瀝青路面結(jié)構(gòu)信息監(jiān)測及疲勞性能預(yù)估.pdf

1、瀝青路面在使用過程中受到外界車輛荷載、溫濕度環(huán)境因素等綜合作用影響,逐漸產(chǎn)生疲勞、車轍、裂縫等損壞,嚴(yán)重影響了路面的使用效果。及時掌握路面內(nèi)部實際狀態(tài)和材料性能,對于路面的長期性能預(yù)估和養(yǎng)護決策具有重要意義。然而,現(xiàn)有的路面研究方法,大部分是在路面產(chǎn)生損壞以后對其進行觀察和測量,進而分析產(chǎn)生破壞的機理,屬于一種唯象和后分析手段;另一類是通過數(shù)值模擬的方法,建立瀝青路面三維模型,使用計算機對路面進行仿真分析,但由于缺少實測數(shù)據(jù)的支持,分析

2、結(jié)果的真實性和有效性無法進行驗證。
　　針對上述問題,本文基于光纖光柵傳感技術(shù)開發(fā)了瀝青路面長期實時在線監(jiān)測系統(tǒng),通過對試驗段交通荷載狀況、路面內(nèi)溫度場分布規(guī)律以及瀝青層內(nèi)部動力響應(yīng)情況進行長期連續(xù)監(jiān)測,得到了瀝青路面在自然環(huán)境下的實際工作狀態(tài),并基于路面實測信息對各路面結(jié)構(gòu)疲勞壽命進行預(yù)估。主要研究內(nèi)容及成果概括如下:
　　首先,根據(jù)試驗段四種路面結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場情況,詳細設(shè)計了光纖光柵傳感器布設(shè)方案,并完成了傳感器和動態(tài)稱重系

3、統(tǒng)的現(xiàn)場布設(shè)。提出了傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)長距離光纜傳輸方案,并根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)備和監(jiān)測需求,專門設(shè)計開發(fā)了遠程在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析軟件,實現(xiàn)了路面的多用戶實時在線監(jiān)測和海量數(shù)據(jù)的提取分析。
　　其次,分別采用水浴法和試件內(nèi)部測試法對傳感器在不同介質(zhì)內(nèi)的靈敏度系數(shù)進行測試,對試件內(nèi)部波長隨溫度變化現(xiàn)象進行了深入分析,并給出相應(yīng)波長-溫度換算公式和實際應(yīng)用建議?；谑覂?nèi)試驗測試結(jié)果,采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶對埋設(shè)在實際路面內(nèi)部的光纖光柵溫度傳感器絕對

4、溫度和靈敏度系數(shù)進行現(xiàn)場標(biāo)定,并對路面溫度進行長期連續(xù)觀測。通過對實測結(jié)果分析,得到路面內(nèi)溫度場時間和空間分布規(guī)律,并結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀笮畔⒔⒘烁魃疃任恢玫穆访鏈囟阮A(yù)估模型。
　　再次,采用復(fù)合車轍板試驗,對于不同材料封裝的光纖光柵應(yīng)變傳感器進行了溫度和應(yīng)變測試特性的室內(nèi)對比試驗。通過ABAQUS有限元軟件對路面在移動荷載作用下動力響應(yīng)情況進行數(shù)值模擬,得到了瀝青層底各向應(yīng)變變化時程曲線。對監(jiān)測系統(tǒng)長期連續(xù)監(jiān)測的交通和路面動力響應(yīng)信息

5、統(tǒng)計和分析,實測結(jié)果與有限元仿真結(jié)果一致,說明光纖光柵傳感器用于瀝青路面結(jié)構(gòu)信息監(jiān)測的適用性和有效性。
　　最后,基于瀝青路面交通荷載信息、溫度變化規(guī)律和路面動力響應(yīng)的長期實測結(jié)果,結(jié)合室內(nèi)單軸壓縮動態(tài)模量試驗,確定了疲勞壽命預(yù)估參數(shù),提出了分溫度域?qū)β访嫫趬勖M行預(yù)估的方法,選用現(xiàn)有模型對試驗段路面的疲勞壽命進行預(yù)估。
　　本文對光纖光柵傳感器的溫度、應(yīng)變傳感特性進行了試驗研究并將其應(yīng)用于實際瀝青路面結(jié)構(gòu)監(jiān)測,構(gòu)建了一套