光纖傳感技術(shù)監(jiān)測(cè)瀝青混合料應(yīng)變響應(yīng)有效性研究.pdf

1、現(xiàn)階段我國瀝青路面的早期損壞現(xiàn)象十分嚴(yán)重，損壞類型錯(cuò)綜復(fù)雜，嚴(yán)重地影響了行車的安全性和舒適性，極大地降低了路面的使用品質(zhì)，縮短了路面的使用壽命，因此解決瀝青路面早期損壞在我國現(xiàn)階段的道路建設(shè)和管理養(yǎng)護(hù)中是十分必要的。研究表明，進(jìn)行瀝青路面的“健康監(jiān)測(cè)”，準(zhǔn)確地獲取路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)信息，進(jìn)而探究早期損壞機(jī)理，采取合理有效的預(yù)防措施是解決瀝青路面早期損壞的根本辦法。光纖傳感技術(shù)的出現(xiàn)為準(zhǔn)確地獲取路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)信息提供了可能。光纖光柵傳感器

2、以其良好的耐久性和穩(wěn)定性已成為工程應(yīng)用的熱點(diǎn)，借助它在其它工程領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)將光纖智能傳感技術(shù)移植到道路工程中，實(shí)現(xiàn)瀝青路面的“健康監(jiān)測(cè)”。但現(xiàn)有的光纖光柵傳感器模量較大（一般在50～70GPa），與瀝青混合料模量（一般在1.0～1.2GPa）不匹配，導(dǎo)致兩者協(xié)同變形性較差，傳感器采集的信息與路面該點(diǎn)的真實(shí)信息存在差異，不能直接用于評(píng)價(jià)該點(diǎn)的受力狀態(tài)，因此研究光纖傳感技術(shù)監(jiān)測(cè)瀝青混合料應(yīng)變響應(yīng)有效性是解決光纖光柵傳感器在路面中應(yīng)用的前提

3、和基礎(chǔ)，是十分必要的。本文針對(duì)實(shí)際瀝青路面的不同受力狀態(tài)，設(shè)計(jì)了單一受力模式試驗(yàn)和復(fù)雜受力模式試驗(yàn)，對(duì)傳感器實(shí)時(shí)輸出的數(shù)據(jù)與理論真實(shí)值進(jìn)行對(duì)比分析，得出兩者間的相互關(guān)系，并進(jìn)行傳感器短期和長(zhǎng)期響應(yīng)監(jiān)測(cè)，同時(shí)采用有限元技術(shù)進(jìn)行仿真分析，以評(píng)價(jià)光纖光柵傳感器監(jiān)測(cè)瀝青混合料應(yīng)變響應(yīng)的有效性，并進(jìn)行影響因素分析，為傳感器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的修正及傳感器進(jìn)一步的改進(jìn)與開發(fā)提供依據(jù)。本研究主要內(nèi)容包括：
　　⑴針對(duì)有限元仿真的需要，為真實(shí)反映瀝青混合料

4、的粘彈特性，分別設(shè)計(jì)了單軸動(dòng)態(tài)蠕變?cè)囼?yàn)和動(dòng)態(tài)模量試驗(yàn)進(jìn)行瀝青混合料粘彈參數(shù)的測(cè)定，并通過擬合計(jì)算得到大型有限元軟件ABAQUS中提供的粘彈模型參數(shù)。
　?、漆槍?duì)瀝青路面中受拉和受壓的單一受力狀態(tài)分別設(shè)計(jì)了植入傳感器的四點(diǎn)彎曲梁試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)單軸壓縮試驗(yàn)。受拉傳感器埋設(shè)于四點(diǎn)彎曲梁純拉區(qū)，基于實(shí)測(cè)梁底豎向撓度得到理論計(jì)算應(yīng)變，受壓傳感器埋設(shè)于單軸壓縮圓柱試件中心，外接 LVDT傳感器測(cè)定真實(shí)應(yīng)變。對(duì)比分析傳感器實(shí)測(cè)應(yīng)變與理論計(jì)算應(yīng)變和真

5、實(shí)應(yīng)變間的相互關(guān)系，進(jìn)而得出傳感器監(jiān)測(cè)瀝青混合料應(yīng)變響應(yīng)的有效性并建立傳感器實(shí)測(cè)應(yīng)變的理論修正公式，變化試驗(yàn)溫度得到溫度對(duì)兩者關(guān)系的影響。
　?、菓?yīng)用建立在相似理論基礎(chǔ)上的?；椒ê陀邢拊抡孢M(jìn)行路面復(fù)雜受力模型設(shè)計(jì)。確定了模型與路面原型間各參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立典型路面結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，確定輪載影響范圍，進(jìn)行單、雙輪均布荷載等效，面層結(jié)構(gòu)與路面全結(jié)構(gòu)等效，最終確定了路面復(fù)雜受力模型。第四，針對(duì)確定的復(fù)雜受力模型設(shè)計(jì)了三層復(fù)合板

6、輪載試驗(yàn)，將傳感器埋設(shè)于復(fù)合板上面層底部和中面層中部，進(jìn)行不同溫度下的短期循環(huán)加載和標(biāo)準(zhǔn)車轍試驗(yàn)，得出不同溫度下傳感器監(jiān)測(cè)瀝青混合料短期及長(zhǎng)期應(yīng)變響應(yīng)的有效性。最后，建立上述各室內(nèi)試驗(yàn)的有限元模型，分析傳感器的存在以及傳感器模量和型式對(duì)傳感器附近區(qū)域及模型各力學(xué)參數(shù)的影響，確定合理的傳感器模量及型式，以指導(dǎo)傳感器的進(jìn)一步開發(fā)。實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)荷載的數(shù)值模擬，進(jìn)行復(fù)合板模型在一次輪碾瞬態(tài)作用及短期輪載循環(huán)作用下的動(dòng)態(tài)應(yīng)變響應(yīng)時(shí)程分析，得出了有限