AASHO 路试

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January 20, 2022

AASHO 道路测试是美国公路公务员协会 (AASHO) 于 1958-60 年在伊利诺伊州渥太华进行的一系列实地试验。实验的目的是“研究道路表面和桥梁结构元素在一定幅度和频率的移动载荷作用下的行为”。他们被认为是研究汽车如何磨损和破坏人行道和桥梁的第一个现场实验。实验结果用于设定汽车税和规划道路维护成本。 AASHO 测试是建筑史上最昂贵的测试——2700 万美元(2021 年价格为 2.71 亿),被认为是 20 世纪最雄心勃勃的道路测试。126 辆带有半挂车的卡车和牵引车在测试轨道上连续运行了 25 个月。在此期间,汽车在环形路线上行驶了 1,114,000 次,总行驶里程为 1,700 万英里(2,740 万公里)。美国高速公路的路面和桥梁的设计是基于 AASHO 测试的结果,许多其他国家也在其法规中使用了这些结果。

历史

上世纪中叶,公路运输发生了变化。卡车变得更重更强大,乘用车的强度显着增加。迫切需要规划和建设具有能够承受重载的涂层的州际和州际公路网络。美国是第一个响应运输需求的国家。 1956 年 6 月,美国总统德怀特·D·艾森豪威尔 (Dwight D. Eisenhower) 签署了美国国会关于联邦支持建设 1956 年《联邦援助公路法》的法案。为这个为期 12 年的项目(1957-1969 年)拨款 250 亿美元,本应足以修建 66,000 公里的高速公路。同一法律设立了公路信托基金,负责征收燃油税,并规定高速公路将被收费,并根据行驶距离收取通行费(即付即用)。公共道路局 (BPR),现为联邦公路管理局 (FHA),负责筹集和分配建设资金。特别是,有必要决定——卡车车主应该支付多少以及车主支付多少。当时,很明显卡车对道路造成的损害比乘用车要多,但不知道损害的数字有多大。直到 1958 年,加利福尼亚承载比 (CBR) 是设计路面的唯一标准方法。该方法只考虑了三个参数——荷载、基层阻力和路面总厚度。即便如此,专家们承认这些参数还不足以充分计算服装,但没有其他方法。耗资 300 万美元的 WASHO 计划(1954 年)下的测试表明,沥青混凝土层的厚度会影响衣服的强度和耐用性。在总厚度相同的情况下,两英寸沥青路面的强度几乎是一英寸路面的两倍。在水泥混凝土覆盖物中,一个持续存在的问题是基础的强度和角落的脆弱性。总工程师 Frank Turner 和 BPR 研究和规划主管 Ted Holmes 向公路研究委员会(现在的交通部门)寻求帮助(研究委员会)。他们能够说服 HRB 助理主任 William N. Carey。William Carey) 和 HRB 主任 Fred Burgraaf 认为需要进行大规模的道路试验。时任 AASHO 执行秘书的 Alf Johnson 能够让 48 个州参与该项目。这并不是很困难,因为所有州的政府都希望拥有高速公路并从中征税。曾担任 WASHO 测试总工程师的凯里主动提出探索不同类型和设计的路面。在福尔摩斯的支持下,这个提议被纳入了测试程序。实验的有影响力的赞助商,沥青研究所和波特兰水泥协会 (PCA),坚持认为不应将这些测试用于比较水泥混凝土和沥青路面。他们必须非常独立地进行测试,并由不同的研究人员组进行测试。道路测试的想法并不新鲜。早在 1950 年代和 1950 年代,马里兰州就使用不同轴向公式的卡车测试了 11 路混凝土摊铺机(Road Test One-MD)。 1954 年,西部各州(也有 11 个)在爱达荷州进行了 WASHO 道路测试。计划在密西西比州进行的第三次测试被取消,转而进行更广泛的 AASHO 测试。

轨道建设

几个组织资助了道路测试:美国公共道路局(BPR)、国防部、汽车制造商协会、美国石油协会和美国钢铁协会。几个国外和美国各种运输和道路材料制造商协会也做出了贡献。该项目由道路研究委员会管理。位于渥太华(伊利诺伊州)市西北部的未来 I-80 高速公路的直达路段被选为试验地点。气候和土壤条件对应于美国的大部分地区。 1956年8月开始建设试验场。在 8 英里(13 公里)的路段上建造了六个不同长度的环形轨道。每条轨道都是独立的,有两条车道,形状与半径为 60 m 的两个末端圆形坡道一体成型(轨道坡道 № 2 的半径为 12 m)。坡道的转弯足以以 68 公里/小时的速度移动。 1号轨道的形状是直的。直线段后来成为 I-80 高速公路的一部分。轨道 № 3、4、5 和 6 更长(直线段为 6,800 英尺或 2,073 m),用于 12,000 至 30,000 英尺(分别为 5,443 和 13,608 kg)的轴向载荷测试。这些轨道上的路面结构和地面状况完全相同。 2 号轨道(直线段 4,400 英尺,或 1,341 m)由 2,000 至 6,000 英尺(分别为 907 和 2,722 千克)的轻型卡车进行测试。轨道 № 1(直线段 2000 英尺长,或 610 m)设计用于测试静态和振动载荷,低速行驶并监测时间和天气条件对涂层老化的影响。每条轨道有两条车道。就一条车道而言,3号轨道的长度接近11公里。每条轨道分为 836 个测试段,路面类型和层数不同,长度为 120 英尺(37 m)或 240 英尺(74 m)。通过移动负载测试了 716 个地块。涂层类型的组合是全因子实验计划的节点,它允许获得所有路面中间结构的分析依赖性。一般来说,每条轨道是一半沥青混凝土(北部分和东环路)和一半水泥混凝土(南部分和西环路)。还测试了不同类型的路边,但不包括在因子实验中。在 5 号和 6 号轨道上,建造了 16 座跨度为 50 英尺(15 m)的桥梁。 8 座桥梁由金属制成,4 座由无应力钢筋混凝土制成,4 座由预应力钢筋混凝土制成。桥梁的设计有助于在元件中获得比实际更高的应力。测试轨道旁边建有行政办公室、车库和车库、军营和生活区。轨道本身的建造是一项艰巨的任务。 46 名工程师同时参与该项目。使用价值超过500万美元的设备225台,搬迁土壤超过100万立方米。有必要为所有站点提供受控条件。因此,测试在建造的第一天就开始了。 30 名工人每天采集土壤样本以控制水分和压实。专门为这些测试设计的带有红外线发射器的传送带式干燥机可以将样品的干燥时间从几个小时减少到 23 分钟。

进行测试

该测试以 1956 年的货币筹集了 2700 万美元,2021 年约为 2.71 亿美元。一些道路部门提供了他们的专家。司机有问题——当时工会对劳动力市场有重大影响,几乎不可能对来自工会的司机进行全天候测试。提供军用司机的美国陆军前来救援。这允许全天候进行测试并显着降低成本。此外,主办方认为,只有军纪才能在短时间内进行如此盛大的考验。卡车的第一次行驶发生在 1958 年 10 月 15 日,一直持续到 1960 年 11 月 30 日。在轨道的正式开通仪式上,州长宣布:“今天,我们开通了该国最重要的高速公路路段。 ”- AASHO 总裁补充说:“对于美国和世界各地的公路运输来说,这是一个伟大的日子。”。这些测试是由美国陆军运输队的军人对为这些测试购买的汽车进行的。计划中的 100 万趟轨道没有足够的时间,因此 126 辆装有混凝土块的卡车每天 18 小时在轨道上行驶。其余时间进行测量。随后,为了达到 100 万次通行,我们必须在一周中的所有日子进行测试,并将一条车道上的卡车数量从 6 辆增加到 10 辆。军用司机分三班工作。在第 2 号轨道上,只有轻型卡车行驶,在其他轨道上 - 卡车牵引车,对于每个后续轨道,牵引车和拖车的总重量增加了 10-15 吨。在轨道和桥梁上共进行了 1,114,000 次旅行。在每条赛道上,负责管理汽车运动时间表、间隔时间、记录通行次数的中士一直在值班。高级士兵定期与卡车司机一起在轨道上行驶,检查间隔和轨迹,以及路面状况。他们可以及时发现汽车或昏昏欲睡的司机故障,从而防止事故发生。司机必须遵守 240-300 m 的间隔,全部朝一个方向移动 - 逆时针,不要互相超车,即使有人因某种原因停下来。赛道上的一辆车有一个记录速度计,并为汽车的其余部分设置速度 - 直线路段为 35 英里/小时,环形交叉路口为 25 英里/小时(分别为 56.3 公里/小时和 40.2 公里/小时)。试验期间发生了 141 起事故。他们中的大多数都是微不足道的,然而,在两种情况下——在环形交叉路口翻车和与停着的汽车相撞——两名司机丧生。测试开始后不久,为降低驾驶的统一性,所有汽车都安装了收音机,驾驶员感到困倦时被勒令立即停车,并且一些不守纪律的驾驶员被一起从测试中移除。四座桥梁几乎立即倒塌并重建。有些桥梁被证明非常坚固,以至于需要重型拖车才能摧毁它们。所有桥梁都覆盖着数百个应变计,并配备了数十个时钟指示器来记录应力、应变和挠度。每座桥附近都有一辆拖车,里面装满了放大设备、示波器和记录仪。 225人参加了测量,物理特性的记录和分析,特别是纵向和横向道路轮廓、路面粗糙度、裂缝、坑洼、车辙、接缝等。特制的振动机构在人行道和桥梁上进行了测试。固定式和移动式实验室使用无线电台来协调他们的工作。该设备的总成本超过100万美元。工作人员经常抱怨六个小时的测量和传感器读数是不够的,项目主管 Walter McKendrick, J 对此回答说:“花尽可能多的时间,但六小时后卡车将再次上轨道。»。完成测试后,明年,与 I-80 高速公路的建设并行,幸存的道路和桥梁部分因超载而完全毁坏。一般而言,此类负载对于民用运输并不常见,但对于军事设备来说很常见。在完成3-6号轨道的测试后,他们立即成为I-80高速公路的施工现场,而在1和5号轨道上,测试又持续了14个月。现场实验室和办公室于 1962 年 1 月关闭。

结果

在道路建设历史上,测试结果首次在 IBM 计算机上处​​理并存储在打孔卡上。但是,手动计算是在 Merchant 机械计算器上进行的。试验结果可以建立道路荷载大小、累计交通强度和路面预期使用寿命之间的关系。桥梁的测试结果几乎与预期相符,因此没有改变其现有的设计和施工方法。但是他们提供了移动载荷和结构元件变形之间的一些分析关系。测试表明,与汽车相比,重型汽车对道路破坏的影响更大,尤其是在人行道上坑洼的形成和扩大方面。他们的成果已成为所有现代道路项目的基础,尤其是在北美。对路面结构及其使用寿命制定了明确的要求。测试结束两年后,出版了 AASHO 刚性路面结构设计临时指南。所获得的结果,由于其全面性和质量,已在世界范围内得到广泛认可,并反映在许多国家道路标准中。尽管测试的组织者提出了抗议,但在测试结束后,大众媒体立即开始讨论——哪种涂料更好——水泥混凝土或沥青混凝土。非专家之间的这种讨论已经持续了近 20 年,有时甚至现在还会更新。测试后获得了意想不到的奖金,他们设法以 200 万美元的价格出售了所有汽车。这笔钱用于资助后续的研究。测试结束两年后,出版了 AASHO 刚性路面结构设计临时指南。所获得的结果,由于其全面性和质量,已在世界范围内得到广泛认可,并反映在许多国家道路标准中。尽管测试的组织者提出了抗议,但在测试结束后,大众媒体立即开始讨论——哪种涂料更好——水泥混凝土或沥青混凝土。非专家之间的这种讨论已经持续了近 20 年,有时甚至现在还会更新。测试后获得了意想不到的奖金,他们设法以 200 万美元的价格出售了所有汽车。这笔钱用于资助后续的研究。测试结束两年后,出版了 AASHO 刚性路面结构设计临时指南。所获得的结果,由于其全面性和质量,已在世界范围内得到广泛认可,并反映在许多国家道路标准中。尽管测试的组织者提出了抗议,但在测试结束后,大众媒体立即开始讨论——哪种涂料更好——水泥混凝土或沥青混凝土。非专家之间的这种讨论已经持续了近 20 年,有时甚至现在还会更新。测试后获得了意想不到的奖金,他们设法以 200 万美元的价格出售了所有汽车。这笔钱用于资助后续的研究。由于其彻底性和质量,在世界范围内得到广泛认可,并反映在许多国家道路标准中。尽管测试的组织者提出了抗议,但在测试结束后,大众媒体立即开始讨论——哪种涂料更好——水泥混凝土或沥青混凝土。非专家之间的这种讨论已经持续了近 20 年,有时甚至现在还会更新。测试后获得了意想不到的奖金,他们设法以 200 万美元的价格出售了所有汽车。这笔钱用于资助后续的研究。由于其彻底性和质量,在世界范围内得到广泛认可,并反映在许多国家道路标准中。尽管测试的组织者提出了抗议,但在测试结束后,大众媒体立即开始讨论——哪种涂料更好——水泥混凝土或沥青混凝土。非专家之间的这种讨论已经持续了近 20 年,有时甚至现在还会更新。测试后获得了意想不到的奖金,他们设法以 200 万美元的价格出售了所有汽车。这笔钱用于资助后续的研究。非专家之间的这种讨论已经持续了近 20 年,有时甚至现在还会更新。测试后获得了意想不到的奖金,他们设法以 200 万美元的价格出售了所有汽车。这笔钱用于资助后续的研究。非专家之间的这种讨论已经持续了近 20 年,有时甚至现在还会更新。测试后获得了意想不到的奖金,他们设法以 200 万美元的价格出售了所有汽车。这笔钱用于资助后续的研究。

主要技术成果

路面的厚度 实验首次给出了路面厚度与载荷重复次数(卡车行驶)到路面完全破坏之间的解析关系。等效(减少)载荷 道路工程师难以解释不同类型卡车的轴向载荷。有些方法只考虑了最高的预期载荷(例如,在 CBR 方法中),其他方法,例如 Texas Design Method(英语 Texas Design Method 或 English Triaxial Method),则考虑了 10 辆最重汽车的平均载荷. AASHO 测试可以推导出涂层的相对损坏与载荷大小和汽车通过次数的相关性的公式。处理完结果后,立即建议使用等效(减少)载荷(English Equivalent Single Axle Load - ESAL)。对结果的处理允许建立所谓的四度定律,根据该定律,车辆造成的损坏与四度轴向载荷成正比。例如,在一次近似中轴向载荷增加 10% 对应于对涂层的破坏作用增加 40%。几乎所有国家都采用将汽车的载荷降低到标准十吨轴(受四度定律)的原则,即使是在采用其他方法进行路面设计的国家。苏联的规范性文件使用的度数等于 4.4,这创造了比美国规范稍大的安全边际。道路交通指数 (PSI) 在 AASHO 测试之前,没有对术语“路面故障”或道路适航性标准的明确定义。根据测试结果,Paul Irick 和 Bill Carey 提出了当前可服务性指数 (PSI) 的概念,并提出了道路性能的定义为“累积到一定水平 PSI 的交通强度»。此级别设置为“不可用”。性能指数 (PSI) 将路面的不适宜性与出行质量以及道路使用者的接受度或满意度直接联系起来。每两周,一组专家对每个研究地点的路面状况进行评估。评价是主观的,仅从消费者(司机)的角度来看。专家们没有关于路面设计、轴向载荷和已经进行的行程次数的任何信息。他们没有使用任何测量仪器。专家仅以五分制评估涂层的质量及其操作(旅行)的适用性。原来,随着行程次数的增加,对病情的评估(平均PSI)从4-5分下降到1.5-2分。在 PSI2.5,一半的专家认为路面状况不可接受,在 PSI1.5,所有专家认为无法使用道路。该指标不能被认为是复杂的,因为它仅评估路面状况,而未考虑附着系数、强度、路边状况、坡度、车道宽度等。但是,对 sub ' 的结果进行统计处理后有效的专家评估和路面损坏的测量结果设法推导出 PSI 的经验公式。也就是说,涂层状况的所有后续评估不再需要专家,而只需测量累积变形和缺陷。非刚性涂层PSI指数计算公式:PSI 5.03 - 1.91 log (1 + SV) - 1.38 (RD) 2 - 0.01 (C + P) 1/2 {\ displaystyle PSI5.03-1.91log (1 + SV) -1.38 (RD) ^ {2} -0。01 (C + P) ^ {1/2}},其中 SV {\ displaystyle SV} - 覆盖指数,C {\ displaystyle C} - 裂缝长度,ft / 1000 ft² 覆盖,P {\ displaystyle P} - 区域坑修复,英尺/1000 英尺,RD {\ displaystyle RD} - 平均轨道深度,英寸。公制中的相同公式:P S I 5.03 - 1.91 l o g (1 + S V) - 0.214 (R D) 2 - 0.01 (0.305 C + P) 1/2 {\ displaystyle PSI5.03-1.91log (1 + SV) -0.214 (RD) ^ {2} -0.01 (0.305C + P) ^ {1/2}},其中SV { \ displaystyle SV} - 覆盖物相等的指标,C {\ displaystyle C} - 裂缝长度,m / 1000 m² 覆盖物,P {\ displaystyle P} - 坑修复面积,m² / 1000 m², RD {\ displaystyle RD} - 平均深度轨迹,参见在这个尺度上,涂层的状况在 PSI> 3.5 - 优秀,2.5-3.5 - 良好,1.5-2.5 - 满意,小于 1.5 - 不满意。305C + P) ^ {1/2}},其中 SV {\ displaystyle SV} - 覆盖物相等的指标,C {\ displaystyle C} - 裂缝的长度,m / 1000 m² 的覆盖物,P {\ displaystyle P} - 坑修复面积,m² / 1000 m²,RD {\ displaystyle RD} - 平均轨道深度,cm。在这个规模上,PSI> 3,5 的覆盖状态> 3,5 - 优秀,2,5- 3,5 - 好,1,5-2, 5 - 满意,小于 1.5 - 不满意。305C + P) ^ {1/2}},其中 SV {\ displaystyle SV} - 覆盖物相等的指标,C {\ displaystyle C} - 裂缝的长度,m / 1000 m² 的覆盖物,P {\ displaystyle P} - 坑修复面积,m² / 1000 m²,RD {\ displaystyle RD} - 平均轨道深度,cm。在这个规模上,PSI> 3,5 的覆盖状态> 3,5 - 优秀,2,5- 3,5 - 好,1,5-2, 5 - 满意,小于 1.5 - 不满意。P {\ displaystyle P} - 坑修复面积,m² / 1000 m², RD {\ displaystyle RD} - 平均轨道深度,cm。在这个尺度上,涂层的状况在 PSI> 3.5 - 优秀,2.5-3, 5 - 好,1.5-2.5 - 满意,小于 1.5 - 不满意。P {\ displaystyle P} - 坑修复面积,m² / 1000 m², RD {\ displaystyle RD} - 平均轨道深度,cm。在这个尺度上,涂层的状况在 PSI> 3.5 - 优秀,2.5-3, 5 - 好,1.5-2.5 - 满意,小于 1.5 - 不满意。

附加测试

一些不属于原始 AASHO 计划的独立测试也单独进行。其中大部分是由其他机构在 AASHO 工作人员的协助和参与下进行的。其中最重要的是: 测试材料特性的辐射控制设备,例如土壤湿度、其密度、水泥混凝土的强度。非破坏性测定冬季结冰深度的设备测试。驾驶员工作条件的心理生理学研究。通过振动机制研究涂层的刚度。通过动态方法测试路面。

评论家

自己进行实验的专家一致认为 AASHO 测试并不完美和全面。在这些限制中,他们只为所有道路结构命名了一种土壤基础类型——壤土,只有一个气候试验区和时间限制,只有一种沥青和水泥混凝土混合物。尽管民用专家对 AASHO 测试及其结果的反馈大多是积极的,但军事土木工程师发表了一份技术报告,对测试进行了彻底的批评。在 1962-66 年间,有人试图以某种方式将 AASHO 测试的结果与现有的通过加利福尼亚承载力方法计算路面的模型结合起来。所有这些尝试都失败了,因为测试的主要任务是研究车辆对路面破坏强度的影响。没有考虑计算任务,因此没有进行足够的测量和测试来开发新的计算方法。在他们非常批评的报告中,军事工程师指出,关于昂贵服装材料的强度特性的数据不足。测试结果不能用于改进工程部队使用的涂层方法;有强有力的证据表明,与 AASHO 试验中发现的相比,冬后解冻期间土壤基础承载力的减弱对路面破坏的影响要大得多;关于沥青或混凝土路面的厚度与破坏前的通道数呈线性关系的结论并不能令人信服。底座的抗冻性和稳定的防潮性显着降低了这种依赖性,直至完全消失;用于评估路面状况的当前适用性指数 (PSI) 基于无法用于设计路面的参数。 PSI 没有考虑汽车轴上的载荷、车轮配方、车轮内的压力、材料的强度、路面的整体厚度。这使得几乎不可能与现有的计算方法相关联; PSI 方法也不能将快速稳定或易于立即纠正的短期涂层缺陷与只能通过大修消除的渐进累积缺陷分开。这应该被认为是 PSI 方法最显着的缺点,批评者还指出,考虑到材料的时间、地点、环境和特性,测试结果仅在某些测试条件下才有效。将数据外推到其他条件是“有问题的”。其他研究尝试通过进一步的实证研究或开发数学模型来改进结果,取得了不同的成功。应该指出的是,PSI 的主观评估受汽车悬架设计、减震器状况、轮胎类型、驾驶员和乘客座椅设计的强烈影响。因此,在现代汽车上重现 PSI 量表需要一个具有其他系数的公式。因此,在现代汽车上重现 PSI 量表需要一个具有其他系数的公式。因此,在现代汽车上重现 PSI 量表需要一个具有其他系数的公式。

实验意义

AASHO 道路测试的结果用于制定路面设计指南,该指南于 1961 年首次发布为 AASHO 路面设计临时指南,并于 1972 年和 1993 年发布了重大更新。 1993 年的版本仍在美国广泛使用。原定于 2002 年发布的新手册仍在开发中。这将是第一个不基于 AASHTO 测试结果的 AASHTO 路面设计指南。测试的另一个直接结果是美国道路建设的新质量保证标准,至今仍在使用。AASHO 研究仍然是有关该主题的最常引用的研究,并且几乎没有任何北美道路设计指南会被 AASHO 测试忽视。回想起来,AASHO 测试可能是 20 世纪最大和最重要的道路试验。到此为止,它从未重演,成为了道路建设的经典之作。在设计世界各地的道路时,仍会考虑测试结果。特别是,这反映在使用减少的等效轴向载荷、PSI 的概念、层厚度及其强度的影响,目的是使用钢筋和在混凝土表面放置接缝。虽然这些实验并没有直接改变计算路面的方法,但它们却成为进一步研究的基础。他们第一次成功地证明了数学方法在道路建设中的重要性,特别是实验的数学规划和统计分析方法。在试验期间,近 200 名专家接受了为期 6 个月的培训,其中大多数后来在联邦道路管理局担任高级职位。总的来说,从长远来看,这显着提高了道路结构管理的能力水平。在苏联,AASHO 实验的进行及其结果几乎没有包含在技术文献中。只有在 VF Babkov 的《道路施工技术的发展》一书中,AASHO-test 及其对道路建设的意义才在几句话中被提及。现代乌克兰技术文献中没有提到它们。在 AASHO 轨道中,只剩下 1 号环 - 唯一没有整体形状的轨道。在主要测试完成后的接下来的几年里,实验仍在继续。

笔记

葡萄酒

来源

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