专利名称：一种路面及桥面铺装材料阻尼特性参数的测试方法
技术领域：
本发明属于道路工程领域，是一种路面及桥面铺装材料阻尼特性参数的测试方法，涉及路面及桥面铺装材料阻尼特性参数的测试，适用于铺装结构的设计与研究、室内试验以及现场工程检测。
背景技术：
在路面结构和桥面铺装体系的动力分析中，必须建立刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵，其中阻尼矩阵是确定道路路面或桥面体系的振动特性的重要动力参数之一。首先，阻尼消耗能量，使振动衰减，对道路路面和桥梁的安全具有特殊意义；其次阻尼的大小直接关系到道路路面或桥面铺装体系在动荷载作用下的振动强弱；研究路面、桥面铺装材料的阻尼是准确的计算铺装动力响应的关键之一。但是阻尼矩阵比较复杂，通常在结构分析中将 阻尼分为结构阻尼包括结构之间的连接摩擦等，材料阻尼或称粘性阻尼主要是材料的固有特性，以及其它阻尼，其它阻尼包括空气动力阻尼和附加阻尼器阻尼等。目前国内外研究路面、桥面铺装材料阻尼的相关文献较少，并且在结合桥梁分析的研究中通常都忽略桥面铺装阻尼，在路面结构计算中对于浙青混合料一般也是直接给出假设的阻尼系数或阻尼比，一些国内学者直接设定路面混合料阻尼参数的范围，并在其中取值作为分析参数，一些国外学者则认为路面材料的阻尼和模量有很强的相关性，假设材料阻尼直接正比于材料的模量，进行路面结构分析。本发明的一种路面及桥面铺装材料阻尼特性参数的测试方法主要研究桥面铺装材料阻尼特性参数的测试求解方法，通过对梁理论的分析，建立适合于桥面铺装阻尼测试的试验模型以及信号采集和处理方法。
发明内容
本发明提供一种路面及桥面铺装材料阻尼特性参数的测试方法，由本发明可以得到合理、精确的路面或桥面铺装材料阻尼特性参数。本发明采用以下技术方案一种路面及桥面铺装材料阻尼特性参数的测试方法，其特征在于，包括如下步骤步骤I :试验前参数的确定步骤I. I :通过路面或桥面的不平度实测数据，即沿行车方向不同位置处行车道表面的高程，计算得到空间频率的范围，具体步骤如下沿行车方向,对Ikm路面或桥面进行不平度测试,得到高程序列{D(m)},m = 0,l,2，…N-1，N为所测高程总点数，对该高程序列进行离散时间序列傅里叶变换，得到
权利要求
1.一种路面及桥面铺装材料阻尼特性参数的测试方法，其特征在于，包括如下步骤 步骤I:试验前参数的确定 步骤1.1:通过路面或桥面的不平度实测数据，即沿行车方向不同位置处行车道表面的高程，计算得到空间频率的范围，具体步骤如下 沿行车方向，对Ikm路面或桥面进行不平度测试，得到高程序列{D(m)}，m = O，1,2,…N-l，N为所测高程总点数，对该高程序列进行离散时间序列傅里叶变换，得到 I jV-I-jkO m a = — X D(m)e 0 k N m=0O JT 其中，Ofj= j，N为所测高程总点数，ak为离散时间序列傅里叶变换系数，k = 0，l，2，…N-1， 对求得的离散时间序列傅里叶变换系数ak，k = 0,1,2,…N-1，进行归一化，也就是依次将离散时间序列傅里叶变换系数ak除以ak序列中的最大值，得到ak，选择大于I %的所有ak，假设其中下标的最小值为kmin，下标的最大值为k_，则空间频率n的范围为 ---，单位为 m1，10007V 10007V 步骤I. 2 :确定通行车辆的行车速度范围 根据道路或桥梁收费站或车辆监测点的车流数据，选择每日平均交通量中所占比例最大的车型作为代表性车型，通过车速监测点的监控数据，获得代表性车型的行车速度V的范围Vniin v_，即为通行车辆的行车速度范围， 步骤I. 3 :确定阻尼测试时需要考虑的车辆荷载激振的时间频率范围 根据步骤I. I得到的空间频率n的范围 和步骤I. 2得到的通行车辆行车速度V的范围Vmin V_，确定车辆荷载激振的时间频率范围，所述的车辆荷载激振的时间频率范围可以根据如下公式计算确定f = nv 其中，n为空间频率，V为行车速度，f为时间频率，所述的车辆荷载激振的时间频率范围用圆频率表不为Q = 2 Ti f = 2Jinv 其中，Q为圆频率， 步骤I. 4 :从待测路面或桥面上取一根长宽比大于5且小于20的铺装材料长梁作为试件，铺装材料长梁横截面的宽度和高度均大于铺装材料中集料规格尺寸的2^^咅且不大于1OOmm, 步骤I. 5 :在步骤I. 3中确定的阻尼测试时需要考虑的车辆荷载激振的时间频率范围内，采用有限元方法计算得到铺装材料长梁在车辆荷载激振的时间频率范围内的N'阶模态振型，所述N'阶模态振型包括第I阶模态振型，第2阶模态振型，第3阶模态振型，……，第N'阶模态振型，N'为模态振型阶数，第I阶模态振型，第2阶模态振型，第3阶模态振型，……，第N'阶模态振型所对应的模态振型向量依次分别为K，{V }2，}3，……，{^ }N,，并同时计算出每一阶模态振型对应的无阻尼自振频率Q1, Q2,Ω βj ······, Ω , 有限元方法计算得到铺装材料长梁的N'阶模态振型的具体步骤如下 步骤I. 5. I :定义单元类型为梁单元，并进行梁单元实常数的设置，具体包括铺装材料长梁横截面的面积、惯性矩、高度，其中铺装材料长梁横截面的高度为h，面积为A = bh，惯性矩为/zz =f，b为铺装材料长梁的宽度，铺装材料长梁的长度为L,，并定义铺装材料长 12梁的材料属性，包括弹性模量和密度，其中，按《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》(JTGE20-2011)中T0715-2011浙青混合料弯曲试验，测定其弹性模量，并按《公路工程浙青及浙青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0706-2011压实浙青混合料密度试验，即水中重法，测定其密度，根据铺装材料长梁的尺寸进行建模并划分网格，网格划分数为W，具体如下令V为+取整，网格划分数W在如下范围取值[X']，O 步骤I. 5. 2 :将铺装材料长梁两端的边界条件设为简支，并定义分析类型为模态分析，进行分析参数的设置， 步骤I. 5. 3 :进行求解和结果分析， 步骤2 :阻尼测试 步骤2. I :采用压电材料传感器，作为激振力发射端，又兼作为响应信号接收端，分别同时连接到信号发生器和存储器， 步骤2. 2 :令r = 1，r为所测试的模态振型的阶次， 步骤2. 3 :根据第r阶模态振型，在铺装材料长梁上布设r个压电材料传感器，其中，r < N'，所述压电材料传感器布设的具体位置为
2.根据权利要求I所述的一种路面及桥面铺装材料阻尼特性参数的测试方法，其特征在于，步骤3. 5完成后，继续以下步骤，进行实测振型的检验 根据结构动力学，依次可得第I阶模态振型，第2阶模态振型，第3阶模态振型，……，第r阶模态振型……，第N'阶模态振型的频响函数如公式(I)所示
全文摘要
一种路面及桥面铺装材料阻尼特性参数的测试方法。其主要目的在于精确地测出路面或桥面铺装材料的阻尼比。其实现步骤为根据实测数据计算确定阻尼测试时需考虑的车辆荷载激振的时间频率范围，取铺装材料长梁，并用有限元方法计算得到铺装材料长梁在车辆荷载激振时间频率范围内的所有模态振型，及其各自对应的无阻尼自振频率。对计算得到的各阶模态振型进行测试，获取各阶模态振型对应的激振信号和响应信号。根据所获得的激振信号和响应信号计算得到各阶模态振型的频响函数，并绘制各阶模态振型的频响函数幅值与频率的关系曲线，确定各阶模态振型的阻尼自振频率，从而计算出各阶模态振型对应的阻尼比。
文档编号G01N29/12GK102621225SQ20121009686
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者何铁军, 夏井新, 张宁, 张晓春, 张磊, 朱浩然, 毕建新, 涂永明, 王华荣, 王文炜, 郭建华, 钱振东, 闵召辉 申请人:东南大学