全环境道路加速加载实验系统

一、成果概述

道路长期服役性能、道路设计评价和道路损坏机理等已成为制约交通基础设施建设的世界性难题，由此造成的经济损失和社会影响难以估量。加速加载实验是目前国际上道路长期服役性能评价与研究的最有效方法，该方法在设定环境下通过可控、重复轮荷对实际路面进行连续碾压，在短时间内实现路面的累积破坏，为道路结构和材料性能的理论研究、精准设计、施工工艺优化等提供依据，提高道路长期服役性能。

美国、南非等国家生产的ALF、MLS、HVS等路面加速加载实验系统，垄断了国际市场，价格昂贵，单价高达2400余万元，国内尚无此类产品。这些国外产品尚存在以下问题：故障率高，噪声大，效率低，200万次典型碾压实验需300余天；无法实现碾压轮荷的精确加载，碾压轮荷精度低，偏差大于10%；无全环境模拟，无法提供道路环境参数-路面力学响应数据；设备体积庞大，转场困难。

在交通运输部重大科技专项和山东省重点研发计划等项目的支持下，围绕道路加速加载关键技术开展研究，攻克了加载模式与结构创新、道路全环境模拟、轮荷精确加载控制等技术难题，相关成果发表论文20余篇，授权美国、南非等国外发明专利10项，国内专利46项，获得山东省技术发明二等奖1项、中国专利优秀奖1项、中国公路学会科学技术一等奖1项。研发了具有完全自主产权的全球首台套全环境道路加速加载实验系统，取得了该领域的重大突破，填补了国内空白，达到了国际领先水平。

二、主要关键技术内容及创新点

1、模块化一体化：将多功能、全环境高度集成于加速加载设备之中，环境系统、多轮组循环碾压装置、自动横移碾压系统、控制系统和发电供电系统等模块化、一体化设计。

2、环境能耗低：空间由约1377立方米优化为63立方米，大大降低环境的运行能耗。

3、实验效率高：4~6轮组循环碾压，碾压频次可高达5200次/小时，效率提高近10倍，实验周期大大缩短。

4、短距离自行转场：不需拆装，不用附加其他设备，更简便。

长距离转场更方便：可用牵引车牵引或平板挂车装运，不需拆装，更适于长距离转场。

5、增设大功率发电供电系统：可满足在设备电力供应不足条件下正常工作。

【关键技术指标对比】均优于国外同类产品，同行专家评价，达到国际领先水平。

三、主要应用领域与前景

项目组十多年来开展加速加载实验工艺以及实验装备的研制和开发，先后研制了三套具有自主知识产权的加速加载试验装置，并实现了示范应用，积累了丰富的工程实践经验。依托课题组相关项目成果，获批“山东省路面加速加载装备工程技术研究中心”和“山东省高速公路全寿命周期大数据分析与安全保障工程技术研究中心”两个省级科研平台。

项目组对于路面加速加载实验设备的研发，先后研发了具有完全自主产权的国内首台“足尺路面加速加载实验系统”和“小型路面加速加载实验系统”、国际首台“移动式全环境智能足尺路面加速加载系统”和“小型全环境路面加速加载实验系统”等一系列产品，打破了路面加速加载实验装备长期被国外产品垄断的困局，实现了我国在这一技术领域的突破，填补了国内空白。

利用研制的道路加速加载实验设备进行实际道路试验，快速检测道路长期性能，分析道路损坏机理，实现道路优化设计，降低建设成本，延长路面使用寿命，减少养护费用，提高通行能力和服务水平，推动公路建设科学快速发展，具有巨大的社会效益。研究成果应用于山东省交通运输厅公路局等单位的长深高速公路青州-临沭等工程，节约了大量开支，具有显著的经济效益。

四、相关知识产权

已授权专利50余项，部分代表性专利如下：

CN200810014002.0，一种路面加速加载实验装置

US8714001，Floating mechanism loading vehicle provided with double shafts and eight wheels for pavement accelerated loading test

PCT/CN2019/073718，一种全环境足尺循环式加速加载实验系统