高速动态称重系统在公路车辆荷载调查中的应用

2014-11-09陈少幸

山西建筑 2014年22期

陈少幸王强

(1.珠海交通集团有限公司，广东珠海 519000;2.广东交通集团检测中心，广东广州 510800)

1 概述

车辆荷载的作用是路面使用性能和寿命的关键因素之一。不同类型、装载的车辆会产生不同级别的轴载，对路面形成不同程度的损伤。因而，对路面设计和管理人员来说，感兴趣的不仅仅是交通量，更重要的是轴载的大小和各级轴载出现的次数。当前路面设计和公路管理采用的是以某一(几)种代表车型在空载、半载和满载条件下的轴载以及交通量来模拟路上的轴载谱［1，2］。这种方法能满足车辆按照额定的装载吨位和均匀的装载方式进行装载行驶的情况，却不能考虑车辆的超载和货物不均匀装载引起的轴载变化，而这种情况在现有的公路运营中又已普遍存在。所以，模拟轴载数据不能反映公路现场情况，需要对道路实际的交通流量及轴载进行调查。为了掌握高速公路车辆荷载情况，采用高速动态称重系统进行车辆荷载调查分析［3-5］。

2 检测方法

采用高速动态称重系统进行检测，可以同时采集轴重、轴数、总车重、轴间距、车长、车速、车辆分类等参数。高速称重系统安置于车辆正常行驶路段，待车辆行驶通过后可以得到相应数据。

采用安装较为方便、采集数据能够满足要求的HI-TRAC 100高速称重系统。

2.1 HI-TRAC称重及交通调查系统工作原理

压电称重传感器输出的电压信号与车辆压过的压力相对称。信号由HI-TRAC控制器转换成电压。此电压信号用来决定轴被检测到的时间，电压的大小计算出相应轴的重量。压电称重传感器埋设的截面图及车辆轮压示意如图1所示［6］。

图1 压电传感器埋设截面及轮压示意图

图2为一辆四轴货车所压过传感器时系统所检测到的波形。

2.2 设备安装及调试

具体安装如下:

1)地感线圈的安装。

在每一车道上，开5 mm宽，30 mm深，2 m见方的埋槽，埋设地感线圈，开1 cm宽3 cm深的埋槽，将线引到路边，开槽用填缝胶密封。

2)压电传感器的安装。

每一车道，开两条横跨车道的埋槽，埋槽长度为3.5 m，宽19 mm，深19 mm，埋设1条压电传感器(长3.5 m)，并开1 cm宽2 cm深的埋槽，将线引到路边，开槽用填缝胶密封。

3)路面温度传感器的安装。

在最外侧车道路面中间开1 cm宽3 cm深的埋槽，埋设温度传感器，埋槽延伸到路边，将温度传感器电缆线引到路边，开槽用填缝胶密封。

图2 车轮经过时的传感器波形

4)主机机箱的安装。

在安装点路侧基础上安装控制机柜，控制机箱底座需要建一个长3 m，宽2 m的水泥台，台面与路面同高，并预留穿线管道和修建一口接线用标准人井。

5)供电电缆线的铺设。

2.3 数据采集

该系统能采集单轴重、轴数、轴组负荷、总车重、轴距、总轴距、车长、车悬长、等效轴负载、车速、车间距时间、站点识别、车流量、车间距、行驶方向、跨道车辆、车道代码、车辆分类、违规代码、路面温度、有效性代码、时间、日期等参数。调查车型分为小车、大客车和货车。

交通量换算时采用小客车作为标准车型，各类汽车代表车型与车辆折算系数如表1所示。

表1 各汽车代表车型的车辆折算系数

3 车辆荷载调查统计与分析

3.1 断面交通量

根据交通流量调查的数据统计出某高速公路一周内的断面交通量状况，具体如表2所示。

由表2可以得到以下结论:1)某高速公路24 h断面交通量平均为77 531辆，上行方向车流总量(37 703辆)略小于下行方向(39 828辆)，方向分布系数为48.6%;交通组成中货车所占比例为28.9%，上行方向与下行方向基本上一致。2)在一周的交通荷载调查中，客货车比率基本上保持一个水平，货车的比率维持在27%～31%之间。客车的比率在69%～73%之间。双向的客货车比率较为稳定。3)一周之中，断面交通量比较稳定，本次调查显示为星期三断面交通量为最大交通量，因此，在后面的分析中选择2008年12月24日交通荷载进行讨论。

表2 某高速24 h断面交通流量统计

3.2 交通量昼夜分布情况

把此次交通流量调查的数据(2008年12月24日00时～25日00时)分为白天和夜间分别进行统计，具体情况如表3所示。

由表3得出以下结论:1)某高速公路白天的车流量明显大于夜间，白天车流量的比例达到70%左右，无论是上行方向，还是下行方向结果基本一致。而且对于客车和货车的结果也较为一致。2)某高速公路夜间货车的比例要大于白天，特别是下行方向，货车所占比例达到32.4%，大于白天货车所占比例27.6%。另外，根据调查数据可以得出某高速昼夜断面比例，如图3所示。由图3可以得到，某高速公路交通流量高峰时段在下午16:00～18:00出现，这时行驶的车辆最多，17:00～18:00时段达到7 005辆/h然后慢慢减少，03:00～04:00时段为711辆/h，在早上5:00～6:00开始增加。

表3 某高速断面昼夜交通流量统计

图3 昼夜24 h断面交通量分布

3.3 轴载调查与分析

轴载的调查与分析主要针对货车，小汽车与客车超载超重现象基本上不会出现，而且程度较低。货车的轴载类型标准及限重值如表4所示。

表4 货车的轴载类型标准及限重值

3.3.1 货车车型分布

对某日的荷载调查结果进行货车不同车型的统计分析，具体结果如表5所示。

表5 货车车型统计分析

由表5可以看出，某高速公路车流量中上行方向与下行方向货车的数量相当，分别为12 293辆、12 875辆;货车主要以2轴货车为主，双向比例达到69.2%，下行方向比例比上行方向要小;4轴、5轴、6轴车占货车的比率基本相当，为7%左右，而且两个方向也较为一致;3轴车的比例分别为11.6%，7.6%，两个方向相差较大，达到4个百分点。

3.3.2 货车载重情况分析

1)总体超载情况。

对某日的荷载调查结果进行货车超载情况的统计分析，按照限载标准进行计算，具体结果如表6所示。

由表6可以得到以下结论:

a.下行方向货车的超载率(10.5%)要低于上行—下行方向(15.4%)，相差将近5个百分点，说明两个方向车辆荷载存在一定的差异，这也与实际情况相符合，因为上行方向的车辆主要是原材料等货物，而下行方向主要是生产出来的商品，这样相对来说重量要轻。

b.超载率＜30%的比例最大，双向达到7.1%;其次为超载率＞30%，＜50%比例，双向为3.2%;超载率＞50%的比例为2.9%。

表6 货车超载统计

2)不同车型超载情况。

按照不同车型进行超载分析，主要是考虑货车的轴数不同，按照限载标准进行计算，得到不同车型的超载情况如表7所示。

表7 不同车型超载情况分布

由表7可以得到以下结论:

a.从各种不同车型的情况来看，轴数越多，车辆的最大载重超重越多，最大载重量的车型为6轴车，达到138.3 t，其他依次为5轴、4轴、3轴、2轴车。最大载重超载率为6轴车，其他依次为3轴、5轴、2轴、4轴车。

b.不同车型的超载比例，基本上呈现轴数越多，超载比例越大的趋势，上行方向的6轴车的超载比例达到52.2%;2轴车超载的比例最小，不到10%，上行与下行方向的比例基本一致;而从3轴、4轴、5轴、6轴车型超载率来看，上行方向明显要大于下行方向。

c.对于超载不同程度的比较来看，基本上为超载率＜30%的比例最大，其次为超载率＞30%，＜50%的比例，超载率＞50%的比例为最小。

3.3.3 货车轴重情况分析

对不同轴型的轴重进行统计分析，按照轴载类型标识进行统计，得到不同轴型的轴重超载情况如表8所示。

由表8可以得到以下结论:

1)对于不同轴型的轴载，下行方向的三联轴超载比例最大，达到29.1%;上行方向的双联轴超载比例最大，达到52.2%。超载比例较少的为单轴单轮，两个方向的超载比例不超过20%。总体趋势为单轴单轮＜单轴双轮＜双联轴＜三联轴。

表8 不同轴型的轴重超载情况分布

2)对于不同轴型及轴载超载程度的超载比例，超载率＜30%的超载比例最大的为上行方向的双联轴(18.6%)，最小的为上行方向的单轴双轮(9.4%);超载率＞30%，＜50%的超载比例最大的为上行方向的双联轴(12.7%)，最小的为上行方向的单轴双轮(1.7%);超载率＞50%的超载比例最大的为上行方向的三联轴(26%)，最小的为下行方向的单轴单轮(0.9%)。

3)不同轴型的最大轴重为三联轴，达到74 400 kg(74.4 t)，超载率达到238.2%;对于下行—上行方向，单轴单轮、单轴双轮、双联轴的最大轴重的车型都为3轴车，三联轴的最大轴重的车型为6轴车;对于上行方向，单轴单轮的最大轴重的车型为4轴车，轴重达 19 300 kg(19.3 t)，超载率 221.7%，单轴双轮、双联轴、三联轴的最大轴重的车型为6轴车，最大轴重分别为25 000 kg(25 t)，50 000 kg(50 t)，74 400 kg(74.4 t)，最大超载率分别为150.0%，177.8%，238.2%。