CN108489648A - 一种沥青混合料车辙监测装置与方法 - Google Patents
一种沥青混合料车辙监测装置与方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108489648A CN108489648A CN201810172433.3A CN201810172433A CN108489648A CN 108489648 A CN108489648 A CN 108489648A CN 201810172433 A CN201810172433 A CN 201810172433A CN 108489648 A CN108489648 A CN 108489648A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fbg
- strain
- asphalt
- rut
- test piece
- 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
Links
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000013508 migration Methods 0.000 claims description 5
- 230000005012 migration Effects 0.000 claims description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 3
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 16
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种沥青混合料车辙监测装置与方法，属于路面结构应力应变监测领域，能够解决解决现有车辙试验工作量巨大，试验结果变异性较大等问题。本发明包括：车辙试件、车辙试验仪、四个表面粘贴式FBG传感器、光纤光栅解调仪和监控终端。本发明通过三个FBG应变传感器和一个FBG温度传感器，在车辙试验条件下，利用FBG灵敏捕捉结构应变的特性测得车辙试件结构表面包括蠕变变形的应变时程曲线，研究沥青混合料内部颗粒组合结构高温下扩散轮载的能力，从结构表面两侧横向应变而非辙槽纵向深度的角度揭示沥青混合料车辙发展过程，还可以结合应变变形曲线上提取的力学参数给出沥青混合料抗车辙性能的评估。
Description
技术领域
本发明属于路面结构应力应变监测领域，尤其涉及一种沥青混合料车辙监测装置与方法。
背景技术
车辙是沥青路面在重复交通荷载作用下产生的累积永久变形，是当前沥青路面主要的破坏形式之一。路面车辙发生后对路面服务使用性能会产生很大的破坏和影响，严重影响高速行车安全。如何防治车辙病害，提高公路建设的经济和社会效益，是我国道路从业者需要解决的首要问题，因此，加强展开对车辙问题的研究十分必要。
传统的车辙测试方法有直尺测量法、水准测量法、表面高程计法等，这些传统的试验方法工作量巨大，且取得的试验结果变异性较大，并且未能反映沥青混合料内部结构在高温条件下受到轮载的间接反复地作用产生横向流动变形而失稳的情况。
发明内容
本发明提供了一种沥青混合料车辙监测装置与方法，结合FBG（光纤光栅）技术解决现有车辙试验工作量巨大，试验结果变异性较大，未能反映沥青混合料内部结构在高温条件下受到轮载的间接反复地作用产生横向流动变形而失稳的问题。
为实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种沥青混合料车辙监测装置，包括车辙试件1、车辙试验仪2、四个表面粘贴式FBG传感器3、光纤光栅解调仪4、监控终端5；车辙试件1设在车辙试验仪2内部，FBG传感器3在车辙试验仪2内部，FBG传感器3通过光纤跳线与光纤光栅解调仪4连接，光纤光栅解调仪4通过数据线与监控终端5连接。
以上所述装置中四个表面粘贴式FBG传感器3包括三个FBG应变传感器F1、F2、F3和一个FBG温度传感器T1，FBG应变传感器F1、F2、F3等间距地连续布设在车辙试件1垂直于轮迹的右侧表面中央区域处同一直线上，FBG温度传感器T1悬置在车辙试验仪2内，车辙试件1在垂直于轮迹处的右侧横向结构表面传感器粘贴区域用环氧树脂抹平。
一种沥青混合料车辙监测方法，包括以下步骤：
（1）布设完毕的四个表面粘贴式FBG传感器3通过光纤跳线从车辙试验仪2内引出连接至与监控终端5接通的光纤光栅解调仪4形成监测传感网络；
（2）监测条件以规范推荐的沥青混合料车辙试验为参考：车辙试件置于60℃车辙仪恒温箱放置至少五个小时后轮碾一个小时；
（3）通过编制程序将监控终端中监测到的数据绘制成三个FBG传感器扣除温度补偿后的动态应变时程曲线图和辙槽竖向位移图，自动提取动稳定度和动态应变时程曲线图的力学参数，利用力学参数评估沥青混合料内部颗粒组合结构高温下扩散轮载的能力以及不同类型沥青混合料的抗车辙性能。
以上所述方法中所述应变时程曲线图的力学参数，包括应变迁移阶段拟合曲线的斜率、应变稳定阶段拟合曲线的斜率和截距。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种沥青混合料车辙监测装置与方法，所用的表面粘贴式FBG传感器原理简单可靠，监测方法新颖巧妙不仅可以利用车辙试验仪测得沥青混合料动稳定度，还可以通过FBG传感器灵敏捕捉结构应变的特性测得车辙试件结构表面包括蠕变变形的应变时程曲线，研究沥青混合料内部颗粒组合结构高温下扩散轮载的能力，从结构表面两侧横向应变而非辙槽纵向深度的角度揭示沥青混合料车辙发展过程，还可以结合应变变形曲线上提取的力学参数给出沥青混合料抗车辙性能的评估；本发明的监测系统和评估方法可减小目前试验室评估沥青混合料高温性能的试验工作量，较大化地消除目前车辙试验结果变异性较大的问题，而且本发明所用的表面粘贴式FBG传感器造价低廉且布设方便，有着广阔的应用前景和良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明监测装置示意图，其中，1为车辙试件、2为车辙试验仪、3为四个表面粘贴式FBG传感器、4为光纤光栅解调仪、5为监控终端。
图2是本发明的监测方法流程图。
图3为普通AC-13C型沥青混合料动态应变时程实测拟合曲线，其中a为F1传感器处，b为F2传感器处，c为F3传感器处。
图4为废胶粉改性沥青混合料动态应变时程实测拟合曲线。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，监测装置包括：车辙试件1、车辙试验仪2、四个表面粘贴式FBG传感器3、光纤光栅解调仪4和监控终端5；车辙试件1设在车辙试验仪2内部，FBG传感器3在车辙试验仪2内部，FBG传感器3通过光纤跳线与光纤光栅解调仪4连接，光纤光栅解调仪4通过数据线与监控终端5连接，四个表面粘贴式FBG传感器3包括三个FBG应变传感器F1、F2、F3和一个FBG温度传感器T1，FBG应变传感器F1、F2、F3等间距地连续布设在车辙试件1垂直于轮迹的右侧表面中央区域处同一直线上，FBG温度传感器T1悬置在车辙试验仪2内，车辙试件1在垂直于轮迹处的右侧横向结构表面传感器粘贴区域用环氧树脂抹平。
如图2所示，监测方法包括以下步骤：
（1）布设完毕的四个表面粘贴式FBG传感器通过光纤跳线从车辙试验仪内引出连接至与监控终端接通的光纤光栅解调仪形成监测传感网络；
（2）监测条件以规范推荐的沥青混合料车辙试验为参考：车辙试件置于60℃车辙仪恒温箱放置五个小时后轮碾一个小时；
（3）通过编制程序将监控终端中监测到的数据绘制成三个FBG传感器扣除温度补偿后的动态应变时程曲线图和辙槽竖向位移图，自动提取动稳定度和动态应变时程曲线图的力学参数，利用力学参数评估沥青混合料内部颗粒组合结构高温下扩散轮载的能力以及不同类型沥青混合料的抗车辙性能。
应变迁移阶段线性拟合曲线的斜率为k1，应变稳定阶段线性拟合曲线的斜率为k2，应变稳定阶段的斜率k2最为适合评价沥青混合料车辙试件表面结构抵抗车轮荷载传递的能力。
利用本发明的监测系统测得并通过后续处理的关于普通AC-13C型沥青混合料三个FBG应变传感器实测拟合曲线。如图3所示，在应变迁移阶段，应变负增长，时间较为短暂，数据离散性较大，线性拟合相关性较差，以应变迁移阶段的斜率来评价沥青混合料的相关性能，变异性比较大。应变稳定阶段的斜率最为适合评价沥青混合料车辙试件表面结构抵抗车轮荷载传递的能力和混合料内部结构在高温轮载作用下的流动状态。自轮迹处从左至右第二阶段斜率k2：F1＞F2＞F3，说明普通沥青混合料结构表面抵抗车轮荷载传递能力时，距离轮迹处变形最大，应变变形随着距轮迹处的距离增大而增长缓慢。
利用本发明的监测系统测得并通过后续处理的关于废胶粉改性沥青混合料三个FBG应变传感器实测拟合曲线。如图4所示，F1处斜率k2为-0.640，说明压应变在增长，并且这种增长趋势很缓和，F2和F3传感器处斜率k2分别为0.378和0.472，说明压应变处于一个几近平行的缓慢下降趋势，且这种趋势比F1处所测更为缓和。说明距离轮迹处最近的地方抵抗了来自车轮传递的大部分荷载，使得距离轮迹处远的地方承受了小部分的传递荷载，甚至在应变稳定阶段出现应变变形回落的现象，说明应力的传递已经停止，这也正是废胶粉改性沥青混合料抗车辙能力好的原因，所以轮迹旁不会出现过大的“波浪”。
参照图3和图4所示，本发明不仅可以利用车辙试验仪测得沥青混合料动稳定度，还可以通过FBG传感器灵敏捕捉结构应变的特性测得车辙试件结构表面包括蠕变变形的应变时程曲线，研究沥青混合料内部颗粒组合结构高温下扩散轮载的能力，从结构表面两侧横向应变而非辙槽纵向深度的角度揭示沥青混合料车辙发展过程，还可以结合应变变形曲线上提取的力学参数给出不同类型沥青混合料抗车辙性能的评估。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种沥青混合料车辙监测装置，其特征在于，包括车辙试件(1)、车辙试验仪(2)、四个表面粘贴式FBG传感器(3)、光纤光栅解调仪(4)、监控终端(5)；车辙试件(1)设在车辙试验仪(2)内部，FBG传感器(3)在车辙试验仪(2)内部，FBG传感器(3)通过光纤跳线与光纤光栅解调仪(4)连接，光纤光栅解调仪(4)通过数据线与监控终端(5)连接。
2.根据权利要求1所述的沥青混合料车辙监测装置，其特征在于，四个表面粘贴式FBG传感器(3)包括三个FBG应变传感器(F1)、(F2)、(F3)和一个FBG温度传感器(T1)。
3.根据权利要求1或2所述的沥青混合料车辙监测装置，其特征在于，FBG应变传感器(F1)、(F2)、(F3)等间距地连续布设在车辙试件(1)垂直于轮迹的右侧表面中央区域处同一直线上。
4.根据权利要求1或2所述的沥青混合料车辙监测装置，其特征在于，FBG温度传感器(T1)悬置在车辙试验仪(2)内。
5.根据权利要求1所述的沥青混合料车辙监测装置，其特征在于，车辙试件(1)在垂直于轮迹处的右侧横向结构表面传感器粘贴区域用环氧树脂抹平。
6.一种沥青混合料车辙监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)布设完毕的四个表面粘贴式FBG传感器(3)通过光纤跳线从车辙试验仪(2)内引出连接至与监控终端(5)接通的光纤光栅解调仪(4)形成监测传感网络；
(2)车辙试件(1)置于60℃车辙仪恒温箱放置至少五个小时后轮碾一个小时；
(3)通过编制程序将监控终端中监测到的数据绘制成三个FBG传感器扣除温度补偿后的动态应变时程曲线图和辙槽竖向位移图，自动提取动稳定度和动态应变时程曲线图的力学参数，利用力学参数评估沥青混合料内部颗粒组合结构高温下扩散轮载的能力以及不同类型沥青混合料的抗车辙性能。
7.根据权利要求6所述的沥青混合料车辙监测方法，其特征在于，所述应变时程曲线图的力学参数包括应变迁移阶段线性拟合曲线的斜率，应变稳定阶段线性拟合曲线的斜率和截距。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810172433.3A CN108489648A (zh) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | 一种沥青混合料车辙监测装置与方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810172433.3A CN108489648A (zh) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | 一种沥青混合料车辙监测装置与方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108489648A true CN108489648A (zh) | 2018-09-04 |
Family
ID=63341044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810172433.3A Pending CN108489648A (zh) | 2018-03-01 | 2018-03-01 | 一种沥青混合料车辙监测装置与方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108489648A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110187085A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-30 | 南京航空航天大学 | 一种双层车辙板沥青混合料横向变形监测系统及方法 |
| CN113418641A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-21 | 兰州大学 | 一种基于fbg光纤光栅感测技术的公路应力、应变综合监测方法 |
| CN115468484A (zh) * | 2022-10-25 | 2022-12-13 | 东南大学 | 一种基于应变传感器群的沥青路面应变监测方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102095537A (zh) * | 2011-02-16 | 2011-06-15 | 南京航空航天大学 | 光纤光栅压力传感器及制作方法及沥青路面载荷监测方法 |
| CN104749059A (zh) * | 2015-02-01 | 2015-07-01 | 吉林大学 | 一种沥青路面动水冲刷数值试验方法 |
| CN206189245U (zh) * | 2016-08-09 | 2017-05-24 | 山西省交通科学研究院 | 一种高速公路沥青路面结构实时监测装置 |
| CN106894316A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-06-27 | 武汉理工大学 | 一种基于光纤光栅传感器检测沥青路面结构破坏的方法 |
-
2018
- 2018-03-01 CN CN201810172433.3A patent/CN108489648A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102095537A (zh) * | 2011-02-16 | 2011-06-15 | 南京航空航天大学 | 光纤光栅压力传感器及制作方法及沥青路面载荷监测方法 |
| CN104749059A (zh) * | 2015-02-01 | 2015-07-01 | 吉林大学 | 一种沥青路面动水冲刷数值试验方法 |
| CN206189245U (zh) * | 2016-08-09 | 2017-05-24 | 山西省交通科学研究院 | 一种高速公路沥青路面结构实时监测装置 |
| CN106894316A (zh) * | 2017-02-28 | 2017-06-27 | 武汉理工大学 | 一种基于光纤光栅传感器检测沥青路面结构破坏的方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110187085A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-30 | 南京航空航天大学 | 一种双层车辙板沥青混合料横向变形监测系统及方法 |
| CN110187085B (zh) * | 2019-04-30 | 2021-11-23 | 南京航空航天大学 | 一种双层车辙板沥青混合料横向变形监测系统及方法 |
| CN113418641A (zh) * | 2021-06-07 | 2021-09-21 | 兰州大学 | 一种基于fbg光纤光栅感测技术的公路应力、应变综合监测方法 |
| CN115468484A (zh) * | 2022-10-25 | 2022-12-13 | 东南大学 | 一种基于应变传感器群的沥青路面应变监测方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhu et al. | Distributed fiber optic monitoring and stability analysis of a model slope under surcharge loading | |
| CN108489648A (zh) | 一种沥青混合料车辙监测装置与方法 | |
| Yiqiu et al. | Quality control of asphalt pavement compaction using fibre Bragg grating sensing technology | |
| CN104976983B (zh) | 一种采用分布式监测装置监测滑坡的方法 | |
| CN105178150A (zh) | 一种基于光纤光栅传感的沥青路面压实监测方法 | |
| Talvik et al. | Use of FWD deflection basin parameters (SCI, BDI, BCI) for pavement condition assessment | |
| CN104749095B (zh) | 基于轮胎与路面接触压力特性的路面抗滑性能评价方法 | |
| CN104807414A (zh) | 基于分布式光纤传感技术的地铁隧道沉降变形监测方法 | |
| Kong et al. | Thin-film sensor for fatigue crack sensing and monitoring in steel bridges under varying crack propagation rates and random traffic loads | |
| CN105157999B (zh) | 基于分布式光纤传感技术桩完整性和横向位移的评估方法 | |
| CN109918849A (zh) | 一种沥青路面沥青层现场模量主曲线的建立方法 | |
| Sun et al. | Application of distributed fiber optic sensing technique to monitor stability of a geogrid-reinforced model slope | |
| CN103437383A (zh) | 管桩击入土层的fbg-botda联合传感器检测方法 | |
| Ma et al. | Toward asphalt pavement health monitoring with built-in sensors: A novel application to real-time modulus evaluation | |
| Zhao et al. | Support conditions assessment of concrete pavement slab using distributed optical fiber sensor | |
| CN107386075B (zh) | 一种评价路面平整性的压力测试装置与压力检测方法 | |
| CN204854709U (zh) | 一种滑坡的分布监测装置 | |
| CN106092043A (zh) | 一种基于变电站沉降测量的光纤光栅传感器 | |
| Bahrani et al. | Pavement instrumentation for condition assessment using efficient sensing solutions | |
| CN105572330B (zh) | 水泥稳定碎石干缩、温缩系数智能型监测装置及方法 | |
| CN205861042U (zh) | 一种基于变电站沉降测量的光纤光栅传感器 | |
| Li et al. | Pavement surface microtexture: Testing, characterization, and frictional interpretation | |
| CN207793819U (zh) | 道路面层病害检测系统 | |
| CN205981125U (zh) | 沥青路面压实厚度的检测装置 | |
| Shafabakhsh et al. | Evaluation of resilient behavior of flexible pavement asphalt layers |
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: 20180904 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |