高速公路強制減速設施的研究

開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇高速公路強制減速設施的研究，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。

摘 要：針對山區高速公路連續長下坡路段制動失靈車輛的現狀，需要采取必要的被動設施起到減速的效果，主要是從強制減速帶材料及基本結構試驗研究、強制減速帶的減速機理、減速帶結構形式的初步設計等進行了研究，并進行了計算機仿真模擬，得出減速單元構件連續設置的減速帶的阻尼系數能夠達到10%以上，能夠起到減速作用，最終采用這一設施以保證車輛安全減速，最大限度的降低事故死亡率。

關鍵詞：公路；強制減速；制動失靈

從表1 可以看出，橡膠減速壟能夠為強制失控車輛提供足夠的阻尼力，利用其優勢，以橡膠減速壟作為進一步研究路側強制減速帶的基礎。

引言

隨著我國經濟的快速發展，高速公路的重心逐漸向山區轉移，為車輛提供了便捷，同時提高了經濟效益。與此同時，由于較高的車速，在高速公路上發生的交通事故也隨之提高，且這一情況受到廣大人民的關注。然而針對這一現狀，通過采取被動減速設施來降低事故的發生率，以此對強制減速帶的材料、結構、減速機理、結構形式進行了研究。

1.強制減速帶材料及基本結構試驗研究

強制減速帶是布設在連續長下坡方向的道路兩側，與行車道路相平行，通過改變路面特性增大對行車阻力的影響，為制動失靈車輛提供的一種強制減速設施。

1.1減速帶材料的選擇

通過對阻尼路床（礫石材料，橡膠地板材料）、橡膠減速壟（橡膠條、廢舊輪胎）等材料及各種布設形式進行實車試驗和仿真模擬計算結果進行分析，得到各種材料的阻尼系數及主要性能見如下表1。

1.2強制減速帶基本結構的試驗研究

橡膠減速壟由于在縱向上設置了一定間距，在試驗中車輛有明顯振動，且方向不易控制，使得車內駕乘人員感覺不舒適。為了消除這些影響，設計了兩組試驗，驗證成帶狀布置的橡膠單元的減速效果及駕乘人員的安全性是否達到目標要求。

1.2.1試驗一

以廢舊輪胎代替橡膠減速壟(路側強制減速帶模型試驗)，在橫向上成雙排設置如下圖，試驗車輛采用四軸大貨車，車重為43t。試驗數據見表2。

從表2 可以看出，這種布設方式的阻力系數平均值為4.97%，不滿足要求，但是能夠看出車輛的振動較小。證明了這種布設方式對車輛的損害及駕乘人員的舒適性有了明顯改善。

1.2.2試驗二

以廢舊輪胎上鋪設一層柔性橡膠材料，將輪胎上部蓋住，減少輪胎中間的空隙，增大輪胎與減速帶之間的作用面積，試驗車輛仍采用車重為43t的四軸大貨車（見圖6），試驗數據見表3。

由上表可以看出，加鋪柔性材料后的結構平均阻尼系數為7.54%，阻尼系數隨著車速的增加而增大現象明顯，并且車輛的振動明顯減小，駕駛員感覺舒適性可以接受。
綜上兩種試驗結論可知，在橡膠減速壟上加鋪連續柔性材料這種結構方式，能夠對車輛起到減速作用，且乘員的舒適性也較好，可到達到本項目要求，因此將要對這種結構方式進行深入研究。

2.強制減速帶的減速機理

（1）橡膠減速帶的阻力做功消能

經研究分析，通過改變路面的不平整度，如修建彈石路面、在路面上修建減速帶或設置減速壟，可以增大車輛輪胎在這種路面行駛時的變形情況，從而增大車輛行駛時的減速效果。

（2）車輛輪胎及橡膠減速帶在變形過程中彈性遲滯吸能

在失控車輛從橡膠減速帶上經過的過程中，會經歷一次加載與卸載的過程，與輪胎彈性遲滯消能的機理相同，由于在加載和卸載的過程中，產生的能量與釋放的能量是不等的，這便產生了能量差，此能量差會通過輪胎各組成部分相互間的摩擦以及橡膠、簾線等物質的分子間的摩擦，經過轉化為熱能而消失在大氣中。

（3）橡膠減速壟與路面之間滑移摩擦消能

經試驗，滑移的條件下的滾動阻力系數遠遠小于沒有滑移條件下的滾動阻力系數，因此減速壟與路面之間的滑移消能作用十分顯著。

3.強制減速帶結構形式的初步設計

3.1 基本斷面形式的確定

強制減速帶需要最終布設在減速專用車道上，如果選擇橫向滿鋪專用車道的方式則造價較高，為降低工程造價，考慮橡膠減速單元構件按分離式雙排設置。根據對3軸～6軸大貨車后軸單側雙輪胎寬度的調查測量，可知其雙排輪總寬度約為540mm～580mm，兩側輪胎橫向中心間距約為1800mm左右，為保證車輛行駛在橡膠減速單元構件上有一定的富余寬度，橡膠減速單元構件的設計寬度尺寸暫定定為850mm，橫向中心間距為1800mm。

考慮消除視覺障礙的影響，實際工程中強制減速帶的頂面應盡量與路面標高保持一致，最大高差應控制在5cm以下。

3.2 單元構件結構、材料組成及技術要求設計

3.2.1單元構件上部橡膠層厚度的確定

單元構件自身結構也分為上部橡膠層和內部填充結構兩部分，橡膠材料可以通過設計膠層結構來隨意調整其結構強度，其強度與橡膠材料厚度、重量大體上都成正比關系，考慮到橡膠材料造價較高，根據以往經驗，單體構件上部橡膠層初步設計最大厚度可確定為30mm，最小厚度可確定為20mm，上部橡膠層不同厚度對單體構件強度的影響只能通過模型試驗確定。

3.2.2上部橡膠層的材料組成

上部橡膠層主要有內膠層、掛膠簾布層、緩沖膠層以及表面膠層四部分組成。規格為30mm、25mm、20mm、15mm。  

3.2.3單元構件內部填充結構的高度

內部填充物高度及結構形式的確定主要考慮以下兩點：其一，為上部橡膠層提供足夠的支撐力，能夠實現車輛通過減速單元構件后上部橡膠層迅速恢復原狀，繼續為后面的輪胎提供阻力；其二，能夠形成相對封閉的空間，車輛高速行駛在上面時壓縮空氣形成氣阻，增大阻力系數。內部填充結構最大厚度暫定為25mm，最小厚度暫定為15mm，其斷面結構形式將根據模型試驗的結果進行專門設計。

4.計算機仿真模擬

4.1仿真模擬有限元模型

計算機仿真所建立的拖頭車模型如圖8所示。

拖頭車模型主要有限元參數見表5。車輛模型坐標:車輛行駛方向為x方向，地面由x、y坐標構成，z軸垂直于xy平面。

仿真所建立的外部橡膠構件和內部立置半輪胎模型如圖10和圖11所示，均采用體單元（solid），單元邊長取為20mm，外部橡膠構件寬900mm，高250mm，沿行車方向長度為3.5m，內置半輪胎間距0.6m，仿真所建立的強制減速車道模型如圖12所示。
包括車輛、減速車道及接觸單元，仿真計算模型單元總數量約為30萬，需要雙CPU的服務器計算約80小時。

4.2仿真計算

4.2.1仿真計算條件

本次計算機仿真模擬計算條件見表6。

4.2.2計算結果

經過計算車輛在行駛距離為3.5m時，車輛重心處速度為21.84m/s，根據能量守恒公式計算出此橡膠減速構件的阻尼系數為23.1%，車輛重心處速度變化曲線如圖15所示。

通過對橡膠減速帶單元構件的計算機仿真模擬結果可以看出，由減速單元構件連續設置的減速帶的阻尼系數能夠達到10%以上，且能夠起到減速作用，我們將采用這一結構形式的橡膠減速構件作為強制減速路面的材料。

0.結論

強制減速設施在高速公路連續長下坡路段具有重要的作用，通過對強制減速帶材料及基本結構的試驗研究、強制減速帶的減速機理、結構形式的初步設計以及計算機仿真分析，可以得到這種結構形式的減速帶，在車輛制動失靈的情況時能夠起到強制減速的效果，使車輛在較短的時間內停止下來，盡可能降低事故的嚴重程度，減少人員的傷亡和經濟損失。

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作者:袁曉蘭 單位:山西應用科技學院 建工學院