传感器分布位置方面,1个位于承载板中心,其余布置在传感器支架上。路基或柔性基层沥青路面传感器分布在距荷载中心2.5米范围内即可;而我国高等级公路多采用半刚性基层沥青路面结构,弯沉影响半径已达3-5米,传感器分布范围应布置在距荷载中心3-4米范围内,以量测路面弯沉盆形状。
公路弯沉试验是什么?
在使用落锤式弯沉仪时,通过调节锤重和落高可调整冲击荷载大小。例如,我国路面设计标准轴载为BZZ-100,落锤质量应选为5吨,因为承载板直径为30厘米,对路面的压强恰为0.7兆帕。检测时,拖车式落锤弯沉仪牵引速度最大可达80公里每小时,根据我国实际情况,以50公里每小时左右为宜;内置式最高时速大于100公里每小时,每小时可测65点。
落锤式弯沉仪分为拖车式和内置式两种,拖车式便于维修与存放,而内置式则较小巧、灵便。其主要设备包括荷载发生装置(落锤和直径300mm的4分式扇形承载板)、由5-7个高精度传感器组成的弯沉检测装置、运算及控制装置,以及牵引FWD并安装运算及控制装置等的牵引装置。
落锤式弯沉仪(FWD)是为了模拟汽车快速行驶的实际情况而开发的动态弯沉测试设备,它模拟行车作用的冲击荷载下的弯沉量测,计算机自动采集数据,具有速度快、精度高的特点。近年来,采用FWD测定路面动态弯沉并反算路面回弹模量已成为世界各国的热门课题,特别适用于高等级公路路面和机场的弯沉量测及承载能力评定,是目前国际上最先进的路面强度无损检测设备之一。
自动弯沉仪的基本工作原理与贝克曼梁类似,都是基于简单的杠杆原理进行工作的。检测时,测定车以一定速度行驶,将安装在前后轴之间底盘下面的弯沉测定梁放到车辆前端并支于地面保持不动。当后轴双轮隙通过测头时,弯沉数据通过位移传感器等装置被自动记录,随后测定梁被拖动至下一个测点,周而复始地向前连续测定,最终通过计算机输出路段的弯沉检测统计计算结果。
自动弯沉仪测定车通常采用洛克鲁瓦型设备,由测试汽车、测量机构以及数据采集处理系统三大部分组成,其中测量机构安装在测试车底盘下方。其主要技术参数包括测试车轴距为6.57米,测臂长度在1.75至2.40米之间,后轴荷载需达到100千牛,对路面压强为0.7兆帕,最小测试步距为4到10米,测试精度高达0.01毫米,测试速度则在1.5到4.0公里每小时之间。
值得注意的是,自动弯沉仪测定的是总弯沉,这与贝克曼梁测定的回弹弯沉有所不同。可以通过两者之间的对比试验得到相关关系式,从而将自动弯沉仪测得的总弯沉换算为回弹弯沉,用于路基和路面强度的评定。关于具体的自动弯沉仪测定路面弯沉试验方法,详细规定可见《公路路基路面现场测试规程》(jtj 059-95)。
使用自动弯沉仪时,若进行长距离移动,应根据路况拆下对通过能力影响大的组件部件,到达测量工地后再重新安装调试。操作前需通过计算机输入有关信息及命令,并为了保证系统a/d转换板与位移传感器的测量精度,必须对标定自动弯沉仪。采集的数据以文本方式存储,分为节点数据、弯沉值数据及弯沉盆数据三种,可显示左右双侧弯沉峰值柱状图,计算平均值、标准差和代表弯沉值,并显示弯沉盆图形及曲率半径。
每一测点需重复测定不少于3次,舍去第一个测定值,取以后几次测定值的平均值作为计算依据,因为第一次测定的结果往往不稳定。弯沉检测装置由计算机控制自动量测,所有测试数据均可显示在屏幕上、打印出来或存储在软盘上。可输出作用荷载、弯沉盆、路表温度及测点间距等,并可打印弯沉平均值、标准差、变异系数及代表弯沉值等数据。
公路弯沉试验主要是为了评估路面的承载能力和强度,传统方法利用贝克曼梁测定回弹弯沉值,虽然操作简便且是我国设计的标准依据,但全程人工操作受人为因素影响大且速度慢。为了解决这些问题,现在广泛使用自动弯沉仪,这是一种高效自动化设备,能够对路面进行高密集点的强度测量,非常适合用于施工质量控制、验收以及日常的路面养护管理工作。
落锤式弯沉仪的工作原理是:将测定车开到测定地点,通过计算机控制下的液压系统启动落锤装置,使一定质量的落锤从一定高度自由落下。冲击力作用于承载板并传递到路面,导致路面产生弯沉,分布于距测点不同距离的传感器检测结构层表面的变形,记录系统将信号输入计算机,从而得到路面测点弯沉及弯沉盆。
应当注意,落锤式弯沉仪所测弯沉为动态总弯沉,与贝克曼梁所测的静态回弹弯沉不同。可通过对比试验得到两者之间的相关关系,并据此将落锤式弯沉仪所测弯沉值换算为贝克曼梁的静态回弹弯沉值。此外,可利用计算机按弹性层状体系理论的计算模式和程序,根据落锤式弯沉仪所测弯沉盆数据反算路面各层材料的弹性模量。
弯沉试验是基于高速公路、桥梁隧道等路基施工的控制检测手段,通过对不同路段和不同土质的路基进行落锤式弯沉仪(FWD)和贝克曼梁(BB)对比试验及相关性分析,提出了FWD检测路基的控制指标。这一过程主要涵盖了落锤式弯沉仪(FWD)与贝克曼梁式弯沉仪(BB)的对比试验研究,旨在优化检测标准和方法。