CN108426662A - 一种路面内部剪切应力测量方法 - Google Patents

一种路面内部剪切应力测量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108426662A
CN108426662A CN201810200612.3A CN201810200612A CN108426662A CN 108426662 A CN108426662 A CN 108426662A CN 201810200612 A CN201810200612 A CN 201810200612A CN 108426662 A CN108426662 A CN 108426662A
Authority
CN
China
Prior art keywords
directions
strain
sensor
measurement
road surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810200612.3A
Other languages
English (en)
Inventor
曹卫锋
商铁林
拓耀飞
文小燕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yulin University
Original Assignee
Yulin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yulin University filed Critical Yulin University
Priority to CN201810200612.3A priority Critical patent/CN108426662A/zh
Publication of CN108426662A publication Critical patent/CN108426662A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0047—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to residual stresses

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Road Repair (AREA)

Abstract

一种路面内部剪切应力测量方法，包括以下步骤：步骤1：选取测量点在直角坐标系(x,y,z)中的六个应变方向；步骤2：在测量点布设传感器，测量六个不同方向的应变；步骤3：将传感器测量得到的应变值带入弹性力学中斜截面上应变的公式，计算出测量点在直角坐标系(x,y,z)中的六个应变分量；再根据弹性力学三维本构关系，计算出路面内部测量点处的剪切应力。本发明的测量方法简单易行、成本低廉，解决了现有测量方法设备复杂、成本昂贵的问题，能够实现大范围的测量与监测，为路面的设计与健康监测提供基础数据。

Description

一种路面内部剪切应力测量方法
技术领域
本发明涉及道路施工领域，具体涉及一种路面内部剪切应力测量方法。
背景技术
随着公路交通事业的迅猛发展，很多沥青路面高速公路出现了严重的早期破坏现象，早期破坏形式主要有车辙、推移和拥抱，这些损坏使路面过早的出现性能不足、使用寿命严重降低等问题。研究表明这些破坏的主要原因是道路内部所受的剪切应力大于材料的剪切强度所导致的。目前关于路面内部剪切应力的产生机理与分布情况的理论分析方法已经趋于成熟，主要是通过各种力学方法去计算道路内部剪切应力的数值和分布情况。
通过实验技术手段研究路面剪应力的方法主要是基于光纤光栅传感器的方法，该方法基于应变的变化引起光纤波长的变化，通过光纤光栅解调仪，计算机以及配套的测量软件实现剪切应变的测量，由于光纤光栅以及解调仪的价格昂贵，不易实现剪切应力大范围的测量与监测。还有一种方法只是简单的测出来三向应变，通过和理论计算结合获得剪切应力。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种路面内部剪切应力测量方法，该方法简单易行、成本低廉，能够实现大范围的测量与监测。
为了实现上述问题，本发明采用的技术方案为包括以下步骤：
步骤1：选取测量点在直角坐标系(x,y,z)中的六个应变方向；
步骤2：在测量点布设传感器，测量六个不同方向的应变；
步骤3：将传感器测量得到的应变值带入弹性力学中斜截面上应变的公式：
令i方向的方向余弦为li,mi,ni(i＝1,2,…,6)，利用测得的六个方向应变εi(i＝1,2,3,4,5,6)，计算出测量点在直角坐标系(x,y,z)中的六个应变分量εx,εy,εz,γxy,γyz,γzx；
再根据弹性力学三维本构关系，计算出路面内部测量点处的剪切应力：
其中，E为拉压弹性模量；μ为泊松比。
步骤1所述的六个应变方向分别选取：1方向沿着x轴方向，方向余弦为1,0,0；2方向沿着y轴方向，方向余弦为0,1,0；3方向沿着z轴方向，方向余弦为0,0,1；4方向沿OA方向，方向余弦为5方向沿OB方向，方向余弦为6方向沿OC方向，方向余弦为对通过方向余弦构成系数矩阵的行列式进行计算：
M不等于零，方程有解，说明该应变方位的选取合理。
步骤2所述的传感器布设方法如下：
将传感器划分为三部分，第一部分测量1,2,3,4方向的应变，该传感器在I测量点；第二部分测量5方向的应变，该传感器在II测量点，第三部分测量6方向的应变，该传感器在III测量点；其中，在Ⅰ测量点布设一个三维传感器和一个一维传感器，三维传感器测量1,2,3方向的应变，一维传感器测量4方向的应变；Ⅱ测量点布设一个一维传感器，测量5方向的应变；Ⅲ测量点布设一个一维传感器，测量6方向的应变。步骤2所述的传感器在布设时，首先埋设在沥青砖中，然后再根据路面施工进度，铺设在响应的测量断面。采用结构尺寸为(125×125×37)mm的三维传感器，一块沥青砖的结构尺寸是(300×300×50)mm，将沥青砖按照尺寸为(100×100×50)mm划分为9块，在每块中间埋设一个一维传感器后分隔；再将每一小块切斜切割，使埋设在其中的一维传感器与沥青砖的上下两个面成30°夹角。
步骤2所述的传感器在布设时，首先将小沥青砖埋设到大沥青砖中，使小沥青砖与大沥青砖的边平行，保证空间倾斜30°的夹角；埋设时将一个一维传感器的小沥青砖水平放置，然后加入沥青混合料制作成大沥青试件，用来测量5方向的应变；埋设时将一个一维传感器的小沥青砖垂直放置，然后加入沥青混合料制作成大沥青试件，用来测量6方向的应变。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：根据某测量点的应变状态由该点在直角坐标系(x,y,z)中的六个应变分量决定，选取彼此独立的六个方向，分别测量出该测量点沿每个方向的法向应变，利用弹性力学中斜截面上应变的公式计算出测量点在直角坐标系(x,y,z)中的六个应变分量，再根据弹性力学三维本构关系，即能够计算出路面内部的剪切应力。本发明的测量方法简单易行、成本低廉，解决了现有测量方法设备复杂、成本昂贵的问题，能够实现大范围的测量与监测，为路面的设计与健康监测提供基础数据。
附图说明
图1本发明的应力测试原理图；
图2本发明传感器的布设示意图：
(a)I测量点的布置图；(b)II测量点的x轴负向图；(c)Ⅲ测量点的y轴正向图；
图3三维传感器的结构示意图；
图4一维传感器的结构示意图；
图5三维传感器的埋设示意图；
图6一维传感器的埋设示意图；
图7沥青试件的切分示意图；
图8划分成的小沥青试件示意图；
图9小沥青试件埋设用来测量5方向应变的示意图；
图10小沥青试件埋设用来测量6方向应变的示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明路面内部剪切应力测量方法，包括以下步骤：
步骤1：选取测量点在直角坐标系(x,y,z)中的六个应变方向；
步骤2：在测量点布设传感器，测量六个不同方向的应变；
步骤3：将传感器测量得到的应变值带入弹性力学中斜截面上应变的公式：
令i方向的方向余弦为li,mi,ni(i＝1,2,…,6)，利用测得的六个方向应变εi(i＝1,2,3,4,5,6)，计算出测量点在直角坐标系(x,y,z)中的六个应变分量εx,εy,εz,γxy,γyz,γzx；
参见图1，取一正方体的微元体，选取1方向沿着x轴方向，方向余弦为1,0,0；选取2方向沿着y轴方向，方向余弦为0,1,0；选取3方向沿着z轴方向，方向余弦为0,0,1；选取4方向沿OA方向，方向余弦为取5方向沿OB方向，方向余弦为取6方向沿OC方向，方向余弦为所选取的方向需带入上式中有解，且方便测量。要求解上述方程，需要对由方向余弦构成的系数矩阵的行列式进行计算：
M不等于零，方程有解，说明该应变方位的选取合理。
参见图2中的(a)-(b)，本发明要在一个点要同时布设6个传感器来测量应变。考虑到传感器的尺寸、空间倾斜布设和测量点的空间，要实现该原理，就要设计实验的具体实施方案。注意到沿着道路的行车方向，不同点应变是一样的，这样就可以把6个传感器分解成为3部分，在沿道路行车方向布设，把3个部分数据综合在一起就可以实现应变测量。
传感器分为以下三部分，一个是可以测量4个方向应变的传感器，负责原理部分的1,2,3,4方向应变的测量，该传感器在I测量点。另外一个传感器测量5方向应变的测量，该传感器在II测量点。最后一个测量6方向的应变，该传感器在III测量点。
在Ⅰ测量点布设1个三维传感器和1个一维传感器，三维传感器测量1,2,3方向的应变，一维传感器测量4方向的应变；Ⅱ测量点布设1个一维传感器，测量5方向的应变；Ⅲ测量点布设1个一维传感器，测量6方向的应变。三维传感器和一维传感器的结构如图3-4所示。
要测量路面内部的剪切应力，就要在路面内部埋设传感器，通过先将传感器埋设在沥青砖中，然后再根据路面施工进度，铺设在响应的测量断面。
三维传感器的结构尺寸是(125×125×37)mm，一块沥青试件(沥青砖)的结构尺寸是(300×300×50)mm，一块试件里埋设4个三维传感器的话，传感器距离边界太近。所以在一块沥青试件里埋设1个三维传感器，用来测量1,2,3共3个方向的应变。如图5所示。
参见图6，再在另外一块沥青试件,埋设1个一维传感器，用来测量4方向的应变。
首先，把一整块沥青试件分成大小相同的9块，每块的尺寸是(100×100×50)mm，如图7所示。然后再在每个小块中间各埋设1个一维传感器。最后将整块沥青试件切成9小块。
参见图8，沿着图中的虚线切成小的沥青试件，这样就可以保证在其中埋设的一维传感器与该小沥青块的上下两个面成30°的夹角，然后把小沥青试件埋设到一大块沥青试件中，这样这要让该小沥青试件在模具中和模具的边平行，保证空间倾斜30°的角度。
埋设有1个一维传感器的小沥青试件，水平放置，然后加入沥青混合料制作成大沥青试件，用来测量5方向的应变，如图9所示。埋设有1个一维传感器的小沥青试件，垂直放置，然后加入沥青混合料制作成大沥青试件，用来测量6方向的应变，如图10所示。
试验制作了4块沥青试件，传感器都埋设在中间。将这些沥青试件按照前面的测量点选择埋设在路面中，采用载重车辆沿着行车方向给个测量点加载，每块块大沥青试件中的6个传感器的应变值，带入前面的公式中就可以计算出路面内部测量点处的剪切应力。

Claims (6)

1.一种路面内部剪切应力测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：选取测量点在直角坐标系(x,y,z)中的六个应变方向；
步骤2：在测量点布设传感器，测量六个不同方向的应变；
步骤3：将传感器测量得到的应变值带入弹性力学中斜截面上应变的公式：
令i方向的方向余弦为li,mi,ni(i＝1,2,…,6)，利用测得的六个方向应变εi(i＝1,2,3,4,5,6)，计算出测量点在直角坐标系(x,y,z)中的六个应变分量εx,εy,εz,γxy,γyz,γzx；
再根据弹性力学三维本构关系，计算出路面内部测量点处的剪切应力：
其中，E为拉压弹性模量；μ为泊松比。
2.根据权利要求1所述的路面内部剪切应力测量方法，其特征在于，步骤1所述的六个应变方向分别选取：1方向沿着x轴方向，方向余弦为1,0,0；2方向沿着y轴方向，方向余弦为0,1,0；3方向沿着z轴方向，方向余弦为0,0,1；4方向沿OA方向，方向余弦为 1；5方向沿OB方向，方向余弦为0,6方向沿OC方向，方向余弦为
对通过方向余弦构成系数矩阵的行列式进行计算：
M不等于零，方程有解，说明该应变方位的选取合理。
3.根据权利要求2所述的路面内部剪切应力测量方法，其特征在于，步骤2所述的传感器布设方法如下：将传感器划分为三部分，第一部分测量1,2,3,4方向的应变，该传感器在I测量点；第二部分测量5方向的应变，该传感器在II测量点，第三部分测量6方向的应变，该传感器在III测量点；其中，在Ⅰ测量点布设一个三维传感器和一个一维传感器，三维传感器测量1,2,3方向的应变，一维传感器测量4方向的应变；Ⅱ测量点布设一个一维传感器，测量5方向的应变；Ⅲ测量点布设一个一维传感器，测量6方向的应变。
4.根据权利要求1所述的路面内部剪切应力测量方法，其特征在于，步骤2所述的传感器在布设时，首先埋设在沥青砖中，然后再根据路面施工进度，铺设在响应的测量断面。
5.根据权利要求4所述的路面内部剪切应力测量方法，其特征在于，采用结构尺寸为(125×125×37)mm的三维传感器，一块沥青砖的结构尺寸是(300×300×50)mm，将沥青砖按照尺寸为(100×100×50)mm划分为9块，在每块中间埋设一个一维传感器后分隔；再将每一小块切斜切割，使埋设在其中的一维传感器与沥青砖的上下两个面成30°夹角。
6.根据权利要求4所述的路面内部剪切应力测量方法，其特征在于，步骤2所述的传感器在布设时，首先将小沥青砖埋设到大沥青砖中，使小沥青砖与大沥青砖的边平行，保证空间倾斜30°的夹角；埋设时将一个一维传感器的小沥青砖水平放置，然后加入沥青混合料制作成大沥青试件，用来测量5方向的应变；埋设时将一个一维传感器的小沥青砖垂直放置，然后加入沥青混合料制作成大沥青试件，用来测量6方向的应变。
CN201810200612.3A 2018-03-12 2018-03-12 一种路面内部剪切应力测量方法 Pending CN108426662A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810200612.3A CN108426662A (zh) 2018-03-12 2018-03-12 一种路面内部剪切应力测量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810200612.3A CN108426662A (zh) 2018-03-12 2018-03-12 一种路面内部剪切应力测量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108426662A true CN108426662A (zh) 2018-08-21

Family

ID=63157790

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810200612.3A Pending CN108426662A (zh) 2018-03-12 2018-03-12 一种路面内部剪切应力测量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108426662A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110658086A (zh) * 2019-08-31 2020-01-07 长沙理工大学 一种考虑拉压模量差异性的沥青路面荷载响应分析方法
CN113124747A (zh) * 2021-04-21 2021-07-16 齐鲁工业大学 沥青路面在线安全监测三维传感器及制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102095363A (zh) * 2010-12-08 2011-06-15 长安大学 一种用于检测沥青路面动力响应的多维传感器
CN102297811A (zh) * 2011-05-27 2011-12-28 长安大学 一种沥青道路层间剪切应力应变检测方法
CN103954386A (zh) * 2014-04-15 2014-07-30 沈阳建筑大学 一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法
CN104215365A (zh) * 2014-09-03 2014-12-17 哈尔滨工业大学 一种路面结构层内剪应力测试传感器及其埋设工艺与应用
CN104482913A (zh) * 2014-12-05 2015-04-01 天津城建大学 用于测试三维应变状态的测试装置及其测试方法
CN105571509A (zh) * 2016-02-26 2016-05-11 长安大学 一种用于检测路面结构复杂应力状态的传感器
CN106323158A (zh) * 2016-10-21 2017-01-11 天津城建大学 用于测试土体内部三维应变状态的装置及测试方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102095363A (zh) * 2010-12-08 2011-06-15 长安大学 一种用于检测沥青路面动力响应的多维传感器
CN102297811A (zh) * 2011-05-27 2011-12-28 长安大学 一种沥青道路层间剪切应力应变检测方法
CN103954386A (zh) * 2014-04-15 2014-07-30 沈阳建筑大学 一种基于光纤光栅传感器的三维空间应力应变测量方法
CN104215365A (zh) * 2014-09-03 2014-12-17 哈尔滨工业大学 一种路面结构层内剪应力测试传感器及其埋设工艺与应用
CN104482913A (zh) * 2014-12-05 2015-04-01 天津城建大学 用于测试三维应变状态的测试装置及其测试方法
CN105571509A (zh) * 2016-02-26 2016-05-11 长安大学 一种用于检测路面结构复杂应力状态的传感器
CN106323158A (zh) * 2016-10-21 2017-01-11 天津城建大学 用于测试土体内部三维应变状态的装置及测试方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曹卫锋: "车辆动载作用下长大上坡沥青路面力学响应研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技II辑》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110658086A (zh) * 2019-08-31 2020-01-07 长沙理工大学 一种考虑拉压模量差异性的沥青路面荷载响应分析方法
CN110658086B (zh) * 2019-08-31 2022-05-27 长沙理工大学 一种考虑拉压模量差异性的沥青路面荷载响应分析方法
CN113124747A (zh) * 2021-04-21 2021-07-16 齐鲁工业大学 沥青路面在线安全监测三维传感器及制备方法
CN113124747B (zh) * 2021-04-21 2023-01-17 齐鲁工业大学 沥青路面在线安全监测三维传感器及制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105547364B (zh) 路基内部监测的拼接型分布式光纤传感系统
CN108709856B (zh) 一种混凝土结构裂缝监测预警系统及预警方法
CN103438820A (zh) 一种钻孔剖面岩土体分层变形光纤测量方法
CN105178150A (zh) 一种基于光纤光栅传感的沥青路面压实监测方法
WO2022127142A1 (zh) 一种智能跑道及道面信息监测方法
CN108426662A (zh) 一种路面内部剪切应力测量方法
CN110967467B (zh) 一种模拟降雨诱发反序粒堆积体破坏的试验系统
CN106959302A (zh) 一种基于低相干干涉技术的桩体完整性检测系统及方法
CN214573054U (zh) 一种智能跑道
CN212904870U (zh) 一种土石混合体边坡稳定性监测与预警系统与模型
CN209280028U (zh) 测量隧道水土压力分布及隧道变形规律的实验装置
JP2020519798A (ja) トンネル用プレキャストセグメントならびにそのようなプレキャストセグメントを作製および監視する方法
CN108612058A (zh) 一种混凝土坝分布式测温光纤双股“z字形”通仓埋设施工方法
CN110457749A (zh) 一种基于bim技术的道路工程土方量信息处理方法及系统
CN103353280A (zh) 用于高速公路寿命监测的地下传感器网络及其部署方法
Xu et al. Analysis of the bedding landslide due to the presence of the weak intercalated layer in the limestone
CN113251996B (zh) 一种智能跑道
Zhu et al. Model experimental study of landslides based on combined optical fiber transducer and different types of boreholes
CN205475372U (zh) 一种抗滑桩支护效果监测系统
CN208042973U (zh) 高精度地裂缝垂向形变监测装置
CN102213583A (zh) 柔性道路结构内应力测试的低模量光纤传感探头
CN104215365B (zh) 一种路面结构层内剪应力测试传感器及其埋设工艺与应用
CN211477177U (zh) 倾斜煤层相似模拟实验分布式光纤传感监测装置
CN105571509B (zh) 一种用于检测路面结构复杂应力状态的传感器
CN104236761A (zh) 一种基于混凝土道路弯沉测量传力系数的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180821

RJ01 Rejection of invention patent application after publication