一种道路弯沉值动态测量方法及弯沉值测量装置与流程

本发明涉及道路弯沉值测量领域中的道路弯沉值动态测量方法及弯沉值测量装置。

背景技术：

弯沉值是指荷载对路基/路面作用前后，路基/路面发生变形的大小，用1/100毫米作计算单位。

回弹弯沉是指在规定的标准轴载b22—100作用下，路基、路面表面轮隙位置产生的垂直回弹变形值。贝克曼梁是常见的一种回弹弯沉值测量装置，贝可曼梁由铝合金制成，其包括梁身和用于支撑梁身的支座，支座前侧的梁身称为前臂，支座后侧的梁身称为后臂，通常前臂与后臂的长度比为2:1，前臂的端部设置有测头，前臂的长度一般为2.4米或3.6米，长度为3.6米的贝克曼梁适用于各种类型的路面结构回弹弯沉的测试，长度为2.4米的贝克曼梁适用于柔性基层沥青路面回弹弯沉的测试。

对道路测试时，加载车停于测试路段的测试位置上，加载车为单后轴、单侧双轮组的载重车，将支座置于地面上，将贝克曼梁的测头插入加载车的后轮轮隙处，梁臂不接触轮胎，贝克曼梁的测头置于轮隙中心前方的30~50mm处测点上，车辆后轮对路面施压，使得路面产生一个弯沉盆，而前臂的长度存在使得支座处于弯沉盆之外，即支座所对应的路面没有产生弯沉变形，将百分表安装在后臂尾端的测定杆顶面，指挥加载车前进，百分表示值随路面变形持续增加，当示值最大时，迅速读取读数l1，加载车继续前进，示值开始反向变化，待加载车行驶至远离弯沉影响范围之外时，百分表示值稳定后，读取百分表读数l2，则回弹弯沉值lt=（l1-l2）*2。现有的这种贝可曼梁检测回弹弯沉值的方法主要存在以下问题：每个路段测试之初，都需要加载车停于测试路段上，l1值测量后，加载车朝前移动一段距离后，还是要停于测试路段上，也就是说整个测量过程是一个静态的测量过程，这就导致现有的弯沉值测量方法只能在无其它车辆行驶中的路况中使用，比如说要对道路弯沉值进行测量时，需要提前进行封路，非常的影响交通，无法应用到已经开放的有其它车辆使用的路况中。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可以应用于开放道路中，在加载车行驶过程中对道路弯沉值进行检测的道路弯沉值动态测量方法；本发明的目的还在于提供一种该道路弯沉值动态测量方法中使用的弯沉值测量装置。

为解决上述技术问题，本发明中道路弯沉值动态测量方法的技术方案如下：

一种道路弯沉值动态测量方法，加载车带着弯沉值测量装置由后至前行驶，加载车的后轮为单侧双轮结构，弯沉值测量装置包括多个沿前后方向等间距间隔布置的用于路面对应位置弯沉量测量的测量点，各测量点分别为位置靠后的尾端测量点、位置靠前的首端测量点和位于尾端测量点和首端测量点之间的至少一个中间测量点，

第一步，下放弯沉值测量装置至路面，加载车的后轮的轮隙中心与首端测量点位置对应时，各测量点分别测量路面对应位置处的弯沉量，由后至前各测量点所测得的弯沉量分别记为a1、a2……an，相邻两个测量点之间前后方向上的水平位移量为l，

第二步，加载车的后轮的轮隙中心相对首端测量点朝前移动l距离时，记录各测量点分别测量路面对应位置处的弯沉量，由后至前各测量点所测得的弯沉量分别为b1、b2……bn，则路面的弯沉值=（a1-b1）+（a2-b2）+……（an-bn）。

在所述第一步中，加载车的后轮的轮隙中心与首端测量点对应时，尾端测量点位于加载车的后轮对路面的弯沉影响范围之内。

在所述第二步中，加载车的后轮的轮隙中心相对首端测量点朝前移动l距离时，尾端测量点位于加载车的后轮对路面的弯沉影响范围之外。

本发明中弯沉值测量装置的技术方案为：

弯沉值测量装置，包括装置架，装置架上设置有多个沿前后方向等间距间隔布置的用于路面对应位置弯沉量测量的测量点，各测量点分别为位置靠后的尾端测量点、位置靠前的首端测量点和位于尾端测量点和首端测量点之间的至少一个中间测量点。

尾端测量点距离首端测量点之间的间距小于相应车轮对路面的弯沉影响半径。

相邻两个位移测量点的水平方向间距为l，尾端测量点距离首端测量点之间的间距和l之和大于相应车轮对路面的弯沉影响半径。

本发明的有益效果为：本发明中，道路的弯沉值测量过程中，加载车一直处于行驶过程中，首先将弯沉值测量装置下放至路面，弯沉值测量装置需要进行两次的测量，第一次，加载车的后轮的轮隙中心与首端测量点位置对应时，由后至前各测量点所测得的弯沉量分别记为a1、a2……an，当加载车的后轮的轮隙中心相对首端测量点朝前移动l距离时，进行第二次的弯沉值测量，由后至前各测量点所测得的弯沉量分别为b1、b2……bn，则路面的弯沉值=（a1-b1）+（a2-b2）+……（an-bn）。当第二次测量结束后，就可以将弯沉值测量装置提起，不影响加载车的正常行驶，因此可以在加载车的行驶过程中，完成弯沉值的动态测量，不需对道路进行封闭，非常的方便。

附图说明

图1是本发明中道路弯沉值动态测量方法的实施例1中弯沉值测量装置未落地时，加载车与弯沉值测量装置的配合示意图；

图2是实施例1中弯沉值测量装置落地后第一次测量时的状态示意图；

图3是实施例1中弯沉值测量装置落地后第二次测量时的状态示意图；

图4是实施例1的弯沉值测量原理图；

图5是图1中弯沉值测量装置的结构示意图；

图6是本发明中道路弯沉值动态测量方法的实施例2中弯沉值测量装置未落地时，加载车与弯沉值测量装置的配合示意图；

图7是实施例2中弯沉值测量装置落地后第一次测量时的状态示意图；

图8是实施例2中弯沉值测量装置落地后第二次测量时的状态示意图；

图9是实施例2中弯沉值测量装置的结构示意图；

图10是实施例2中梁身上的铰接轴与支座的配合示意图；

图11是本发明中道路弯沉值动态测量方法的实施例3中弯沉值测量装置未落地时，加载车与弯沉值测量装置的配合示意图；

图12是实施例3中弯沉值测量装置落地后第一次测量时的状态示意图；

图13是实施例3中弯沉值测量装置落地后第二次测量时的状态示意图；

图14是实施例3中弯沉值测量装置的结构示意图；

图15是实施例3中俯视方向上弯沉值测量装置与后轮的配合示意图。

具体实施方式

一种道路弯沉值动态测量方法的实施例1如图1~5所示：加载车1带着弯沉值测量装置9由后至前行驶过程中，加载车1的后轮为单侧双轮结构16，加载车为现有技术，其具体结构不再详述。弯沉值值测量装置装置架，装置架包括沿前后方向延伸的梁身10和设置于梁身靠后位置的支座11，梁身10与支座11铰接相连，梁身10的前端插于单侧双轮结构的轮隙中（图中隐藏了双轮结构的一个轮），加载车1上设置有用于提升梁身高度的梁身提升机构，梁身提升机构包括卷筒4，卷筒由卷筒电机驱动，卷筒上缠绕有同步升降的前侧拉绳3和后侧拉绳5，加载车上设置有供前侧拉绳3绕经换向的前侧换向滑轮2和供后侧拉绳5绕经换向的后侧换向滑轮6。前侧换向滑轮2、后侧换向滑轮6和卷筒均安装于一个悬臂7上，悬臂7的前端固定于加载车的车身上。悬臂的下侧沿前后方向导向移动装配有随动滑块31，支座11上固定有竖向布置的导向杆32，导向杆的上端与对应随动滑块31在上下方向导向移动配合，导向杆为一个方形杆。由于导向杆的存在，高度提升机构在上下提升支座时，可以保持梁身的稳定性，避免梁身来回扭转，保证测量杆不会发生左右扭转而与触碰到对应的后轮。

梁身上于支座的前侧设置有多个等间距竖向布置的位移测量部件，在本实施例中各位移测量部件均由百分表构成，各位移测量部件分别构成用于路面对应位置处完成量测量的测量点，相邻两个测量点之间的水平间距l，各位移测量部件分别为位置靠后的尾端位移测量部件17、位置靠前的首端位移测量部件14和位于尾端位移测量部件17和首端位移测量部件14之间的多个中间位移测量部件12。梁身上还设置有用于检测梁身倾斜角度的角度测量装置，角度测量装置包括设置于梁身的前端的测头15，角度测量装置还包括设置于梁身尾部的用于检测梁身尾部高度变化的梁身位移测量部件，本实施例总的梁身位移测量部件为一个尾部百分表8，当测头与路面接触时，梁身发生倾斜，通过尾部百分表8的示值变化可以检测出梁身尾端的高度变化，这样就可以计算出梁身的倾斜角度。假定梁身与水平方向的倾斜夹角为θ，尾端位移测量部件的百分表示值为a1，在水平方向上，尾端位移测量部件距离支座铰接点的前后方向位移量为l，l=cosθ*l，l表示尾端位移测量部件距离支座铰接点之间的梁身长度，则尾端位移测量部件的弯沉量a1=l*tanθ+a1。当然由于路面的弯沉值较小，基本都在1mm以内，因此由于路面弯沉而导致的θ值也很小，在本发明的其它实施例中，当检测精度不要求那么高时，角度测量装置也可以不设。

当后轮的轮隙中心位置与首端测量点14相对应时，尾端测量点17处于后轮的弯沉影响范围之内，支座和支座后侧的尾部百分表均处于后轮的弯沉影响范围之外。

加载车1带着弯沉值测量装置由后之前行驶过程中，加载车的后轮对路面施压而使得路面产生弯沉盆25，在需要对被测路段进行弯沉值测量时，第一步，下放弯沉值测量装置至路面，如图2所示，加载车的后轮的轮隙中心与首端测量点14位置对应时，尾端测量点17处于加载车的后轮对路面产生的弯沉影响范围内，加各测量点分别测量路面对应位置处的弯沉量，由后至前各测量点所测得的弯沉量分别记为a1、a2……an，a值的具体计算方法可以参见上述内容，n表示大于3的正整数，在本实施例中，n为19，在水平方向上，相邻两个测量点之间的前后方向水平位移量为l，

第一步中，如何实现加载车的后轮的轮隙中心与首端测量点位置对应，可以通过以下两种方式来实现，第一种，弯沉值测量装置9未与地面接触时，首端测量点14就处于轮隙中心的正上方，随着弯沉值测量装置的下落，首端测量点的百分表与地面接触时，直接读数即可；第二种，弯沉值测量装置未与地面接触时，首端测量点处于轮隙中心位置的前方3~5cm，随着完成值测量装置的下落，首端测量点的百分表与地面接触，首端测量点的百分表示值会先由小变大再由大变小，记录首端测量点的百分表的最大示值，同时在首端测量点的最大示值时刻，记录其它测量点的百分表读数。第一步中，弯沉值测量装置下放至路面后，前侧拉绳、后测量拉绳处于松脱状态，以避免加载车朝前移动时带着弯沉值测量装置一起朝前移动。

第二步，加载车的后轮的轮隙中心相对首端测量点朝前移动l水平位移时，尾端测量点17处于加载车的后轮对路面产生的弯沉影响范围之后，记录各测量点分别测量路面对应位置处的弯沉量，由后至前各测量点所测得的弯沉量分别为b1、b2……bn，则路面的弯沉值=（a1-b1）+（a2-b2）+……（an-bn）。

加载车的后轮对路面的弯沉影响范围是指，对于柔性基层沥青路面而言，弯沉影响范围为2.4米以内，对于各种类型的路面结构，弯沉影响范围不会超过3.6米，在本实施例中支座与梁身相连的铰点距离首端测量点之间的距离为2.4米，也就是说，当首端测量点与加载车的后轮的轮隙中心位置对应时，支座处于加载车的后轮的弯沉影响范围之外，而尾端测量点则处于加载车的后轮的弯沉影响范围之内，当加载车朝前移动距离l时，则尾端测量点处于加载车的后轮的弯沉影响范围之外的后侧。在本发明的其它实施例中，当应用于其它路面弯沉值检测时，支座与梁身相连的铰点距离首端测量点之间的距离还可以为3.6米。

该动态测量方法的测量原理如图4所示，图中实线26表示第一时刻，后轮对路面所碾压出来的弯沉盆，虚线27表示第二时刻，后轮对路面所碾压出来的弯沉盆，本发明中通过两个时刻的弯沉值测量，加载车的后轮的轮隙中心与首端测量点位置对应时，这是第一时刻，首端测量点测得弯沉盆盆底弯沉量，由后至前，其它测量点分别测量到弯沉盆对应位置的弯沉量a1、a2……an，当车辆继续朝前移动l位移时，到达第二时刻，相当于整个弯沉盆朝前整体平移l位移，经过这个时间差后，弯沉盆上与各测量点相对应的位置都会产生回弹，此时各测量点所对应的弯沉量b1、b2……bn，则bn-an表示由第一时刻到第二时刻，弯沉盆的盆底所产生的回弹量，其它的两个时刻的弯沉量差值则代表，弯沉盆的其它对应位置，由第一时刻到第二时刻，产生的弯沉回弹量，（a1-b1）+（a2-b2）+……（an-bn）就构成了路面的弯沉值，第二时刻测量后，就可以通过梁身提升机构将弯沉值测量装置整体提离路面，不会影响车辆的正常行走，而由第一时刻到第二时刻，车辆的整体位移量较小，因此只要前侧拉绳、后侧拉绳稍微保持松脱状态，加载车的朝前移动行走就不会影响到弯沉值测量装置，在第二时刻测量弯沉后，再通过前侧拉绳、后侧拉绳将弯沉值测量装置提起即可，不影响加载车的正常前进。

在本发明中其它实施例中：中间位移测量部件的个数还可以根据需要进行设置，比如说两个、三个、四个或其它个数；梁身位移测量部件还可以是激光位移传感器；角度测量装置还可以是一个角度仪。

一种道路弯沉值动态测量方法的实施例2如图6~10所示：该是实施例中，弯沉值测量装置由弯沉梁9构成，弯沉梁9的装置架包括支座11，支座11上通过四个铰接结构分别铰接有四个长度沿前后方向延伸的梁身10，铰接结构包括设置于支座上的轴线沿左右方向延伸的铰接孔和设置于梁身上的与对应铰接孔转动配合的铰接轴37，各梁身沿上下方向顺序布置，各梁身的长度由上至下逐渐变短。针对各梁身而言，支座前侧的梁身部分为前臂10-1，支座后侧的梁身部分为后臂10-2，前臂长度是后臂长度的两倍，各前臂的前端均设置有测头，各后臂的尾端均设置有用于检测对应后臂高度变化的位移测量部件36，在本实施例中，位移测量部件为百分表。本发明的四个梁身类似于现有技术中的四个贝克曼梁集成在一起，相邻两个测头之间的水平间距均相等，定义该间距长度为l，各测头分别为位置靠前的首端测头33、位置靠后的尾端测头34和位于首端测头与尾端测头之间的中间测头35，支座11距离首端测头33之间的间距大于后轮对待测道路13的弯沉影响半径，尾端测头34距离首端测头33之间的间距和l之和大于后轮对待测道路的弯沉影响半径，尾端测头34距离首端测头33之间的间距小于后轮对待测道路的弯沉影响半径。尾端测头距离支座之间的水平间距也为l。图中项25表示被道路被后轮影响而压出的弯沉盆，弯沉盆的前后方向半径即为弯沉影响半径。

加载车上设置有用于提升弯沉梁高度的高度提升机构，高度提升机构包括卷筒4，卷筒由卷筒电机驱动，卷筒上缠绕有拉绳30，加载车1上设置有供拉绳绕经换向的拉绳换向滑轮6，拉绳30的下端与支座11相连。拉绳换向滑轮6和卷筒均安装于一个悬臂7上，悬臂7的前端固定于加载车的车身上。

高度提升机构可以升起支座，从而使得支座脱离地面和落于地面上，在本实施例中为避免支座脱离地面时，各梁身的前端朝下翻转而影响加载车的正常行驶，各梁身的铰接轴37上固定有铰接轴挡块38，支座上于铰接轴挡块的上下两侧固定有上侧支座挡块39和下侧支座挡块40，上侧支座挡块39、下侧支座挡块40用于与铰接轴挡块38挡止配合，以限制对梁身的转动范围，在本实施例中，各梁身的转动范围在3度以内，该转动角度范围内，足以实现梁身对相应道路的弯沉值测量，因为道路的弯沉值基本都在1mm以内，梁身所需的转动角度很小，在支座被提起后，也不至于梁身的前臂过渡下翻而导致测头与地面接触。

悬臂的下侧沿前后方向导向移动装配有一个随动滑块31，支座上固定有竖向布置的导向杆32，导向杆的上端与随动滑块31在上下方向导向移动配合，导向杆为一个方形杆。由于导向杆的存在，高度提升机构在上下提升支座上，可以保持支座的稳定性，避免支座来回扭转，保证各梁身不会发生左右扭转而与触碰后轮。

其测量过程为：车辆行驶过程中，使用弯沉梁对道路的两个时刻进行弯沉值测量，本发明中通过两个时刻的弯沉值测量，加载车的后轮16的轮隙中心与首端测头位置对应时，这是第一时刻，首端测头测得弯沉盆盆底弯沉量，由后至前，各测头分别测量到弯沉盆对应位置的弯沉量a1、a2……an，本实施例中n=4，当车辆继续朝前移动l位移时，到达第二时刻，相当于整个弯沉盆朝前整体平移l位移，经过这个时间差后，弯沉盆上与各测量点相对应的位置都会产生回弹，此时各测量点所对应的弯沉量b1、b2、b3和b4，则b4-a4表示由第一时刻到第二时刻，弯沉盆的盆底所产生的回弹量，其它的两个时刻的弯沉量差值则代表，弯沉盆的其它对应位置，由第一时刻到第二时刻，产生的弯沉回弹量，（a1-b1）+（a2-b2）+……（an-bn）就构成了路面的弯沉值，第二时刻测量后，就可以通过提升机构将弯沉梁整体提离路面，不会影响车辆的正常行走，而由第一时刻到第二时刻，车辆的整体位移量较小，因此只要拉绳稍微保持松脱状态，随动滑块会沿悬臂朝后随动，加载车的朝前移动行走就不会影响到弯沉值测量装置，在第二时刻测量弯沉后，再通过拉绳将弯沉值测量装置提起即可，不影响加载车的正常前进。本发明中的每个点的a值、b值的获得与现有技术中贝可曼梁的获得方式一致，其具体如下：当梁身处于水平位置时，记录对应百分表的示值h1，h1为已知值，当梁身的前端测头与地面接触时，记录对应百分表的示值h2，则测头所对应位置的道路的弯沉值a值、b值=（h2-h1）*2。

在本发明的其它实施例中，百分表还可以被其它位移测量部件所代替，比如说千分表、激光位移传感器等；尾端测头距离支座之间的距离也可以不是l，中间测头的个数还可以根据需要进行设置，比如说一个、三个或更多；各梁身的铰接轴也可以在竖向同一直线上；当然各梁身的铰接轴线也可以同轴线布置；支座还可以包括四个彼此独立的支座单元，各梁身分别铰接于对应的支座单元上。

一种道路弯沉值动态测量方法的实施例3如图11~15所示：该实施例中，弯沉值测量装置由弯沉梁9构成，弯沉梁9的装置架包括框架结构的梁身，梁身包括左右间隔布置的两个长度沿前后方向延伸的测量杆6，各测量杆6的前端分别伸入对应后轮的轮隙中，两个测量杆的前端通过v型架5连接，两个测量杆6的后端通过连接杆11连接，梁身上设置有使用时处于左侧后轮、右侧后轮的弯沉影响范围之外的第一支腿7、第二支腿10和第三支腿8，第一支腿7、第二支腿10和第三支腿8呈三角形分布，在本实施例中，第一支腿7、第二支腿10分别设置于对应测量杆6的后端，第三支腿8设置于v型架5的前端。

各测量杆6上均设置有多个沿前后方向等间距间隔布置的位移测量部件，在本实施例中，各位移测量部件均为百分表，定义相邻两个位移测量部件之间的间距为l，位移测量部件的个数为19个，将位置靠前的位移测量部件称为首端位移测量部件14，位置靠后的位移测量部件称为尾端位移测量部件17，处于首端位移测量部件和尾端位移测量部件之间的多个位移测量部件均称为中间位移测量部件12。前后方向上，尾端位移测量部件17与首端位移测量部件14之间的间距小于车轮对待测道路的弯沉影响半径；相邻位移测量部件之间的水平间距为l，首端位移测量部件14、尾端位移测量部件17的间距和l之和大于车轮对待测道路的弯沉影响半径。图中项20表示道路被后轮影响而压出的弯沉盆，弯沉盆的前后方向半径即为弯沉影响半径；项21表示未被弯沉影响的道路区域。

加载车上设置有用于提升弯沉梁高度的高度提升机构，高度提升机构包括卷筒4，卷筒由卷筒电机驱动，卷筒上缠绕有左侧拉绳3和右侧拉绳，左侧拉绳与左侧的测量杆相连，右侧拉绳与右侧的测量杆相连，加载车1上设置有供对应拉绳绕经换向的拉绳换向滑轮2。拉绳换向滑轮2和卷筒4均安装于一个悬臂7上，悬臂7的前端固定于加载车的车身上。悬臂的下侧沿前后方向导向移动装配有两个左右布置的随动滑块31，梁身的两个测量杆上均固定有竖向布置的导向杆32，导向杆的上端与对应随动滑块31在上下方向导向移动配合，导向杆为一个方形杆。由于导向杆的存在，高度提升机构在上下提升梁身上，可以保持梁身的稳定性，避免梁身来回扭转，保证各测量杆不会发生左右扭转而与触碰到对应的后轮。

其测量过程为：车辆行驶过程中，使用弯沉梁对道路的两个时刻进行弯沉值测量，本发明中通过两个时刻的弯沉值测量，加载车的后轮16的轮隙中心与首端位移测量部件位置对应时，这是第一时刻，首端位移测量部件测得弯沉盆盆底弯沉量，由后至前，各测头分别测量到弯沉盆对应位置的弯沉量a1、a2……an，本实施例中n=19，当车辆继续朝前移动l位移时，到达第二时刻，相当于整个弯沉盆朝前整体平移l位移，经过这个时间差后，弯沉盆上与各测量点相对应的位置都会产生回弹，此时各测量点所对应的弯沉量b1、b2、……bn，则bn-an表示由第一时刻到第二时刻，弯沉盆的盆底所产生的回弹量，其它的两个时刻的弯沉量差值则代表，弯沉盆的其它对应位置，由第一时刻到第二时刻，产生的弯沉回弹量，（a1-b1）+（a2-b2）+……（an-bn）就构成了路面的弯沉值，第二时刻测量后，就可以通过提升机构将弯沉梁整体提离路面，不会影响车辆的正常行走，而由第一时刻到第二时刻，车辆的整体位移量较小，因此只要拉绳稍微保持松脱状态，随动滑块会沿悬臂朝后随动，加载车的朝前移动行走就不会影响到弯沉值测量装置，在第二时刻测量弯沉后，再通过拉绳将弯沉值测量装置提起即可，不影响加载车的正常前进。本发明中三个支腿始终处于后轮的弯沉影响之外，因此使得梁身形成一个稳定的测量基准，保证各位移测量部件测量的稳定性。

在本发明的其它实施例中，百分表还可以被其它位移测量部件所代替，比如说千分表、激光位移传感器等；中间位移测量部件的个数还可以根据需要进行设置，比如说两个、三个或其它个数；测量杆也可以只有一个；支腿的个数也可以根据需要进行选择，比如说一个支腿、两个支腿、四个支腿或其它个数的支腿，只要能保证梁身不倾倒即可。

弯沉值测量装置的实施例如图1~15所示：弯沉值测量装置的具体结构与上述各道路弯沉值动态测量方法实施例中所述的弯沉值测量装置相同，在此不再详述。