宽度值不应小于 标准中规定的极限值，路肩宽度内设路缘带，一般为0 5 米，路肩坡度与路 面横坡一致，大多为2 ，在高填路基处，硬路肩外缘设置拦水带，以汇集排放 路面积水，避免坡面冲刷。 表l 1 高速公路路肩鲑 计算行车速度( k r n h ) 1 2 01 0 08 0 6 0 l 一般值l32 5 或35 0 3 0 02 7 52 s o 硬路肩宽度( m ) l 低限值l 30 0 2 7 525 0 土路庸宽度( m ) l 一般值l 0 7 5o 7 5o 7 5 1s 0 o 5 0 注：当受条件限制时，可采用低限值；计算行车速度为1 2 0 l i n c h 的四车道高速公路，宜采用 35 0 m 的硬路肩 六车道、八车道高速公路可采用30 0 的硬路肩。 长安大学硕士学位论文 行车道右侧的路肩宽度值，高速公路采用分离式断面时，行车道左侧也应设 硬路肩，其宽度一般为：计算行车速度1 2 0 k m h 时采用1 2 5 m ；计算行车速度 l o o k m h 时采用1 0 0 m ；计算行车速度小于或等于8 0 k m h 时采用o 7 5 m 。 由于土路肩宽度较小，且处于边缘位置，对路上行车的影响不大，而硬路肩 紧邻行车道，它理论上虽不为车辆行驶提供空间，但驾驶员精力不集中时驶出行 车道，使得车辆在路肩范围内行驶或车辆在避让后方超车车辆时越占路肩空间等 现象的存在，还是让路肩在一定程度上发挥了行车道的作用，并且交通量越大时 这些现象越明显，由此形成的安全隐患也越多，主要表现在： ( 1 ) 当路肩上有故障车辆停放时，行车道上的车辆为避让后方车辆超车， 会不自觉地向路肩方向靠近，一不注意则会与停放车辆发生追尾碰撞。另一种情 况是，行车道上的车辆在躲避路肩上的停放车辆时不自觉靠内侧行驶，与超车车 辆发生碰撞。以上两种现象在车速越高或夜间行车条件下，发生的概率越大。 ( 2 ) 由于道路景观单调导致驾驶员精神疲劳，酒后驾驶，药物影响或其它 原因引起驾驶员精力不集中时，车辆在路上行驶时驾驶员的警惕性会降低，应付 突发事件的行动变慢，此时一旦车辆从行车道驶出不能在路肩范围内采取有效的 措施，则车辆很可能与路侧护栏相撞甚至冲出道路，造成交通事故。 ( 3 ) 在不良天气条件下，例如雨雪或风沙天气，驾驶员不能清晰地辨认道 路标线，无法准确确定安全的行驶路径时，发生在路肩上的撞车事故和由路肩边 缘冲出道路的单车事故更多，事故后果也更严重。 从上所述我们可以清楚地看出，我国高速公路路肩上存在的问题，路肩的安 全问题并没有合适的措施和设施来加以保证，这样导致一些可以避免的交通事故 的发生。 1 4 论文的研究方向和研究的内容 本文所要研究的路肩振动带是设置在路肩上，通过振动和噪声，提醒驶出行 车道的驾驶员，对其偏离行驶行为提出警示，使其修正不安全的行驶状态，达到 减少交通事故的目的。 本文所要研究的内容首先是探讨路肩振动带在我国所适用的形式、位置以及 如何利用路肩振动带所产生的噪声和振动达到提醒驾驶员的目的，同时提出路肩 第一章绪论 振动带的评价方式：“振动舒适性法 。 其次探讨路肩振动带施工过程中路肩振动带的质量技术指标，包括渗水问 题、空隙率、矿料间隙率、稳定度、表面粗糙度和压实度六个主要指标。通过上 述六个指标验证路肩振动带在施工中是满足公路工程沥青及沥青混合料试验规 程，同时研究了轧制式路肩振动带的施工工艺。 第三通过对路肩振动带理论进行实例验证，主要的应用工程为陕西榆林至陕 蒙界高速公路，路肩振动带的施工正式在陕蒙高速公路第一合同段 k 1 4 + 2 4 0 一k 1 4 + 3 6 0 处开展，通过真实实例验证路肩振动带在实际道路中渗水等六 项指标是满足国家规范的在实际应用中是可行的，并且经过实验车辆的实际试验 证明路肩振动带可以对驾驶人员起到提醒作用，且不会对驾驶员起到副作用危害 到驾驶安全，同时路肩振动带在噪声方面也完全可以达到实际交通工程的需要。 6 长安大学硕士学位论文 第二章路肩振动带作用原理 2 1 路肩振动带原理概述 路肩振动带( s h o u l d e rr u m b l es t r i p s ，简称s r s ) 是设置在硬路肩上 离行车道边缘一定距离的一条平行于行车道的带状构造物，它由一系列的凸槽 或凹槽构成，当车辆偏离行车道驶上该构造物时，通过振动和噪声来提醒驾驶 员。 路肩振动对由于车辆超速、避让路上碰撞而突然转弯或车辆以较大角度 冲出时发生的交通事故预防效果不大，它主要对以稳定状态行驶出路面的驾 驶员进行提醒，所以当在靠近行车道边缘的路肩处设置时效果较好。这种设 置使以小角度驶出的车辆有时间和空间重新返回行车道，防患于未然。若其 设置位置已靠近路肩边缘，则车辆可能失去了恢复至行车道的机会，这就使 振动带的设置失去了意义。一般来说，一条公路上设置路肩振动带的距离越 长，其对预防交通事故起的作用越大。所以，通常路肩振动带在一般行车路 段应连续设置。但在匝道出入口、道路交叉口等处，由于车辆间互相干扰比 较严重，设置路肩振动带有时会影响车速和道路的通行能力，所以一般不提 倡设置路肩振动带。 关于路肩振动带在路肩上的设置位置，为了减少振动带对通行交通可能造 成的不利影响，路肩振动带一般不设置在紧邻行车道边缘处，而是保持一定的 距离，一般为1 0 0 3 0 0 m m 。另一侧也不能延伸至路肩边缘，因为要为车辆得到 提醒后重新返回行车道预留一定的转向空间，而且也为自行车等其它路肩使用 者提供了一定的空间。当需要在路肩上进行施工时，这种设置还可使施工车辆 在路肩上行驶时完全横跨于振动带之上，减少施工车辆给正常交通带来的干扰。 通过上面陈述不难看出路间振动带是目前在高速公路上保证车辆不驶出道路的 有效办法哺1 。 7 第二章路肩振动带作用原理 。 i j| b f b 1 、 口口口口口口口口口口口口口 厂 厂 厂_ 厂 厂 厂 厂广 厂 厂 厂 nnr 几几n 几厂 厂 厂 u u uul j l ju uu u u u u u uu u u u u u u 路肩震动带 挑 硬路肩边缘 矿 路肩振动带断面图 |i 三 = l i ； 三 | 三 一二 目 = i 二 价j = l 号 = 三 二 二 十 卫 一 三 | 二 三 m ；。 = 三 二 三 l 二 = = 二 = 图2 2 路肩振动带典型布置图 路肩振动带除了能及时提醒驶出行车道的驾驶员恢复正常行驶路径外，还有 以下作用： 长安大学硕士学位论文 ( 1 ) 在雨雪、雾以及扬沙等恶劣天气条件下能帮助驾驶员很好地判断行驶 路径。 ( 2 ) 缓解驾驶员长时间凝视高速公路上白色或黄色的道路标线产生的单调 感和疲倦感。 ( 3 ) 通过提醒驾驶员保持正常的行驶位置，避免与停车带上停放的车辆相 撞。 ( 4 ) 视距受限路段，路肩振动带可帮助驾驶员保持始终在正确的车道上行 驶。 ( 5 ) 设在允许自行车行驶的公路上的路肩振动带，为自行车人群提供了更 好的安全保障，也限制了自行车对机动车车道的越占行为。 2 2 路肩振动带的形式及其特点 2 2 1 路肩振动带形式 目前，已使用的路肩振动带有轧制式、卷轴式、成型式、凸起式四种主要 形式，各类振动带的一般尺寸见及安装方法见下表，其中一般尺寸为目前比较 常用值，并不是唯一值，如表2 1 所示阳1 。 表2 1 主要路肩振动带形式及特点 振动带 形式 一般尺寸安装方法 轧 凹痕深约1 3 m m ，与行车道平行方向宽约 制 1 8 0 m m ，垂直方向宽约4 0 0 m m 。，压痕中心通过将碳化物附着于直径6 0 0 m m 间距约3 0 0 m m ，从行车道边缘至压凹痕边缘的鼓轮上碾压路面形成 式 的距离大约为1 0 0 3 0 0 m m 。 卷 痕迹约深2 5 m m ，平行于行车道方向宽 安装通过使用钢轮卷轴完成，这 轴 5 0 6 4 r a m ，垂直于行车道方向宽4 5 0 9 0 0 m m 。 个钢轮卷轴上的一半面积内焊有 压痕中间间距约2 0 0 m m ，从行车道边缘至压 金属管或硬质钢条，在热的沥青 式面路肩上通过碾压形成金属管或 凹痕边缘的距离大约为1 5 0 3 0 0 m m 。 硬质钢条形的痕迹。 成 痕迹约深2 5 m m ，平行于行车道方向宽 型 5 0 6 4 m m ，垂直于行车道方向宽4 5 0 9 0 0 m m 。在新建的水泥混凝土路肩上用带 压痕中间间距约2 0 0 m m ，从行车道边缘至压波纹的模子压路肩路面形成的 式 凹痕边缘的距离大约为15 0 3 0 0 m m 。 凸 凸起部分的高度在6 1 3 m m ，宽度和彼此之间可以用很多种材料制成，并且有 起 式 的间距在不同种类的路肩上尺寸大不相同。多种施工方法 9 第= 章踏肩振动带作用原理 在上述四种路肩振动带的不同主要表现在安装程序和形式上，这两项影响着 路肩振动带的声音和振动效果，经实验对比，普遍认为轧制式和卷轴式路肩振动 带效果较好，为目前采用较多的两种类型。 ( 1 ) 轧制式路肩振动带 轧制式路肩振动带可设在新建或已存在的沥青或硅酸盐水泥混凝土路肩上， 它是靠机器在路肩上切割出一个平滑的沟，当以合适的间距重复切割这种沟后就 形成了路肩振动带，这种形式的路肩振动带改变了路面表面的形式，使驶入的车 辆轮胎陷入其中，由此产生一定的振动和声音效果。轧制式路肩振动带的形式如 图23 所示。 图23 轧制式路肩振动带 ( 2 ) 卷轴式路肩振动带 卷轴式路肩振动带是在新铺筑的沥青路面上挤压形成的，路面上的压痕是由 将钢管焊在鼓上的卷轴形成的，卷轴式路肩振动带一般是圆形或v 字型的，其产 生的振动和声音刺激比轧制式要小。卷轴式路肩振动带形式如图24 所示。 图24 卷轴式路肩振动带形式 长安大学硕士学位论文 通过改变路肩振动带横向和纵向宽度、间距以及深度来调整其产生的声音和 振动效果大小。但目前各州所采用的路肩振动带尺寸大小相差很小。如表2 2 、 图2 5 、图2 6 所示的是常见的路肩振动带尺寸n 1 。 表2 2 轧制式和卷轴式路肩振动带的标准尺寸 尺寸代码 代表内容 轧制式( 衄) 卷轴式( 衄) a 间距 约1 3 0约1 3 0 b 径向宽度 1 8 04 0 c 横向宽度 4 0 04 0 0 d轮胎下陷深度1 30 7 5 e 深度 1 33 2 注1 尺寸代码见下图 图2 5 路肩振动带各标准距离示意图 图2 6 路肩振动带深度及轮胎下陷深度示意图 第二章路肩振动带作用原理 通过调研分析总结出我国高速公路存在以下几个问题： ( 1 ) 路上交通量 从现有分道行驶的高等级公路来看，当交通量较小时各型车型的行驶状态 在横向分布上其随机性较大：当交通量较大时，中型以上的车辆相对集中在紧靠 硬路肩的右侧行车道上行驶，左侧行车道则成为小车道和超车道；当交通量大于 通行能力时，各种车型在横向分布上则较为紊乱，往往会出现硬路肩范围亦作为 行车道行驶的状态。目前规划建设的高等级公路，在交通量分析、预测时，由于 经济发展的预测难以把握，要精确地预测规划年限末的交通量值是很难做到的。 因此，要确切地把握住规划年限末的车道数是困难的。通过国内建成公路的调查， 若公路管理上完善，收费合理，则预测值比实际交通量要小。 ( 2 ) 车辆组成 从我国目前高速公路上的交通构成情况来看，大、中、小型车并存，不同使 用功能的高速公路上车型构成比例相差较大，自国家开始整顿超载以来，多条高 速公路上大型货车数量有上升趋势，给公路交通的运行带来了一些不利的影响， 主要表现在： 大型车比小型车大，因此占用的道路空间比小型车大，大型车比例的增加 使得公路交通流流率下降； 大型车运行性能比小型车差，很多情况下大型车辆跟不上小型车，在交通 流中形成的大间隙很难由超车来填补，这就造成无法完全避免的道路空间的低效 作用； 大型车加速、减速和保持上坡车速的能力低，并且不易控制，发生紧急事 故时及时避让的灵活性差。 从行车安全的角度考虑，路肩振动带的尺寸的确定应更加注重满足大型车的 交通需求阳1 。综上所述在本文的研究以大型货车后轮的宽度4 0 0 m m 作为路肩振动 带的长度，以大型货车后轮接地宽度1 8 0 r a m 作为路肩振动带的宽度，当假设路肩 振动带的深度为l o - 1 5 m m 时，大型货车后轮刚好接地，所以大型货车后轮接地地 深度作为路肩振动带。 2 2 2 轧制式路肩振动带的特点 目前我国的高速公路路肩振动带主要是铣刨式的，一般铣刨式在已经成型的 1 2 长安大学硕士学位论文 道路上使用，另外，沥青砼路面铣刨刀具是该机械完成路面切削作业的消耗性执 行元件，其力学性能的优劣、使用寿命的长短以及制造成本的高低，直接影响到 路间振动带的生产效率和经济效益。由于国内对路面铣刨刀具从选材、工艺到装 备各个方面生产技术的系统研究较缺乏，致使国产刀具质量十分不稳定，在实际 使用中经营出现刀体早期磨损、硬质合金刀头非正常脱落等不正常失效，目前我 国主要使用国外进口的刀具，因而造成铣刨成本的增加。而本文研究的就是如何 降低成本达到制作路肩振动带的目的。现在我们采用首先制作模型再利用压路机 施工的方式，这种方式可以在很大程度降低成本，现在普遍采用的铣刨式它的每 米的成本在9 1 l 元，而压制式的成本在5 元左右，目前国内广泛使用的凸起振 动标线，它的每米成本在2 6 - 3 0 元，和它比较路肩振动带具有噪声差大、振动感 强、造价低廉、综合使用效果较好等优势，适宜在新建高速公路和通行高速公路 使用，从上面的比较可以看出压制式的路肩振动带成本优势。另外铣刨式路肩振 动带必须通过喷洒乳化沥青来有效地保护和提高路肩振动带底部防渗水性能，而 轧制式不用采用这种方式，它一次碾压成型已经具备了防水的的功能。 图2 7 铣刨设备图 223 路肩振动带的振动特点 一般研究中，振动的位移、速度和加速度是频率的函数。位移在研究机械结 构的强度、变形和旋转构件不平衡时有用；加速度由于它和作用力及负载成正比， 一般在研究机械疲劳、冲击等方面被采用、现在也普遍用来评价振动对人体的影 响：振动速度和噪声的大小有直接关系；频率主要用于频谱分析。 第二章路肩振动带作用原理 在实用单位制中，位移的单位为m ，速度的单位是m s ，加速度的单位时 m s 2 。位移、速度和加速度的大小可以用峰值、平均值或有效值( 均方根) 来表 示，峰值时瞬时振动的最大值；平均值是瞬时振动的绝对值在一段时间间隔内的 平均数；有效值是瞬时振动平方值在一段时间内的平均数的平方根。有效值直接 与振动能量有关，因此使用的比较多。但是有事也用峰值，以求最大幅度，尤其 在冲击测量中应用更多。 衡量振动与衡量噪声强弱一样，反映振动特性的位移、速度、加速度等参数， 也可分贝来表述它们的相对大小，分别得到相应的级值。 振动位移ls=20 l g ( s s o ) 式中：s 一位移，1 1 1 s o - 位移基准值，s o = 8 x 1 0 1 2m 。 动速度l 。为 l 。= 2 0l g ( v v 。) 式中：v - 振动速度，m s ； v 0 一振动基准值，v o = 5 x i o m s 。 振动加速度l 。为 l , = 2 0 l g ( a 幽) 式中：a - 振动加速度，m s 2 ： 砒一速度基准值，a o = 5 x l o 叫m s 2 。 评价振动对人体的影响是比较复杂的，人们对振动的感觉比对噪声的感觉复 杂得多，人对噪声的感觉一般是通过器官一耳朵来感觉的，而振动则由身体各部 分感觉。对同样一种振动，人的体位不同( 如站、坐、卧) ，则感觉不一样。同 时，由于接受的器官的不同( 如手、脚等) ，感觉不同。人体可近似看成弹性体， 骨骼近似为一般固体，但比较脆弱；肌肉比较柔软，并且有一定弹性。人体的骨 骼和肌肉构成许多空腔和诸如心、肝肺胃肠等弹性系统。经简化，人体近似为一 个等效机械系统，试验表明，人体各部分器官都有固有频率。如人体全身是6 h z ， 腹腔约为b h z ，胸腔为2 1 2 h z ，头部为7 2 5 h z 。当身体各部分器官固有频率与 外界传来的振动频率一致或接近时，就会引起器官的共振，此时器官受到的影响 和危害最大。在做振动试验时我们需要避免车辆和人体产生共振同时也需要振动 1 4 长安大学硕士学位论文 频率和车辆的固有频率达到一致，这样才能有效地做到路肩振动试验的目的。工 业振动对听觉造成的损伤与噪声造成的听力损伤不同，噪声性损伤以高频3 0 0 0 - - 4 0 0 0 h z 段为主，振动性听力损伤是以低频1 2 5 - - 2 5 0 h z 为主。在工业实际中， 振动与噪声常常同时作用于人体。 根据振动强弱对人体的影响，大致有四种情况： ( 1 ) 振动的“感觉 人体刚能感觉到的振动信息，就是通常听说的“感觉”。人们对刚刚超过感 觉的振动，一般并不觉得不舒服，也就是说大多数人对这种振动是可容忍的。 ( 2 ) 振动的“不舒服” 振动的强度增大到一定程度，人就会感觉到不舒服，或者作出讨厌的反应， 这就是不舒适。“不舒适”是一种心里反应是大脑对振动信号的一种判断，并没 有产生生理的影响。 ( 3 ) 振动的“疲劳 振动的强度进一步增加，达到某种程度，人们对振动的感觉就由“不适应 进入到“疲劳。对超过“疲劳”的振动不仅有心理反应，而且也出现生理反应。 也就是说振动的感觉器官和神经系统的功能，在振动的刺激下受到影响，并通过 神经系统对人体的其他功能产生影响，如注意力转移，工作效率低等。当振动停 止以后，这些生理影响是可消除的。 ( 4 ) 振动的“危险” 当振动的强度继续增加，超过一定限度时，便对人不仅有心理影响，还会产 生病理性的损伤，这就是“危险”，也称“极限。超过危险后的振动将使感觉 器官和神经系统产生永久性的病变，即使振动停止也不能复原。 上述谈了振动强弱对人体的影响，那么，如何来评价振动呢? 为了评价振动，本文首先对国际标准化组织( i s o ) 推荐使用的评价标准的 主要内容进行了简略介绍。这个标准适用于人体垂直振动，包括站立或者坐在椅 子上时，受到上下方向的振动，如果承受的是水平方向振动，那么各曲线都要降 低分贝值( 也可以把纵坐标的标度除以) 。 当振动频率在3 一l o h z 范围时，危害最大：当振动频率低于3 h z 或高于l o h z 时，对人体危害就小了。上述标准适用的振动频率为1 一l o o h z 。对于低于1 h z 1 5 第二章路肩振动带作用原理 频率的振动，主要产生晕动病，造成头晕，例如航空晕等。但是每个人感觉不一 样，往往差别很大。对于l o o h z 以上的振动，知觉作用主要在皮肤上，其感觉， 很大程度上取决于人体接受振动的作用点及该点的振动阻尼层情况，如所穿的 鞋、衣服等。因此，对于频率在1 一l o o h z 范围以外的振动，欲给出通用的振动 暴露曲线，实际上是不可能的，在一定意义上来说，图上给出的曲线对评价一般 的振动是足够的。 综上所述，评价一种振动对人体的影响，除了与振动的频率、振动加速度大 小和暴露振动下的时间长短有关外，还与振动方向有关。例如垂直振动和水平振 动即使振动频率、加速度和作用时间都相同，但人体的感觉是不一样的。把人体 对垂直和水平振动等感觉曲线画在一副图上，通过国际标准化组织( i s o ) 推荐 的人体全身对规则振动的等感度曲线可以清楚的看出，对频率高于8 h z 的振动， 垂直振动比水平振动高于l o d b 另外，从同一曲线上比较2 0 h z 的振动和8 h z 的振 动相差8 d b ，这就是说，从振动加速度来看，人体对频率低的振动比对频率高的 振动更敏感。振动不仅对操作者有直接影响，还危害振动源附近的工人，而且通 过地面传到很远处，造成对周围环境的干扰，成为一种公害。 2 3 路肩振动带噪音 2 3 1 噪音产生的原因 机动车辆在道路上行驶辐射的交通噪音由两部分组成，包括动力噪声和轮胎 噪声。动力噪声的强度主要取决于发动机的转速，与车速、路面坡度有直接关系； 轮胎噪声是指轮胎与路面的接触噪声，它的大小主要取决于车速，其强度随车速 的增大而增大。当车速大于5 0k m h 时，轮胎噪声就成为小客车与轻型载重车噪 声的主要部分。车内噪声主要来自发动机噪声、气流噪声、车体振动噪声、悬挂 系统噪声及其他零部件噪声5 个方面。车辆行驶中，发动机高速运转，其噪声通 过防火墙、底盘等传入车内；汽车在颠簸路面行驶产生的车身共振，或高速行驶 时开启的车窗产生共振都会成为噪声。由于车内空间狭窄，噪声不能有效地被吸 收，互相撞击有时还会在车内产生共鸣现象。行驶中，汽车的悬挂系统产生的噪 声以及轮胎产生的噪声都会通过底盘传入车内。悬挂方式不同、轮胎的品牌不同、 轮胎花纹不同、轮胎气压不同产生的噪声也有所区别：车身外形不同、行驶速度 长安大学硕士学位论文 不同，产生的风噪大小也不同。在一般情况下，行驶速度越高，风噪越大：由于 设计的原因，汽车风阻系数无法改变，也很难彻底有效地降低风噪n 引。 研究表明，由车辆与道路产生的滚动噪音主要受以下因素影响 ( 1 ) 车速行驶的速度 车辆噪音的声级与行车速之间有一定关系，速度越大噪声越大。 ( 2 ) 路面的表面结构 研究发现，路面的表面构造，即粗糙度，纹理深度等几何特征，对轮胎与路 面的接触噪声有明显影响。同时路面的不平整度，也影响路表的噪声。 ( 3 ) 路面材料 水泥混凝土路面上的滚动噪声水平一般要高于沥青路面上的滚动噪声。对于 相同的表面宏观构造，混凝土路面的噪声大约高l d b 。其原因可能与混凝土路面 的弹性模量大，因而阻抗大有关。老化的沥青路面噪声大，一方面是平整度变差； 另一方面也可能是混合料劲度增大的缘故n 。 ( 4 ) 轮胎的花纹 研究表明，小型轮胎在光滑路面上的滚动噪声比粗糙度路面上大。光滑轮胎 或有纵向槽纹的轮胎比有各种花纹的轮胎在光滑路面上滚动噪声上。粗花纹的轮 胎比子午轮胎所产生的噪声小。轮胎的宽度大，其滚动噪声也大：而轮胎的直径 大，则产生的噪声小口2 | 。 路肩振动带正是利用车辆在行驶过程中产生的噪音达到提醒驾驶员，使其做 出正确的判断。 2 3 2 路肩振动带噪声评价标准 车内噪声是影响乘车人的舒适性、听觉损害程度、语言清晰度以及对车外各 种音响讯号识别能力的重要因素。对于车内的噪声量，原国家技术监督局在1 9 9 8 年1 月1 日发布实施的机动车运行安全技术条件中要求，客车车内噪声级不 大于8 2 分贝；汽车驾驶员耳旁噪声声级应不大于9 0 分贝。国家噪声标准如2 3 表： 1 7 第二章路肩振动带作用原理 表2 3 国家噪声标准 d b ( a ) 1 9 9 8 年1 月1 日1 9 9 5 年1 月1 日起车囊麦墨 蕾辑种类、 轿车油 1 7髂 t 虽蓐车。赞车曲 如抛 毛4 3 0 0r r a i n 9 9 2 轻缓謇车、货车 汽曲 - l 瑚r z i n 9 79 5 蕾野车 肇曲1 0 0 中叠客车贸车 汽袖 口7蛄 大墨客车 肇麓1 0 31 0 1 n 1 4 7 k w1 0 l曲 i 量赞车 n “7 k w l o sl 2 4 路肩振动带振动效果评价 研究路肩振动带的舒适性主要在于研究：车辆在行驶过程的舒适性以及它对 驾驶员的提醒作用。 我们知道汽车振动乘坐舒适性的评价是十分复杂的，要定量地描述汽车振动 舒适性能，必须包括物理的、心理的和生理的各方面的评价。评价方法大体可归 纳为两种：主观评价和客观评价，客观物理量评价方法主要考虑的是车辆的隔振 性并计入人的因素，与前者相比人的因素较少，而且到目前为止，国外个公司、 试验厂和研究人员使用的是较大的不同评价指标和评价方法。有乘坐舒适性系数 法，后为日本国营铁道推荐方法，p r a d a k o 和l e e 提出的吸收功率法，美国宇航 研究中心提出的单一不舒适性指数法，以及国际标准化组织推荐的i s 0 2 6 3 1 人体 承受全身振动评价指南，英国安普顿大学声振动研究所提出的总乘坐法，还有湖 南大学的刘建中和日本千叶大学的铃木近等人采用心理测定法中s d 法 ( s e m m a n t i cd i f f e r e n t i a lm e t h o d ) ，对汽车乘坐舒适性进行主观评价，然后利用模 糊数学理论建立了乘坐舒适性主观评价模型等等四3 。下面分别介绍国内外几个主 要的评价方法。 1 、i s 0 2 6 3 1 法 1 9 7 4 年首次颁布i s 0 2 6 3 1 标准，该标准的目的是量化人体受到从固体表面 传到人体过程中主要频率范围在1 8 0 h z 振动暴露极限值。应用预测在特定频 率范围内随机或非周期振动信号的频率，自从此标准颁布以来经历了几次的修 长安大学硕士学位论文 改。这些极限标准的制定是根据三条普遍公认的认知准测而来的：保持舒适性、 工作效率和安全或健康，三个标准分别依据三条准则定义为“减少舒适性界限” “疲劳降低工效界限 和“暴露极限”。其具体是在l - - 8 0 赫兹频率范围内定义 了三条区域界限( i s 0 2 6 3 1 1 ，1 9 8 5 ) ： ( 1 ) 疲劳降低效率界限：这个界限确定了人体暴露于振动的时间极限，如 果超过该极限，人们的工作就视为进行一项危险的损害工作效率的工作，特别是 那些受时间影响较大的工作如车辆驾驶员等。 ( 2 ) 暴露时间极限：这个极限值与人体的健康和安全保护有关，在没有特 别理由和事先警告，我们一般是不建议在暴露极限范围外进行工作的，甚至没有 任何工作任务允许在暴露极限范围外完成。 ( 3 ) 减