CN103074845B - 一种刚性路面弯沉测试装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚性路面弯沉测试装置及其测试方法。该装置包括贝克曼梁，设置在贝克曼梁前端的探头，设置在贝克曼梁中部的支座，用于固定支座高度可调的主三脚架；以及设置在贝克曼梁后端的百分表，固定百分表的仪表架，用于固定仪表架的高度可调的副三脚架。该方法包括以下步骤：首先，将主三脚架、副三脚架架设于刚性路面板以外的土路肩或路基以外的地方，贝克曼梁伸入刚性路面，贝克曼梁前端探头置于路面测试点；然后，调整主三脚架、副三脚架、探头，保持贝克曼梁水平；最后，在刚性路面上用测试车静态加载,或以一定行驶速度对测试点动态加载，读取百分表读数，即得刚性路面静态回弹弯沉值或动态回弹弯沉值,同时绘制出刚性路面弯沉盆。

Description

一种刚性路面弯沉测试装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及刚性路面结构设计参数的获取及刚性路面检测领域，特别涉及一种刚性路面弯沉测试装置及其测试方法。

技术背景

目前，国内外路面弯沉测试方法主要有：贝克曼梁法(路面回弹弯沉)，自动弯沉仪法（路面总弯沉)，落锤式弯沉仪法（路面动态弯沉）。各种测试方法的使用条件及使用范围如下：

（1）贝克曼梁法适用于测定路基、沥青路面的回弹弯沉值。沥青路面的弯沉以标准温度20℃时为准，在其他温度(超过20℃±2℃范围)测试时，对厚度大于5cm的沥青路面，弯沉值应给予温度修正。若在非不利季节测定时，应考虑季节影响系数。

当采用长度为3.6m的弯沉仪对半刚性基层沥青路面、水泥混凝土路面等进行弯沉测定时，有可能引起弯沉仪支座处变形，因此，测定时应检验支点有无变形。目前使用的修正方法是：应用另一台检验用的弯沉仪安装在测定用的弯沉仪的后方，其测点架于测定用弯沉仪的支点旁。当汽车开出时，同时测定两台弯沉仪的弯沉读数，如检验用弯沉仪百分表有读数，即应该记录并进行支点变形修正。当在同一结构层上测定时，可在不同的位置测定5次，求平均值，以后每次测定时以此作为修正值，支点变形修正的原理如图1所示。进行弯沉仪支点变形修正时，路面测点的回弹沉值按下式计算：

LT=(L1-L2)×2+(L3-L4)×6

（2）自动弯沉仪用于测定路面总弯沉，其与贝克曼梁测定的回弹弯沉有所不同。可通过自动弯沉仪测量的总弯沉与贝克曼梁测量的回弹弯沉对比试验，得到两者相关关系式，换算为回弹弯沉，用于路基、路面强度评定。自动弯沉仪适用于测定路基、沥青路面的总弯沉值。

（3）落锤式弯沉仪((Falling Weight Deflectometer，简称FWD))模拟行车作用的冲击荷载下的弯沉测量，可测定路面的动态弯沉，并可绘制路面弯沉盆。FWD自动弯沉仪的测试值与贝克曼梁测试值可以通过公式换算。

贝克曼梁结构简单，操作便捷，目前在路面回弹弯沉测量领域采用广泛。路基或柔性基层沥青路面弯沉影响半径在2.5m范围以内，半刚性基层沥青路面结构，弯沉影响半径达3～5m，对水泥混凝土等刚性路面，路面弯沉盆范围更大。因此，贝克曼梁法测量路面回弹弯沉时仪器支座受到路面弯沉盆的影响，尤其对水泥混凝土等刚性路面，路面弯沉盆范围较大，贝克曼梁支座往往座落在弯沉盆内，导致测量结果失真,所测路面回弹弯沉出现“假小”的现象。

目前，我国路面设计及检测的标准方法及基本参数均建立在贝克曼梁法之上。贝克曼梁法经济、简洁，可以直接测得路面回弹弯沉。在今后相当长时间内，贝克曼梁法在测量路面弯沉检领域将仍将占据主导地位。但是，现有贝克曼梁技术存在以下缺陷：（1）通常仅能测得静态汽车荷载作用下路面的单点最大回弹弯沉值，无法反映路面结构在行车荷载作用下的动力特性和整个弯沉盆形状；（2）随着路面等级及强度的提高，弯沉盆半径会增大。其采用的是杠杆工作原理，当弯沉盆范围较大时，支点处变形对测试结果有明显的影响；（3）仅测量路面单点最大回弹弯沉值不能反映运动车辆对路面的动力作用，无法测得路面动态弯沉值。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种刚性路面弯沉测试装置及其测试方法，能够准确、便捷地测量刚性路面静态回弹弯沉，绘制刚性路面弯沉盆，同时也能够测量刚性路面动态弯沉值。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

（1）一种刚性路面弯沉测试装置，其特征在于，包括贝克曼梁，设置在贝克曼梁前端的探头，设置在贝克曼梁中部的支座，用于固定支座的高度可调的主三脚架；以及设置在贝克曼梁后端的百分表，固定百分表的仪表架，用于固定仪表架的高度可调的副三脚架。

上述技术方案的特点和进一步改进在于：

所述支座包含有与所述主三脚架连接的固定板，通过三个调平螺钉设置在固定板上的调平板，固定在调平板上的支铰；所述支铰支承所述贝克曼梁；所述调平板上设置有管状水准泡。

所述探头为方筒，方筒的探测端为斜面，该斜面和方筒的外侧面的相交线构成探测线；所述方筒沿其纵向设置有用于分级调高的多个安装孔。

（2）基于上述刚性路面弯沉测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将主三脚架、副三脚架架设于刚性路面板以外的土路肩或路基以外的地方，贝克曼梁前端伸入刚性路面，贝克曼梁前端的探头置于路面测试点；然后，调整主三脚架、副三脚架、探头，保持贝克曼梁水平；最后，在刚性路面上用测试车静态加载,或以一定行驶速度对测试点动态加载，读取百分表读数，即得刚性路面静态回弹弯沉值或动态回弹弯沉值,同时绘制出刚性路面弯沉盆。

本发明的刚性路面弯沉测试装置的测试方法，改变传统的路面弯沉测试，将贝克曼梁的沿路面纵向放置改为横向放置，将贝克曼梁的中部支承点选择在了测试车产生的弯沉影响较小的土路肩及路基以外的地方，克服了传统方法测量刚性路面时贝克曼梁的中部支承点可能落入路面弯沉盆中，造成路面弯沉测试“假小”的缺陷；并且在刚性路面弯沉测试装置设计中，采用的主、副三脚架的高度可调，可以方便地在不同路况下调整贝克曼梁水平，例如路基为路堤或路堑，即该装置可以架立于路面以外，任意调节使用高度，进行刚性路面回弹弯沉的测量，受刚性路面弯沉盆的影响小。

此外，上述技术方案还具有以下优点：该装置的主三脚架位置设置的支座可拆卸，其调平板可相对于固定板在轴向进行不同角度转动，即该装置贝克曼梁可以在水平面内转动任意角度，适应路面以外复杂地形下刚性路面回弹弯沉的测量；该装置可以放置在路面以外进行测量，不影响测试车辆的行驶，可以测试刚性路面的动态回弹弯沉值；该装置可以方便组装和拆卸，野外操作时，便于携带。

附图说明

图1为弯沉仪的支点变形修正原理图；

图2为本发明的刚性路面弯沉测试装置的结构示意图；

图3为仪表架的结构示意图；

图4为支座的结构示意图；

图5为探头的结构示意图；

图6为路基（路堤段时）刚性路面的回弹弯沉值测量示意图；

图7为路基（路堑段时）刚性路面的回弹弯沉值测量示意图；

图8为传统刚性路面的回弹弯沉值测量示意图；

图9为本发明刚性路面的回弹弯沉值测量示意图；

图10为本发明测试的刚性路面动态弯沉-时间曲线图。

图中：1、贝克曼梁；2、主三脚架；3、副三脚架；4、百分表；5、探头；6、固定板；7、调平板；8、调平螺钉；9、支铰；10、管状水准泡。

具体实施方式

参照图2，为本发明的刚性路面弯沉测试装置，主要包括贝克曼梁1，设置在贝克曼梁1前端的探头5，设置在贝克曼梁1中部的支座，用于固定支座的高度可调的主三脚架2；以及设置在贝克曼梁3后端的百分表4，固定百分表4的仪表架，用于固定仪表架的高度可调的副三脚架3。其中，贝克曼梁1长5.4m，由铝合金制成，前臂与后臂长度比为2:1；位于中部支承贝克曼梁1的主三角架2可调节高度为500mm-1500mm，位于后端的副三脚架3可调节高度同样为500mm-1500mm。百分表4采用现有贝克曼梁百分表。仪表架如图3所示，其高度和方向均可调节，以适应复杂的路面状况。

参照图4，支座包含有与主三脚架2连接的固定板6，通过三个调平螺钉8设置在固定板6上的调平板7，调平板7上设置有管状水准泡10；调平板7上固定有支铰9，支铰9支承贝克曼梁1，贝克曼梁1在水平面内可转动任意角度。

参照图5，为了减轻探头重量，增加系统的稳定性，探头为方筒，采用方筒铝合金制作。方筒的探测端为斜面，该斜面和方筒的外侧面的相交线构成探测线。方筒沿其纵向设置有多个安装孔，其高度可分级调整（每100mm一级）。

基于本发明的刚性路面弯沉测试装置的测试方法，包括以下步骤：首先，将主三脚架、副三脚架架设于刚性路面板以外的土路肩或路基以外的地方，贝克曼梁前端伸入刚性路面，贝克曼梁前端的探头置于路面测试点；然后，调整主三脚架、副三脚架、探头，保持贝克曼梁水平；最后，在刚性路面上用测试车静态加载,或以一定行驶速度对测试点动态加载，读取百分表读数，即得刚性路面静态回弹弯沉值或动态回弹弯沉值,同时绘制出刚性路面弯沉盆。

如图6所示，为路基（路堤段时）刚性路面的回弹弯沉值测量示意图；如图7所示，为路基（路堑段时）刚性路面的回弹弯沉值测量示意图。由于本发明主三脚架高度可调，探头高度度亦可调，故可以实现将贝克曼梁架设于路面以外测试刚性路面的回弹弯沉值，解决了刚性路面弯沉盆过大造成的回弹弯沉测试值产生偏小的误差问题。本发明的主三脚架、副三脚架、和探头高度均可在一定范围内调整高度，所以测试过程不受路堤、路堑等地形因素的影响。

对于水泥混凝土刚性路面，路面弯沉盆范围较大，尤其对于预应力水泥混凝土路面由于路面刚度较大，路面弯沉盆范围更大。如果直接使用常规贝克曼梁法测试刚性路面的回弹弯沉，探头在荷载（测试车）作用下下沉的同时，支座也随之一起下沉如图8所示现象，影响测试数据的真实性，呈现出刚性路面回弹弯沉“假小”的现象。

本发明采用了高度可调的主、副三脚架和探头，将贝克曼梁的支承点布置于路面以外，相当于将贝克曼梁支座布置于土基边缘，如图9所示。由于土基是颗粒性柔性体，加之刚性路面板的荷载扩散作用，荷载作用下土基弯沉盆影响范围小，解决了刚性路面弯沉盆范围大使支座受弯沉盆影响，造成测得的路面回弹弯沉测试值偏小的问题。

此外，本发明将贝克曼梁的支承点布置于路面以外，可以方便实现对刚性路面动态弯沉的测试。测试车辆以某一固定的速度经过测试点时，测试点的弯沉值处于动态变化中。当车辆驶入和驶出测试点弯沉盆影响范围的过程中，测试点的动态弯沉值随时间的变化如图10所示。将横轴测试时间乘以测试车辆的行驶速度，即得测试点弯沉值随位移的曲线图，即得测试点弯沉盆。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (4)

1.一种刚性路面弯沉测试装置，其特征在于，包括贝克曼梁，设置在贝克曼梁前端的探头，设置在贝克曼梁中部的支座，用于固定支座的高度可调的主三脚架；以及设置在贝克曼梁后端的百分表，固定百分表的仪表架，用于固定仪表架的高度可调的副三脚架；所述探头为方筒，方筒的探测端为斜面，该斜面和方筒的外侧面的相交线构成探测线；所述方筒沿其纵向设置有用于分级调高的多个安装孔。

2.根据权利要求1所述的刚性路面弯沉测试装置，其特征在于，所述支座包含有与所述主三脚架连接的固定板，通过三个调平螺钉设置在固定板上的调平板，固定在调平板上的支铰；所述支铰支承所述贝克曼梁。

3.根据权利要求2所述的刚性路面弯沉测试装置，其特征在于，所述调平板上设置有管状水准泡。

4.基于权利要求1所述刚性路面弯沉测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，将主三脚架、副三脚架架设于刚性路面板以外的土路肩或路基以外的地方，贝克曼梁前端伸入刚性路面，贝克曼梁前端的探头置于路面测试点；然后，调整主三脚架、副三脚架、探头，保持贝克曼梁水平；最后，在刚性路面上用测试车静态加载,或以一定行驶速度对测试点动态加载，读取百分表读数，即得刚性路面静态回弹弯沉值或动态回弹弯沉值,同时绘制出刚性路面弯沉盆。