基于抗滑降噪功能的SMA配合比设计研究

摘要

随着社会的进步，我国的公路设计理念不断发生变化。本着建设“安全、环保”型路面的原则，人们对道路抗滑、噪声性能方面的要求逐渐提高。SMA是一种优秀的路面结构，但是我国一些工程在将SMA本地化的过程中，一味地照抄照搬国外的规范和经验，造成配合比设计方面的不合理，不仅影响SMA优良路用性能的发挥，而且致使路面的抗滑、降噪效果达不到预期的目标。本文在广泛收集和分析国内外相关研究成果的基础上，对SMA路面的抗滑性能、噪声特性以及基于抗滑降噪功能的SMA配合比设计进行了系统、深入的研究。
　　 鉴于我国现行规范中沥青路面表面构造的测定方法均存在一定的不足，利用数字图像技术自主研发了沥青路面表面构造测试仪，基于经典的漫反射模型——theLambertianModel，在获取三张红、蓝、绿二维图像的基础上，借助全局积分技术较为真实、精确地重建了沥青路面表面三维RGB图像;根据分形理论和几何学，应用MATLAB编程工具分别计算表征沥青路面表面微观构造的指标——分形维数D和宏观构造指标——抗滑指数SI，并与传统评价指标建立相关性，验证了其可行性，同时推荐了评价指标的建议值，最终建立了一套基于数字图像技术的沥青路面表面构造评价体系。
　　 以SMA配合比设计主要参数为因子，设计正交试验，利用自主研发的沥青路面表面构造测试仪，对不同SMA路面的抗滑性能技术指标进行了实测，分析了各种因素，包括集料类型、最大粒径、各控制筛孔通过率、沥青用量、VV、VMA等，对路面抗滑性能的影响;根据灰关联分析技术，在传统的邓氏灰关联度的基础上，提出了典型灰关联度指标，并利用该指标分析了各因素对SMA路面抗滑性能的影响程度，最终推荐出具有较好抗滑性能的SMA级配范围。
　　 利用课题组研发的室内加速度法对SMA路面的声压水平进行了实测，研究了SMA路面噪声特性的影响因素，主要包括材料特性参数和机理分析两方面内容。其中，材料特性参数主要有:集料类型、最大粒径、关键筛孔通过率、沥青用量、体积指标、外加剂等，并利用典型灰关联度分析了各参数对SMA路面噪声水平的影响程度;对于机理分析，根据亥姆霍兹共振理论和阻尼减振降噪理论，借助沥青路面表面构造测试仪和加速度衰减法分别对SMA的表面构造和阻尼比进行测试，分析了两种因素对路面噪声水平的影响规律。
　　 基于各种因素对SMA路面抗滑噪声性能影响规律的研究成果，采用基于遗传算法的参数辨识方法，在得到沥青路面抗滑噪声性能预测模型表达式的基础上，设计需要求解的表达式参数，利用遗传算法，根据最小二乘法原理，对表达式的参数进行全局寻优，找到最佳组合，最终建立SMA路面抗滑噪声性能的预测模型。
　　 采用基于遗传算法的多目标优化技术，以配合比设计关键参数为设计变量，关键参数的限值、抗滑性能、噪声特性、单位质量成本为约束条件或优化目标，采用分层序列法与评价函数法相结合的方法，建立了SMA配合比设计的多目标优化模型，最终开发出一套优化设计系统并予以柔性化，以适应不同用户、不同设计目标的要求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．1．1 沥青路面抗滑评价技术研究

1．1．2 沥青路面噪声研究

1．1．3 SMA配合比设计研究

1．3 主要研究内容

第二章 基于数字图像技术的沥青路面表面构造评价方法研究

2．1 概述

2．1．1 路面表面构造分类

2．1．2 数字图像技术

2．2 沥青路面表面构造测试仪的研发

2．2．1 理论基础

2．2．2 测试系统结构组成与操作过程

2．2．3 测试系统图像处理与分析过程

2．2．4 测试系统可行性验证

2．3 沥青路面表面构造评价指标研究

2．3．1 基于分形理论的路面表面构造评价指标研究

2．3．2 路面表面构造几何特征评价指标研究

2．4 小结

第三章 SMA路面抗滑性能影响因素研究

3．1 不同因素对SMA路面抗滑性能的影响

3．1．1 集料类型的影响

3．1．2 配合比设计参数的影响

3．1．3 体积指标的影响

3．2 影响因素与抗滑性能关联分析

3．2．1 灰关联分析技术

3．2．2 灰关联分析计算结果与分析

3．2．3 SMA建议级配范围

3．3 小结

第四章 SMA路面噪声特性影响因素研究

4．1 试验方法

4．1．1 测试过程

4．1．2 模拟机理

4．1．3 评价指标

4．2 材料特性参数对路面噪声特性的影响研究

4．2．1 集料类型的影响

4．2．2 最大粒径的影响

4．2．3 关键筛孔通过率的影响

4．2．4 沥青用量的影响

4．2．5 体积指标的影响

4．2．6 外加剂的影响

4．2．7 材料特性参数与噪声特性关联分析

4．3 SMA路面噪声特性机理分析

4．3．1 理论基础

4．3．2 表面构造的影响

4．3．3 阻尼比的影响

4．4 小结

第五章 基于遗传算法的SMA路面抗滑噪声性能预测模型研究

5．1 理论基础

5．1．1 非线性回归模型

5．1．2 遗传算法

5．1．3 沥青路面抗滑噪声性能常用预测模型

5．2 SMA路面抗滑性能预测模型的建立

5．2．1 预测模型表达式与参数的确定

5．2．2 预测模型的建立

5．2．3 预测模型精度检验

5．3 SMA路面噪声特性预测模型的建立

5．3．1 预测模型表达式与参数的确定

5．3．2 预测模型的建立

5．3．3 预测模型精度检验

5．4 小结

第六章 基于抗滑降噪功能的SMA配合比多目标优化设计研究

6．1 多目标优化技术

6．1．1 多目标优化

6．1．2 柔性建模技

6．2 SMA配合比多目标优化设计示例

6．2．1 配合比设计初始样本的确定

6．2．2 约束条件与目标函数的确定

6．2．3 多目标优化结果

6．2．4 多目标优化效果检验

6．3 SMA配合比设计优化系统的开发

6．4 小结

第七章 结论与建议

7．1 主要结论

7．2 创新点

7．3 进一步研究建议

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

攻读博士学位期间发表的学术论文

攻读博士学位期间参与的科技项目

致谢