回弹弯沉检测技术及应用.doc

回弹弯沉检测技术及应用abstract: pavement deflection test and determination of bearing capacity of pavement structure an effective testing technology. this paper discusses the rebound deflection measurement technology contains the work principle of the test system and test method, and through the respective comparison, to obtain the respective advantages and disadvantages of the test system, and analyses its application circumstances in detail.key words: deflection；detection technology；theoretical analysis摘要：路面弯沉的测试是测定路面结构承载能力的一种有效的测试技术。本文详细讨论回弹弯沉测定技术所包含的测试系统的工作原理及测试方法，并通过各自的比较，得出了各自测试系统的优缺点，并对其应用情况做了详细的阐述。关键词：弯沉检测技术理论分析路面的弯沉测试主要是检测路面结构的承载能力。造成路面结构损坏主要两方面的因素：局部过量的变形和某一结构层的断裂破坏。弯沉测定技术主要分为两类1：静态测定测试技术和动态测定测试技术，静态测定包含贝克曼梁弯沉仪测试技术和自动弯沉仪测试技术，动态测定包含稳态动弯沉仪测试技术和脉冲弯沉仪测试技术。静态测定方法可以检测到最大弯沉值，而动态测定法初次之外还可以得到弯沉盆。1 贝克曼梁法贝克曼梁法是通过利用杠杆的工作原理。它可以得到路面在车载重下的最大回弹弯沉值。1.1弯测仪所需要的设备与材料：（1）测试车：双轴、后轴双侧4轮载重车。试验车可根据需要按公路等级选择具体标准参数见下表。用于测定弯沉的标准轴参数见下表：（2）路面弯沉仪：它是由贝克曼梁、百分表及其表架三部分组成。目前我国多数使用的贝克曼弯沉仪是由总长为3.6m，杠杆比为2:1的铝合金杆制成。它的特点是刚度强、质量小精度高且使用方便。（3）准备工作：首先，试验车应加载稳当的重物并确保车后轴总重p符合规定，在平整坚实的地表上印取轮迹，计算单位面积压力和单双圆荷载当量的直径。其计算公式为：单位压力：单圆荷载当量直径为：双圆荷载当量直径为：1.2 测试方法首先选择被测点，一般选取车行道上每隔50100m为一个测点，然后用“前进卸载法”进行测定。具体的实施方法为：在将试验车的一侧后轮停在测试点上之后，在此侧后轮的两个轮胎之间放置弯沉仪测头并保证其水平。然后命令试验车缓慢前进。当百分表的指针转到最大值时，记录读数，试验车继续前行，当百分表指针回转稳定后，记录读数。则回弹弯沉值为（单位mm）：同样的道理可以测得总弯沉值和参与弯沉值。由于所测的路面的温度超过时，需要对回弹弯沉值进行修订。可以通过查图法和经验计算法两种方法经行校正。这里主要介绍经验计算法：测定的沥青路面的平均温度t计算公式为：其中：-测定时沥青面层的平均温度-系数，-系数，-测定时的沥青面层的温度与前5小时的平均气温之和。2 落锤式（fwb）弯沉检测方法落锤式弯沉仪检测方法属于动态弯沉检测技术。测试过程就是利用冲击荷载而得到弯沉。冲击荷载会使路面产生瞬时的变形，由此测定动态弯沉，然后反算路面各层材料的动态弹性模量，作为设计的参数使用。2.1 仪器设备落锤式弯沉仪有两种形式：拖车式和内置式。其中拖车式便于维修和存放，内置式装置轻小方便。落锤式弯沉仪2是由荷载发生装置、弯沉检测装置、运算控制系统与车辆牵引系统四部分组成。2.2 测试方法（1）将承载板自动降在其中心位置对准的待测点上，并放置弯沉检测装置的各个传感器上。（2）启动落锤装置。让落锤自由下落到承载板上，同时立即提升到原位置并固定。在这个过程中，由于落锤的作用路面的结构层会发生形变。因此，将各个传感器检测路面结构层的表面变形的情况，记录路面变形的位移量并传输到计算机，计算出最大变形量，此值即为路面的弯沉，也可计算出弯沉盆。在操作过程中，每个测试点尽量测量次数不少于3次，除去检测过程中偏离比较大的值和第一次检测值，其余的求平均值作为技术数据。（3）卸载传感器与承载板，测试车前进到下一个设定的待测点，重复上述步骤进行测定。2.3 使用过程中应注意的问题在不同的路面的检测时，注意检测点的选择要随着测试的组要进行布置。例如当需要检测水泥混凝土结构的路面板时，就应该在需要测试的路段的路面板表面安置测试点；当需要检测水泥混凝土结构的路面的接缝是否完好时，就应该在接缝的附近安置测试点并且要求传感器安置在裂缝的两边；当需要检测路面板下的缺损空洞时，就应该安置在空洞附近等。在不同的检测情况下还应该注意以下问题3：（1）在冲击荷载的大小调节可以通过调节落锤的重量和高度来实现；（2）在检测过程中，拖车的牵引速度不要太快，一般选择50比较合适，内置式的弯沉仪可以速度大些，一般可以高于100。（3）对于不同的路面结构，弯沉的影响半径是不同的。目前，我国较高级的路面多数采用半刚性基层沥青路面结构，对于这种情况的路面结构，弯沉的影响半径一般能达到35m。在安置传感器时，注意传感器的分布范围应该安置在距离荷载中心34m范围内，不应超出这个范围。（4）在检测过程中，每一个检测点的测试次数不应该少于3次，而且要舍去第一次的检测值，然后求平均值作为检测结果。在数据结果的处理时，落锤式弯沉仪所检测到的数据是动态总弯沉，这和贝克曼梁检测的静态回弹弯沉是不同的，所以要经过一次换算，将动态总弯沉值换算到静态回弹弯沉值。3贝克曼梁法与fwb的模量反算法3.1贝克曼梁法的模量反算贝克曼梁法的模量反算对于不同层次体系的路面结构情况计算步骤是不同的。一般对于单层体系（路基），运用弹性半空间上的双圆荷载公式计算贝克曼梁所测的弯沉，可以得出无限深土基的模量。具体计算步骤如下：（1）记录试验现场测得各点弯沉和测试车的轮迹与轮胎内压及后轴重；（2）根据轮胎内压和后轴重算出荷载作用面积，然后转化为双当量圆；（3）根据以下公式计算出土基模量：其中：、表示均布垂直压应力和双圆荷载之一的半径；表示计算得到的回弹弯沉值；表示泊松比，对土基模量的计算情况取0.35；表示弯沉系数，取0.712。当检测双层体系时，上述计算方法是不适用的。其计算公式为：其中：表示双层体系表面荷载作用面中心处的位移系数；表示双层体系表面荷载作用面中心处的位移；、的含义同单圆荷载模式；表示双圆荷载模式中一个圆的半径。在实际工程中表明弹性层状理论体系计算的结果与实测的结果之间存在偏差，可以在计算时加一个修正系数解决这个问题。3.2 fwb的模量反算fwb的模量反算是的要求是需要已知以下参数：路面结构儿何特征、除模量以外的材料特征、荷载、路面反应等。然后通过不同的计算方法反求模量值。早期的fwb的模量反算方法主要是经验法、回归法和图表法等，但早期计算机水平有限，这些方法大都应用简便但计算精度差的特点。随着计算机水平的提高和算法的改进，迭代法和数据库搜索法发展迅速，众多的研究者积极地寻求稳定、高效的收敛方法。4 贝克曼梁法与fwb的对比分析可以通过线性回归分析，计算计算贝克曼梁和fwd两项试验检测数据之间的相关性。相关系数依据最小二乘法建立。假设两组变量之间有如下关系:系数a、b的计算公式为：；贝克曼梁法最大的不足在于必须全程人工操作，人为因素造成的误差比较大。落锤式弯沉仪（fwd）可以实现动态测定4，并可以模拟车辆负载冲击作用下的弯沉测定。这种方法采用计算机自动采集数据，具有减小人为因素造成的误差，检测速度快的优点。它是通过落锤质量和起落高度控制路面所受的冲击荷载的大小，并用相应的传感器测定荷载时程和动态弯沉盆。采用fwd测定时，需要根据不同地区的不同结构和材料等条件求取相应的关系式，不可一式多用。参考文献1于秋