我国潮湿山区公路路面冬季易形成凝冰，大气水分在凝冰上凝结的水膜使得路表完全丧失摩擦力，路面原有抗滑措施几乎失效，轮胎和路面间摩擦系数迅速降低，尤其在弯道、隧道出入口、长大纵坡等特殊高危路段，容易导致车辆行驶过程中产生滑移，危及行车安全。本项目拟通过室内小型模型试验实测轮胎与凝冰路面间摩擦力分布规律，考虑轮胎路面间非完全接触状态的瞬态耦合作用，求解车辆悬架和路面的不平度引起的车身对轮胎的真实动荷载作用，建立车辆与路面瞬态接触摩擦动力学数值分析模型，研究凝冰路面上车辆滑移时轮胎路面间相互作用受力特性和影响路面抗滑性能的力学响应指标，分析凝冰条件下高危路段沥青路面抗滑力学机理，根据力学分析结果和路面摩擦力实测结果建立路面抗滑性能衰减模型，为提高凝冰路面抗滑性能和我国抗滑沥青路面设计方法修订奠定基础。

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了轮胎路面复杂接触效应的有限元模型，结合结构动力学原理和Lagrange原理推导了不同路面条件下车身对轮胎的动态作用力计算模型，借助MATLAB/Simulink工具求解了车身对轮胎的动态作用力。利用ANSYS/LS-DYNA研究了轮胎在六种道路线形、五种摩擦条件下的运动规律，分析了各种路面的抗滑性能发展变化特性以及动荷载作用下的动力响应规律。结果表明：轮胎在凝冰条件下的运动速度和动能的降低速度和幅度都明显的小于在正常干燥路面的降低速度和幅度。凝冰条件下胎面摩擦力明显小于正常干燥路面的胎面摩擦力，制动距离则大于正常干燥路面的制动距离，充分说明路面凝冰对路面抗滑性能影响显著。凝冰沥青路面路表竖向应力和轮胎经过前路表水平剪应力均大于正常干燥路面,路表弯沉、轮胎经过后路表水平剪应力以及沿路面深度方向最大竖向应力、最大横向拉应力、最大横向拉应变和最大水平剪应力均小于正常干燥路面。凝冰沥青路面摩擦系数不仅影响路面抗滑性能而且影响其结构动力响应，随着路面摩擦系数增大，轮胎运动速度和动能降低幅度都明显增大，胎面摩擦力也相应增大，制动距离减小。凝冰沥青路面不同力学指标受路面摩擦系数影响规律不尽相同，路表弯沉和轮胎经过后的路表水平剪应力以及沿路面深度方向最大竖向应力、最大横向拉应力、最大横向拉应变和最大水平剪应力均随着摩擦系数增大而增大，路表竖向应力和轮胎经过前的路表水平剪应力则随着摩擦增大而减小。轮胎在曲线路段的运动速度和动能降低迅速，胎面摩擦力相应的增大，制动距离减小。曲线路段的路面动力响应指标普遍高于平直路段和纵坡路段，路面纵坡和超高会使路表的水平剪应力增大，却会使路面沿深度方向的相应力学指标的最大值减小。通过室内模型试验研究了凝冰沥青路面抗滑性能衰减规律并提出了预测模型，根据试验和有限元模拟结果，提出了凝冰沥青路面镶嵌破冰柱体的主动除冰抗滑装置，可有效解决凝冰沥青路面抗滑能力不足的问题，具有极大的推广应用价值。 2100433B

提高沥青路面抗滑性能已成为保证交通安全的关键技术，轮胎与粗糙表面接触特性是提高路面抗滑能力的关键。以往研究将路面假设为摩擦系数一定的平滑界面，其接触状况与实际情况明显不符。本研究将深入研究细观尺度下集料表面纹理和宏观尺度下粗颗粒空间分布形态及其与轮胎啮合程度的多尺度界面接触特征。研发高精度（10μm）三维激光纹理测试方法，评价集料表面纹理特征，采用高精度工业CT扫描技术评价混合料级配组成及粗骨料形态与空间分布特性。采用高精度薄膜压力传感器探索轮胎与沥青路面间不同荷载和抗滑状态下的接触面积、接地压力分布规律，并设计轮胎与沥青路面不同接触状态下的抗滑试验，探索上述接触特征下的抗滑效果、规律及评价指标体系。本研究可显著改善抗滑材料设计和路面功能养护设计等依赖经验的落后现状，实现科学设计沥青路面抗滑性能，从而降低资源与造价浪费，提高路面安全性能。

为适应我国高等级公路快速发展及其安全出行等技术与社会需求，传统的轮胎与路面简单的摩擦接触模型已不适应，基于沥青路面多尺度界面结构，开展抗滑性能研究十分必要与迫切。基于此，本研究基于压力胶片测试技术，开展了轮胎与路面之间接触压力及分布特性的研究，并利用高精度激光扫描测量技术，从微细观尺度评价了集料颗粒棱角性和破碎面细观纹理结构；基于高精度工业CT技术，评价了沥青混合料微细观结构；基于路面轮廓仪及其扫描技术，从宏观尺度评价了沥青路面抗滑轮廓构造；利用压力胶片评价技术以及路面轮廓扫描技术及其试验结果，建立抗滑性能及其衰减特性的评价指标体系。 获得了如下主要研究成果： 首先，利用压力胶片测试技术，基本掌握了我国小货车轴载及其轮压（0.6-0.7Mpa）作用下，不同沥青路面的接触压力客观分布规律，建立了抗滑接触面积、接触应力场分布与集中程度等抗滑性能宏观评价指标体系。 其次，建立了沥青路面多尺度接触界面结构的评价技术，包括：采用激光微观构造检测仪评价骨料棱角与细观纹理、沥青胶浆（沥青与机制砂混合物）结构等微细观接触结构；利用工业CT技术评价抗滑层路表主骨料空间分布等细观接触结构；采用路面轮廓仪评价沥青路面抗滑轮廓构造等宏观接触结构。 最后，基于轮胎及其与不同路面的接触行为与路面抗滑性能之间的关联性研究，分别建立以分形维数为主的评价粗骨料和沥青胶浆抗滑性能的微细观尺度评价指标、以轮廓峰顶夹角为主要指标的沥青路面抗滑性能宏观尺度评价指标体系。并利用室内模拟轮胎荷载作用的搓揉试验技术，针对抗滑层沥青混合料材料设计阶段，建立以抗滑构造敏感区衰减率为指标的抗滑构造耐久性预测指标体系。 2100433B

本论文以交叉口区域主要的行车特性及路面结构出现的典型破损类型，利用ANSYS有限元软件，建立了轮胎—路面作用模型，对3-D轮胎路面接触应力分布进行了计算，并对3-D轮胎路面接触应力作用下的沥青路面力学响应进行了分析。同时基于交叉口区域的行车特点，考虑更加接近实际受力状态的移动非均布荷载，采用有限元软件对交叉口路面的影响因素进行分析研究，找出其应力场的分布规律，并结合双剪统一强度理论，探讨交叉口路面的破坏原因。本研究成果对于揭示道路交叉口受力状况，破坏特征及针对其特殊复杂的受力状况进行有针对性的专门路面设计具有重要的理论意义及应用价值。 2100433B