一种实测路面结构层轴载作用位置、层底最大应变及轴载速度的方法与流程

本发明涉及道路工程领域，具体提供一种实测路面结构层轴载作用位置、层底最大应变及轴载速度的方法。

背景技术：

结构层底力学响应状态是沥青路面结构设计中重要影响因素。目前结构层底力学响应状态的监测一般通过在试验路段的结构层底埋设沥青应变计，当车辆驶过应变计上方时，触发数据采集器进行采集并记录下来。路面结构设计时通常以最不利状态为设计标准，因此需要获得车辆荷载通过沥青应变计正上方时的应变数据，即轴载作用位置的应变，此时结构层底应变响应最大。然而车辆荷载驶过时并非总是作用在沥青应变计正上方，而是会出现不同程度的偏移，导致数据采集器采集到的应变并非总是荷载作用位置处的层底最大应变。一般对此种情况的解决办法是在埋设沥青应变计时配套埋设轴位置传感器，以采集车轮荷载的偏移，通过车轮偏移与应变的相关关系推算荷载作用位置处的应变。但是在实践应用中，大部分情况下限于经济或者技术条件，路面结构层底部并不埋设轴位置传感器，此时便较难获得结构层底车轮轴载作用位置及结构层底最大应变。

同时，根据时温等效原理原理可知路面结构层内部响应受行车速度影响显著，目前在结构层动力响应测试中，车速一般通过读取检测车辆的速度仪表盘获取，此速度值目前存在精确度较低的问题。

技术实现要素：

本发明的技术任务是针对上述现有技术的不足，提供一种实测路面结构层轴载作用位置的方法。

本发明进一步的技术任务是提供一种实测路面结构层底最大应变的方法。

本发明更进一步的技术任务是提供一种实测车辆轴载速度的方法。

本发明所有描述中，均以路线行驶方向为纵向，以垂直于路线行驶方向为横向。

本发明所述传感器用于测定路面结构层应变值，可选用现有技术中任意一种沥青应变计，如电阻式应变计、光栅式应变计等。

本发明实测路面结构层轴载作用位置的方法的特点是利用弹性层状理论体系计算结构层底应变比，通过应变比计算车辆轴载作用位置，包括以下步骤：

1)计算车轮轴载作用于路面上两传感器之间的不同位置时，各传感器位置处的应变εi1，εi2及应变比ri，此时，车轮荷载和任一传感器之间的距离为si(i＝1、2……n)，

n为正整数，指车轮轴载作用于路面上两传感器之间不同位置的位置个数；

2)将应变比ri与车轮轴载和任一传感器之间的距离si进行曲线拟合，得到拟合方程；

3)将实测应变比代入拟合方程得到轴载作用位置s0。

作为优选，步骤1)中各传感器的埋设方向均与车轮轮迹线方向平行，即纵向安装。

进一步的，两传感器埋设于车辆轮迹线上，且沿横向成对布设，两传感器横向间距为60cm-80cm。

n优选为不大于8的正整数，如为1、2、3、4、5、6或7。

本发明的实测路面结构层底最大应变的方法的特点是，利用弹性层状理论体系计算与车辆轴载作用位置不同距离处的结构层应变与最大应变的关系，从而获得结构层底最大应变，包括以下步骤：

1)～3)通过上述方法计算得到轴载作用位置s0；

4)计算车轮轴载作用于某一传感器正上方时，距此传感器不同距离sj(j＝1、2、……n’)处的应变值εj及其与荷载作用处应变的比值rj,n’为正整数；

5)将距此传感器的距离sj与步骤4)中的比值rj进行曲线拟合，得到拟合方程；

6)利用步骤3)得到的轴载作用位置s0和步骤5)得到的拟合方程，得到轴载作用位置为s0时，此传感器位置处的应变值与轴载作用位置处的应变值之比r0；

7)将实测此传感器位置处的应变ε实测代入步骤6中的应变值之比r0，得到轴载作用位置处即结构层底最大应变ε0。

作为优选，步骤4)中n’为不大于8的正整数，如为1、2、3、4、5、6或7。

以距此传感器不同距离处为测算点时，相邻测算点的间距可随机设定，也可等间距设定。

等间距设定时，sj＝(j-1)x，x＝5-25cm，且(j-1)x不大于两传感器的横向间距。

本发明实测车辆轴载速度的方法的特点是通过截取有效波形并获得车辆相邻轴通过的时间间隔，结合相应轴间距获得车辆轴载速度，包括以下步骤：

1)～7)通过上述方法计算得到结构层底最大应变ε0；

8)在实测获得的电压信号波形中截取车辆轴载经过时产生的有效波形；

9)对波形中的相邻波峰发生的时刻进行读数，相减得到间隔时间t；

10)实测车辆对应步骤9)中波峰的两轴之间的距离s，

11)步骤10)中的距离与步骤9)中的时间间隔t相除即可得到车辆轴载速度。

本发明计算方法利用弹性层状理论体系的获得路面结构层车辆轴载作用位置及层底最大应变，通过截取有效波形并获得车辆相邻轴通过的时间间隔，结合相应轴间距获得车辆轴载速度，与现有技术相比具有以下突出的有益效果：

(一)解决了路面结构层内部无轴位置传感器时，无法准确荷载作用位置、结构层底最大应变及车辆轴载速度的技术问题，填补了目前的技术空白。

(二)利用原有沥青应变计即可实现结构层轴载作用位置、层底最大应变及轴载速度的准确测定，成本低、快速简单、高效准确。

附图说明

附图1为实施例获得车辆轴载作用位置的原理图。

附图2为实施例载荷作用位置与应变比值ri关系曲线。

附图3为实施例获得结构层底最大应变的原理图。

附图4为实施例中应变比rj与载荷作用位置关系曲线。

附图5为实施例中车辆轴载经过时产生的有效波形图。

图中1.传感器、2.车轮荷载、3.车辆行驶轮迹线。

具体实施方式

参照说明书附图以具体实施例对本发明的实测路面结构层轴载作用位置、层底最大应变及轴载速度的方法作以下详细地说明。

实施例：

如附图1所示，某试验路结构层底埋设了传感器1，但是未埋设轴位置传感器。

沿横向成对布设的两个传感器1，其埋设方向均与路线行驶方向平行，且均位于车辆轮迹线3上，两传感器1的横向间距a＝60cm。

车轮荷载2在成对传感器1之间驶过，高频数据采集系统采集到两纵向传感器1位置处的应变响应，但是由于车轮荷载2并未通过任意一个传感器1的正上方，因此采集到的应变响应并不是车轮荷载2作用位置处的应变响应。而路面结构组合设计及路用性能分析预测中均应以最不利状态为准，因此需要获取结构层底的最大应变，即车轮荷载作用位置处的应变。

以本发明的实测路面结构层轴载作用位置、层底最大应变及轴载速度的方法中的计算步骤进行计算：

1)根据弹性层状理论体系，当车轮荷载2作用于路面上纵向成对传感器1之间的某一位置时(如附图1所示)，此时车轮荷载2和任一传感器的距离为si(i＝1,2,3,4,5,6,7)，计算车轮两侧传感器1所在位置处的应变εi1，εi2，得到两应变的比值ri；。

2)将距离si与应变比值ri进行曲线拟合，得到拟合方程(如附图2所示)；

3)将实测车轮两侧传感器1处的应变比值0.416代入拟合方程，得到车轮荷载到此传感器的距离s0为0.46m，即车辆轴载位置——获得车辆轴载作用位置；

4)当车轮荷载2作用于纵向成对传感器1中的任意一个传感器的正上方(如附图3所示)，此时结构层底应变为最大值εmax，根据弹性层状理论体系，计算距此传感器不同距离sj(i＝1,2,3,4,5,6,7)处的应变值εj，进一步得到应变值εj与最大应变值εmax的比值rj；

本实施例中，相邻测算点间距为10cm，sj＝10(j-1)。

5)将距离sj与应变比值rj进行曲线拟合，得到拟合方程(如附图4所示)；

6)将步骤3)计算所得的轴作用位置s0(0.46m)代入拟合方程，得到车轮荷载作用于位置s0时，此传感器位置处的应变与最大应变的应变比r0为0.14；

7)将实测此传感器位置处的应变13.40除以应变比r0，得到车轮荷载作用位置处s0的应变ε0为96.29——获得结构层底最大应变；

8)在实测获得的电压信号波形中截取车辆轴载经过时产生的有效波形(如附图5所示)；

9)对波形中的相邻波峰发生的时刻进行读数，相减得到间隔时间t＝0.112s；

10)实测车辆对应步骤9)中波峰的两轴之间的距离s＝1.36m；

11)步骤10)中的距离s与步骤9)中的时间间隔t相除即可得到车辆轴载速度41.7km/h——获得车辆轴载速度。