瀝青路面結構信息監(jiān)測及疲勞性能預估.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,嚴重影響了路面的使用效果。及時掌握路面內部實際狀態(tài)和材料性能,對于路面的長期性能預估和養(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、路面內溫度場分布規(guī)律以及瀝青層內部動力響應情況進行長期連續(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構疲勞壽命進行預估。主要研究內容及成果概括如下:
　　首先,根據(jù)試驗段四種路面結構和現(xiàn)場情況,詳細設計了光纖光柵傳感器布設方案,并完成了傳感器和動態(tài)稱重系

3、統(tǒng)的現(xiàn)場布設。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)硬件設備和監(jiān)測需求,專門設計開發(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部測試法對傳感器在不同介質內的靈敏度系數(shù)進行測試,對試件內部波長隨溫度變化現(xiàn)象進行了深入分析,并給出相應波長-溫度換算公式和實際應用建議。基于室內試驗測試結果,采用標準熱電偶對埋設在實際路面內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)場標定,并對路面溫度進行長期連續(xù)觀測。通過對實測結果分析,得到路面內溫度場時間和空間分布規(guī)律,并結合當?shù)貧庀笮畔⒔⒘烁魃疃任恢玫穆访鏈囟阮A估模型。
　　再次,采用復合車轍板試驗,對于不同材料封裝的光纖光柵應變傳感器進行了溫度和應變測試特性的室內對比試驗。通過ABAQUS有限元軟件對路面在移動荷載作用下動力響應情況進行數(shù)值模擬,得到了瀝青層底各向應變變化時程曲線。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信息

5、統(tǒng)計和分析,實測結果與有限元仿真結果一致,說明光纖光柵傳感器用于瀝青路面結構信息監(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)律和路面動力響應的長期實測結果,結合室內單軸壓縮動態(tài)模量試驗,確定了疲勞壽命預估參數(shù),提出了分溫度域對路面疲勞壽命進行預估的方法,選用現(xiàn)有模型對試驗段路面的疲勞壽命進行預估。
　　本文對光纖光柵傳感器的溫度、應變傳感特性進行了試驗研究并將其應用于實際瀝青路面結構監(jiān)測,構建了一套