RU2498254C1 - Method to assess condition of elements of soft road structures by spectral analysis of wave fields at operation stage - Google Patents

Method to assess condition of elements of soft road structures by spectral analysis of wave fields at operation stage Download PDF

Info

Publication number
RU2498254C1
RU2498254C1 RU2012119436/28A RU2012119436A RU2498254C1 RU 2498254 C1 RU2498254 C1 RU 2498254C1 RU 2012119436/28 A RU2012119436/28 A RU 2012119436/28A RU 2012119436 A RU2012119436 A RU 2012119436A RU 2498254 C1 RU2498254 C1 RU 2498254C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
amplitude
road structure
road
frequency
acceleration
Prior art date
Application number
RU2012119436/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Константинович Илиополов
Евгения Владимировна Углова
Александр Александрович Ляпин
Александр Юрьевич Дроздов
Артем Николаевич Тиратурян
Валентин Владимирович Мизонов
Ольга Валериевна Конорева
Александр Сергеевич Конорев
Владимир Владимирович Акулов
Original Assignee
Государственная компания "Российские автомобильные дороги" (Государственная компания "АВТОДОР")
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 Государственная компания "Российские автомобильные дороги" (Государственная компания "АВТОДОР") filed Critical Государственная компания "Российские автомобильные дороги" (Государственная компания "АВТОДОР")
Priority to RU2012119436/28A priority Critical patent/RU2498254C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2498254C1 publication Critical patent/RU2498254C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Road Repair (AREA)

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: when the method is realised, impact force is applied on the surface of the road structure, road structure response is measured by sensors - piezoceramic vibroaccelerometers installed on the track in reference points at different distances from the centre of the contact area on the surface in parallel to the axis of the motor road. Fourier transform is applied to amplitude-time characteristic of surface points acceleration registered under impact force by sensors-accelerometers, as a result of which the amplitude-frequency acceleration characteristic is produced, and then the amplitude-frequency characteristic of movements is produced. Further the amplitude-time characteristic is produced from movements of road structure surface points by each sensor, afterwards a dynamic flexural bowl is built. Assessment of the condition of structural elements of the soft road structure is carried out by means of analysis of arrangement of frequency resonances at the amplitude-frequency characteristic of acceleration of the surface points, geometric forms of resonances, and the geometric form of the experimental dynamic flexural bowl registered on the road surface.
EFFECT: possibility to assess condition of actual values of elasticity modules of each structural layer of a road surface at the operation stage.
7 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к методам и средствам диагностики состояния конструкций.The invention relates to the field of construction and operation of roads, and in particular to methods and means of diagnosing the state of structures.

Рационализация выбора ремонтных мероприятий на эксплуатируемых автомобильных дорогах Российской Федерации является крайне актуальной задачей. Для ее решения необходимо внедрять в дорожную практику современные методы и средства диагностики автомобильных дорог. При этом важно оценить не только общее состояние дорожной одежды, но и состояние каждого конструктивного элемента дорожной конструкции.The rationalization of the choice of repair measures on the operating roads of the Russian Federation is an extremely urgent task. To solve it, it is necessary to introduce modern methods and means of diagnostics of roads into road practice. It is important to assess not only the general condition of the pavement, but also the condition of each structural element of the road structure.

На данный момент оценка состояния конструктивных элементов дорожной одежды производится разрушающим методом контроля, осуществляемым путем отбора проб материала эксплуатируемых слоев дорожной одежды, и испытания материала слоев в лабораторных условиях с определением их механических характеристик.At the moment, the state of structural elements of pavement is assessed using the destructive control method, carried out by sampling the material of the layers of pavement in use, and testing the material of the layers in laboratory conditions with the determination of their mechanical characteristics.

Известен способ Impact Echo (см. Carino N.J. The impact-echo method: an overview / National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD 20899-8611 USA - 2001), позволяющий производить локализацию дефектов в покрытии дорожной конструкции. Суть метода состоит в регистрации отклика дорожной конструкции на воздействие ультразвукового источника. Недостатком данного метода является невозможность оценки состояния слоев основания и грунта земляного полотна дорожной конструкции.The known Impact Echo method (see Carino N.J. The impact-echo method: an overview / National Institute of Standards and Technology Gaithersburg, MD 20899-8611 USA - 2001), which allows the localization of defects in the pavement of a road structure. The essence of the method is to record the response of the road structure to the impact of an ultrasonic source. The disadvantage of this method is the inability to assess the state of the layers of the base and soil of the subgrade of the road structure.

Известен способ Impulse response, позволяющий оценивать состояние дорожной конструкции по показателю статической жесткости и коэффициенту затухания импульса ударного воздействия в дорожной конструкции (см. Nazarian Y. NDT of pavements: Seismic methods, 2004).The Impulse response method is known, which allows assessing the condition of a road structure by the static stiffness index and the damping coefficient of the impact pulse in a road structure (see Nazarian Y. NDT of pavements: Seismic methods, 2004).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ оценки состояния дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей при тарированном ударном воздействии (см. Пат. №2279653 RU МПК G01M 7/00, опубл. 10.07.2006). Состояние конструктивных слоев дорожной одежды оценивается такими показателями как: характер изменения экстремумов спектральных характеристик, коэффициенты затухания по значениям амплитуд ускорений и перемещений, продолжительность сигнала отклика.Closest to the proposed invention is a method for assessing the condition of road structures by spectral analysis of wave fields with a calibrated impact (see Pat. No. 2279653 RU IPC G01M 7/00, publ. 10.07.2006). The state of the structural layers of the pavement is evaluated by such indicators as: the nature of the change in the extrema of the spectral characteristics, the attenuation coefficients according to the amplitudes of the accelerations and displacements, the duration of the response signal.

Однако следует отметить, что помимо вышеприведенных параметров большое значение имеет также анализ расположения частотных резонансов на амплитудно-частотной характеристике ускорения точек поверхности покрытия, и геометрической формы чаш динамических прогибов дорожной конструкции, так как именно эти параметры являются своеобразными индикаторами состояния элементов дорожной конструкции.However, it should be noted that in addition to the above parameters, the analysis of the location of frequency resonances on the amplitude-frequency characteristic of the acceleration of the surface points of the pavement and the geometric shape of the bowls of the dynamic deflections of the road structure is of great importance, since these parameters are a kind of indicator of the state of the elements of the road structure.

Задачей изобретения является усовершенствование способа оценки состояния дорожных конструкций, позволяющее производить диагностику состояния конструктивных элементов дорожной одежды на стадии эксплуатации, по зарегистрированной в полевых условиях амплитудно-частотной характеристике ускорения точек поверхности дорожной конструкции (АЧХ ускорения) и чаше максимальных динамических прогибов, замеренных на покрытии дорожной одежды при ударном нагружении.The objective of the invention is to improve the method for assessing the condition of road structures, allowing to diagnose the state of structural elements of pavement at the operational stage, according to the field-recorded amplitude-frequency characteristic of the acceleration of surface points of the road structure (acceleration frequency response) and the bowl of maximum dynamic deflections measured on the road surface clothes under shock loading.

Сущность изобретения заключается в том, что способ оценки состояния элементов нежестких дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей на стадии эксплуатации, включающий проведение экспериментальной регистрации амплитудно-временных характеристик ускорения точек поверхности дорожной конструкции, последующую обработку экспериментальных данных и построение экспериментальных амплитудно-частотных характеристик ускорения точек поверхности покрытия, обработка экспериментальных данных производится с использованием программного комплекса для построения характеристик отклика дорожной конструкции на ударное воздействие, при этом датчики-виброакселерометры, устанавливаются на покрытии дорожной одежды в зонах от 0 до 0,25 м, от 0.25 до 0,75 м, от 0,75 до 1,25 м, и от 1,25 до 2,5 м от точки ударного воздействия параллельно оси дороги, а оценка состояния конструктивных элементов нежесткой дорожной конструкции осуществляется путем анализа расположения частотных резонансов на амплитудно-частотной характеристике ускорения точек поверхности покрытия, геометрических форм резонансов, и геометрической форме экспериментальной чаши динамических прогибов, зарегистрированной на поверхности дорожной одежды.The essence of the invention lies in the fact that the method of assessing the state of the elements of non-rigid road structures by spectral analysis of wave fields at the operational stage, including the experimental registration of the amplitude-time characteristics of the acceleration of surface points of the road structure, the subsequent processing of experimental data and the construction of experimental amplitude-frequency characteristics of the acceleration of surface points coatings, experimental data processing is performed using software Amm complex for constructing the characteristics of the response of the road structure to impact, while the vibration accelerometers are installed on the pavement in areas from 0 to 0.25 m, from 0.25 to 0.75 m, from 0.75 to 1.25 m , and from 1.25 to 2.5 m from the impact point parallel to the axis of the road, and the state of structural elements of a non-rigid road structure is assessed by analyzing the location of frequency resonances on the amplitude-frequency characteristic of the acceleration of the surface points of the coating, geometric shapes Nancy, and geometric form of the experimental dynamic deflections of the bowl, filed on the pavement surface.

Технический результат: обеспечивает возможность оценки состояния конструктивных элементов дорожной одежды на стадии эксплуатации методом неразрушающего контроля.Effect: provides an opportunity to assess the state of structural elements of pavement at the stage of operation by non-destructive testing.

Применение предлагаемого способа позволит оценить состояние каждого конструктивного элемента в эксплуатируемой дорожной конструкции, путем комплексного анализа расположения частотных резонансов на амплитудно-частотной характеристике ускорения точек поверхности покрытия, геометрических форм резонансов, и геометрической форме экспериментальной чаши динамических прогибов, зарегистрированной на поверхности дорожной одежды.The application of the proposed method will allow us to assess the state of each structural element in an operated road structure by a comprehensive analysis of the location of frequency resonances on the amplitude-frequency characteristic of the acceleration of the surface points of the pavement, the geometric shapes of the resonances, and the geometric shape of the experimental bowl of dynamic deflections recorded on the surface of the pavement.

Для обоснования рационального выбора точек расположения датчиков-акселерометров, были выявлены следующие закономерности влияния конструкции дорожной одежды на характер трансформации волнового поля, прошедшего в слоистой структуре от места ударного воздействия до места регистрации отклика дорожной одежды.To justify the rational choice of the location of the accelerometer sensors, the following patterns of the influence of the pavement design on the nature of the transformation of the wave field that took place in the layered structure from the place of impact to the place of registration of the response of the pavement were revealed.

- Относительно высокочастотные колебания (150-300 Гц) в ближней к точке удара зоне (0-0.5 м), включают волны, отраженные от нижней границы асфальтобетонных слоев. Средний диапазон частот (50-150 Гц) включают волны, отраженные от нижней границы основания. Наиболее энергетичны эти волны на расстоянии 0.5-1.25 м. Самые же низкочастотные колебания определяют состояние грунта земляного полотна и нижележащего геологического массива. Наиболее энергетичны эти волны на расстоянии свыше 1,5 м от источника возмущений.- Relatively high-frequency oscillations (150-300 Hz) in the zone closest to the point of impact (0-0.5 m) include waves reflected from the lower boundary of the asphalt concrete layers. The average frequency range (50-150 Hz) includes waves reflected from the lower boundary of the base. These waves are most energetic at a distance of 0.5-1.25 m. The very low-frequency fluctuations determine the state of the soil of the subgrade and the underlying geological massif. These waves are most energetic at a distance of more than 1.5 m from the source of disturbances.

Также в ходе численного эксперимента были установлены следующие закономерности формирования чаши максимальных динамических прогибов дорожной конструкции при ударном воздействии:Also, during the numerical experiment, the following regularities were established for the formation of the bowl of maximum dynamic deflections of the road structure under impact:

- уменьшение модуля упругости асфальтобетонного покрытия приводит к существенным изменениям характеристик чаши максимальных динамических прогибов в ближней к месту удара зоне до 0,25 м.- a decrease in the elastic modulus of the asphalt concrete coating leads to significant changes in the characteristics of the bowl of maximum dynamic deflections in the zone closest to the impact site to 0.25 m.

- уменьшение модуля упругости основания проявляется в изменение чаши максимальных динамических прогибов в зоне 0.75-1.25 м.- a decrease in the elastic modulus of the base is manifested in a change in the bowl of maximum dynamic deflections in the zone of 0.75-1.25 m.

- уменьшение модуля упругости грунта земляного полотна влияет на изменение формы чаш максимальных амплитуд вертикальных перемещений в зоне 1.25-2.5 м от точки ударного воздействия.- a decrease in the elastic modulus of the soil of the subgrade affects the change in the shape of the bowls of the maximum amplitudes of vertical movements in the zone of 1.25-2.5 m from the point of impact.

- в зоне свыше 2,5 м отклик дорожной конструкции на ударное воздействие малогабаритной установки характеризуется интенсивным затуханием и интереса не представляет.- in an area over 2.5 m, the response of the road structure to the impact of a small-sized installation is characterized by intense attenuation and is not of interest.

Установленные закономерности позволяют производить объективную интерпретацию форм амплитудно-частотных характеристик ускорения точек поверхности дорожной одежды и форм чаш динамических прогибов дорожной конструкции. Комплексное рассмотрение этих параметров позволяет выявить ослабленный элемент дорожной одежды. Использование данного способа позволяет производить длительный мониторинг на эксплуатируемых участках автомобильных дорог, наблюдая за конструктивным состоянием элементов дорожной одежды.The established patterns allow an objective interpretation of the forms of amplitude-frequency characteristics of the acceleration of surface points of the pavement and the shapes of the bowls of the dynamic deflections of the road structure. A comprehensive review of these parameters reveals a weakened pavement element. Using this method allows long-term monitoring on the exploited sections of roads, observing the structural condition of the elements of pavement.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

фиг.1 - схема регистрации экспериментальной чаши максимальных динамических прогибов на поверхности дорожной конструкции, с использованием мобильного виброизмерительного комплекса ДорТрансНИИ.figure 1 - registration scheme of the experimental bowl of maximum dynamic deflections on the surface of the road structure using a mobile vibration measuring complex DorTransNII.

фиг.2 - схема расположения пьезокерамических виброакселерометров относительно точки ударного нагружения.figure 2 - arrangement of piezoceramic vibroaccelerometers relative to the point of shock loading.

фиг.3 - экспериментальная амплитудно-временная характеристика перемещения точки поверхности дорожной конструкции, полученная путем обработки экспериментальных данных, для датчика установленного на расстоянии 0,25 м от точки ударного воздействия, подключенного к первому каналу аналого-цифрового преобразователя: ось абсцисс - время, с; ось ординат - амплитуды вертикальных перемещений, м.figure 3 - experimental amplitude-time characteristic of the displacement of a point on the surface of the road structure, obtained by processing the experimental data, for the sensor installed at a distance of 0.25 m from the point of impact, connected to the first channel of the analog-to-digital converter: abscissa axis - time, s ; ordinate axis - amplitudes of vertical movements, m.

фиг.4 - форма амплитудно-частотной характеристики ускорений точек поверхности дорожной конструкции, полученной после применения алгоритма быстрого преобразования Фурье к амплитудно-временной характеристике ускорений, зарегистрированных датчиками акселерометрами, установленными на расстояниях 0,25; 0,75; 2.5 м.figure 4 - the shape of the amplitude-frequency characteristics of the accelerations of the surface points of the road structure obtained after applying the fast Fourier transform algorithm to the amplitude-time characteristics of the accelerations recorded by accelerometer sensors installed at distances of 0.25; 0.75; 2.5 m.

фиг.5 - форма чаши максимальных амплитуд вертикальных прогибов дорожной конструкции (чаши динамических прогибов), зарегистрированной при экспериментальном нагружении.figure 5 - the shape of the bowl of maximum amplitudes of the vertical deflections of the road structure (bowl dynamic deflections), registered during experimental loading.

фиг.6 - форма амплитудно-частотной характеристики ускорений точек поверхности дорожной конструкции, зарегистрированной на эксплуатируемом участке автомобильной дороги, при проведении эксперимента.6 is a form of the amplitude-frequency characteristics of the acceleration of the points of the surface of the road structure, registered on the exploited section of the road, during the experiment.

фиг.7 - форма экспериментальной чаши динамических прогибов зарегистрированной на эксплуатируемом участке автомобильной дороги.7 is a form of an experimental bowl of dynamic deflections recorded on the exploited section of the road.

Способ осуществляется следующим образом:The method is as follows:

Мобильный виброизмерительный комплекс устанавливается на дорожном покрытии и включает: пьезокерамические виброакселерометры 1; аналого-цифровой преобразователь 2; портативный компьютер типа «NOTEBOOK» 3; малогабаритная установка ударного нагружения 4.The mobile vibration measuring complex is installed on the road surface and includes: piezoceramic vibration accelerometers 1; analog-to-digital converter 2; laptop computer type "NOTEBOOK" 3; small-sized shock loading installation 4.

Датчики - пьезокерамические виброакселерометры 1 устанавливаются на расстояниях 0,25; 0,75; 1,25; 2,5 м от точки ударного воздействия. Данные, получаемые с датчика, устанавливаемого на расстоянии 1,25 м, носят вспомогательный характер и служат для более детальной оценки состояния основания дорожной конструкции. В ходе эксперимента производится серия ударов малогабаритной ударной установкой 4 по поверхности дорожной конструкции. Пьезокерамические виброакселерометры 1 преобразуют механическое воздействие в электрический сигнал. В аналогово-цифровом преобразователе 2 осуществляется преобразование сигнала в цифровой формат при помощи модуля Е14-440 «LCARD». Данные измерений передаются на портативный компьютер типа NOTEBOOK 3 через USB порт. Результаты экспериментов записываются на жесткий диск ПК типа NOTEBOOK, в бинарном формате.Sensors - piezoceramic vibration accelerometers 1 are installed at distances of 0.25; 0.75; 1.25; 2.5 m from the point of impact. The data obtained from the sensor, installed at a distance of 1.25 m, are of an auxiliary character and serve for a more detailed assessment of the state of the base of the road structure. In the course of the experiment, a series of strokes of a small-sized percussion unit 4 on the surface of the road structure is made. Piezoceramic vibroaccelerometers 1 convert a mechanical action into an electrical signal. In the analog-to-digital Converter 2, the signal is converted into a digital format using the E14-440 LCARD module. Measurement data is transferred to a NOTEBOOK 3 type portable computer via a USB port. The results of the experiments are written to the hard drive of a NOTEBOOK-type PC in binary format.

Далее с использованием разработанного в среде MathCAD программного обеспечения производится обработка данных результатов экспериментальных измерений. В результате быстрого преобразования Фурье амплитудно-временной зависимости ускорений A(t) фиг.3, возможно получить спектральную плотность сигнала или амплитудно-частотную характеристику ускорений A(ω) фиг.4Then, using the software developed in the MathCAD environment, the data of the results of experimental measurements are processed. As a result of the fast Fourier transform of the amplitude-time dependence of the accelerations A (t) of FIG. 3, it is possible to obtain the spectral density of the signal or the amplitude-frequency response of the accelerations A (ω) of FIG. 4

Figure 00000001
Figure 00000001

С целью определения амплитудно-временной зависимости перемещений рабочего интервала производятся следующие процедуры:In order to determine the amplitude-time dependence of the movements of the working interval, the following procedures are performed:

1. Вычисление амплитудно-частотной характеристики перемещений Эта операция производится путем деления амплитудно-частотной характеристики ускорений на квадраты значений соответствующих циклических частот.1. Calculation of the amplitude-frequency characteristic of displacements This operation is performed by dividing the amplitude-frequency characteristic of accelerations by the squares of the values of the corresponding cyclic frequencies.

Figure 00000002
Figure 00000002

2. Применение к амплитудно-частотной характеристике перемещений функции обратного преобразования Фурье. В результате этой процедуры рассчитывается амплитудно-временная зависимость перемещений рабочего интервала

Figure 00000003
.2. Application of the inverse Fourier transform function to the amplitude-frequency characteristic of the displacements. As a result of this procedure, the amplitude-time dependence of the movements of the working interval is calculated
Figure 00000003
.

Амплитудно-временная зависимость перемещений, регистрируемая по каждому датчику позволяет построить чашу динамических прогибов поверхности дорожной конструкции на удалении от точки нагружения до 2.5 м фиг.5.The amplitude-time dependence of the displacements recorded by each sensor allows you to build a bowl of dynamic deflections of the surface of the road structure at a distance from the loading point to 2.5 m Fig.5.

Вывод о состоянии дорожной конструкции делается по экспериментальной форме амплитудно-частотной характеристики ускорения точек поверхности дорожной конструкции, расположения частотных резонансов на амплитудно-частотной характеристике ускорения точек поверхности покрытия, и форме чаши динамических прогибов. Анализ экспериментальной формы амплитудно-частотной характеристики ускорения точек поверхности дорожной конструкции производится для расстояния 0.75 м от точки ударного воздействия. Это связано с тем фактом, что средняя толщина эксплуатируемых дорожных конструкций на участках автомобильных дорог составляет как правило 0,75-0,85 м. Таким образом отклик дорожной конструкции зарегистрированный на расстоянии 0,75 м, наилучшим образом отражает состояние эксплуатируемой дорожной конструкции. Вывод о состоянии дорожной конструкции по экспериментальной форме амплитудно-частотной характеристики ускорения точек поверхности дорожной конструкции делается на основании следующих параметров:The conclusion about the state of the road structure is made by the experimental form of the amplitude-frequency characteristic of the acceleration of the surface points of the road structure, the location of the frequency resonances on the amplitude-frequency characteristic of the acceleration of the surface points of the coating, and the shape of the bowl of dynamic deflections. The analysis of the experimental form of the amplitude-frequency characteristic of the acceleration of surface points of the road structure is performed for a distance of 0.75 m from the point of impact. This is due to the fact that the average thickness of the road structures in use on road sections is usually 0.75-0.85 m. Thus, the response of the road structure recorded at a distance of 0.75 m best reflects the state of the road structure in use. The conclusion about the state of the road structure in the experimental form of the amplitude-frequency characteristic of the acceleration of points on the surface of the road structure is based on the following parameters:

- Наличие одного выраженного резонанса на определенной частоте (нормальная форма),- The presence of one pronounced resonance at a certain frequency (normal form),

- Наличие двух резонансных пиков амплитуд колебаний (двугорбая форма),- The presence of two resonant peaks of the amplitudes of the oscillations (two-humped form),

- Наличие нескольких резонансных пиков амплитуд колебаний (зубчатая форма).- The presence of several resonant peaks of the amplitudes of the oscillations (dentate shape).

Нормальная форма АЧХ ускорения свидетельствует о согласованности в работе слоев дорожной конструкции и о ее монолитности. Двугорбая форма АЧХ указывает на снижение или местное отсутствие сцепления между слоями дорожной конструкции. Зубчатая форма АЧХ свидетельствует о полном рассогласовании в работе конструктивных слоев дорожной одежды. Зубчатость формы АЧХ ускорения объясняется тем фактом, что при динамическом воздействии на дорожную конструкцию, при отсутствующем сцеплении между слоями дорожной одежды, каждый ее элемент будет совершать колебания с собственной частотой.The normal form of the frequency response of acceleration indicates the consistency of the layers of the road structure and its monolithicity. The bumpy shape of the frequency response indicates a decrease or local lack of adhesion between the layers of the road structure. The toothed shape of the frequency response indicates a complete mismatch in the work of the structural layers of pavement. The serration of the shape of the frequency response of acceleration is due to the fact that with a dynamic effect on the road structure, with no adhesion between the layers of the pavement, each of its elements will oscillate with its own frequency.

Форма чаши динамических прогибов поверхности дорожной конструкции также позволяет оценить состояние элементов дорожной одежды (покрытия, основания). При ослаблении прочности слоев покрытия наименее интенсивное затухание вертикальных перемещений наблюдается в ближней зоне (0,25-0,75 м). При ослаблении прочности слоев основания наименее интенсивное затухание колебаний происходит на расстоянии 0,75-1,25 м. Аномальное строение чаши динамических прогибов (когда нарушается плавность чаши, т.е. с увеличением расстояния от точки удара наблюдается увеличение амплитуд вертикальных перемещений) свидетельствует о нарушении монолитности дорожного покрытия и о наличии сквозных трещин и существенных разрушений в дорожной конструкции.The shape of the bowl of dynamic deflections of the surface of the road structure also allows you to assess the condition of the elements of the pavement (coating, base). When the strength of the coating layers is weakened, the least intense attenuation of vertical movements is observed in the near zone (0.25-0.75 m). When the strength of the base layers is weakened, the least intense damping of vibrations occurs at a distance of 0.75-1.25 m. The abnormal structure of the bowl of dynamic deflections (when the smoothness of the bowl is violated, i.e., with increasing distance from the point of impact, an increase in the amplitudes of vertical movements is observed) indicates violation of the solidity of the road surface and the presence of through cracks and significant damage to the road structure.

Экспериментальные исследования состояния эксплуатируемой дорожной конструкции проводились на участке км 47 автомобильной дороги «Ростов-на-Дону - Волгодонск». На данном участке были зарегистрированы АЧХ ускорения и чаша динамических прогибов поверхности дорожной конструкции фиг.6 и фиг.7.Experimental studies of the state of the road structure in operation were carried out on a section of km 47 of the Rostov-on-Don-Volgodonsk highway. In this section, the frequency response of acceleration and the bowl of dynamic deflections of the surface of the road structure of Fig.6 and Fig.7 were recorded.

График АЧХ ускорения точек поверхности дорожной конструкции, зарегистрированный в зоне от 0 до 0,25 м от точки ударного воздействия, имеет нормальную форму с выраженным частотным экстремумом на частоте порядка 220-240 Гц, что свидетельствует об удовлетворительном состоянии слоев покрытия дорожной конструкции. Наличие смещения частотного максимума в область 300-350 Гц, зарегистрированное в зоне 0,75-1,25 м от точки ударного воздействия, свидетельствует о снижении несущей способности слоя основания дорожной одежды. Наличие одного резонансного пика на АЧХ ускорения свидетельствует о монолитности дорожной конструкции. Четко выраженный низкочастотный максимум, зарегистрированый в зоне 1,25-2,5 м от точки ударного воздействия, позволяет сделать вывод о достаточной несущей способности грунта земляного полотна дорожной конструкции. О снижении несущей способности слоя основания дорожной одежды также свидетельствует наличие нарушения плавности чаши динамических прогибов поверхности дорожной конструкции, зарегистрированное в зоне 0,75-1,25 м от точки ударного воздействия.The frequency response graph of the acceleration of surface points of the road structure, recorded in the zone from 0 to 0.25 m from the point of impact, has a normal shape with a pronounced frequency extremum at a frequency of about 220-240 Hz, which indicates a satisfactory condition of the coating layers of the road structure. The presence of a frequency maximum shift in the region of 300-350 Hz, recorded in the zone of 0.75-1.25 m from the point of impact, indicates a decrease in the bearing capacity of the base layer of the pavement. The presence of one resonant peak in the frequency response of acceleration indicates the solidity of the road structure. A clearly expressed low-frequency maximum, recorded in the zone of 1.25-2.5 m from the point of impact, allows us to conclude that there is sufficient bearing capacity of the soil of the subgrade of the road structure. The decrease in the bearing capacity of the base layer of the pavement is also indicated by the presence of a violation of the smoothness of the bowl of dynamic deflections of the surface of the road structure, recorded in the zone of 0.75-1.25 m from the point of impact.

Результаты, полученные в ходе экспериментальных исследований, подтверждаются результатами лабораторных испытаний проб материала дорожной конструкции, отобранных на данном участке.The results obtained in the course of experimental studies are confirmed by the results of laboratory tests of samples of road construction material taken in this section.

Claims (1)

Способ оценки состояния элементов нежестких дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей на стадии эксплуатации, включающий проведение экспериментальной регистрации амплитудно-временных характеристик ускорения точек поверхности дорожной конструкции, последующую обработку экспериментальных данных и построение экспериментальных амплитудно-частотных характеристик ускорения точек поверхности покрытия, при этом обработка экспериментальных данных производится с использованием программного комплекса для построения характеристик отклика дорожной конструкции на ударное воздействие, отличающийся тем, что датчики виброакселерометры устанавливаются на покрытии дорожной одежды в зонах от 0 до 0,25 м, от 0,25 до 0,75 м, от 0,75 до 1,25 м и от 1,25 до 2,5 м от точки ударного воздействия параллельно оси дороги, а оценка состояния конструктивных элементов нежесткой дорожной конструкции осуществляется путем анализа расположения частотных резонансов на амплитудно-частотной характеристике ускорения точек поверхности покрытия, геометрических форм резонансов, и геометрической форме экспериментальной чаши динамических прогибов, зарегистрированной на поверхности дорожной одежды. A method for assessing the state of elements of non-rigid road structures by spectral analysis of wave fields at the operational stage, including the experimental recording of the amplitude-time characteristics of the acceleration of the surface points of the road structure, the subsequent processing of the experimental data and the construction of the experimental amplitude-frequency characteristics of the acceleration of the surface points of the coating, while processing the experimental data produced using a software package to build x characteristics of the response of the road structure to impact, characterized in that the vibration accelerometers are installed on the pavement in areas from 0 to 0.25 m, from 0.25 to 0.75 m, from 0.75 to 1.25 m and 1.25 to 2.5 m from the impact point parallel to the axis of the road, and the state of structural elements of a non-rigid road structure is assessed by analyzing the location of frequency resonances on the amplitude-frequency characteristic of the acceleration of the surface points of the coating, geometric shapes of resonances, and geometric th form experimental bowls dynamic deflections, listed on the pavement surface.
RU2012119436/28A 2012-05-11 2012-05-11 Method to assess condition of elements of soft road structures by spectral analysis of wave fields at operation stage RU2498254C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012119436/28A RU2498254C1 (en) 2012-05-11 2012-05-11 Method to assess condition of elements of soft road structures by spectral analysis of wave fields at operation stage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012119436/28A RU2498254C1 (en) 2012-05-11 2012-05-11 Method to assess condition of elements of soft road structures by spectral analysis of wave fields at operation stage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2498254C1 true RU2498254C1 (en) 2013-11-10

Family

ID=49683257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012119436/28A RU2498254C1 (en) 2012-05-11 2012-05-11 Method to assess condition of elements of soft road structures by spectral analysis of wave fields at operation stage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2498254C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107741311A (en) * 2016-12-30 2018-02-27 研祥智能科技股份有限公司 A kind of system and method for vibration detection and vibration resistance design
RU2772650C1 (en) * 2021-08-04 2022-05-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" Method for assessing the strength of non-rigid road dressings, taking into account the temperature of the binding layer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2192006C2 (en) * 1999-12-14 2002-10-27 Липецкий государственный технический университет Method and apparatus for determining physicomechanical properties of ground layer preferably of low and average density
RU2279653C1 (en) * 2004-12-28 2006-07-10 Сергей Константинович Илиополов Method of investigating road structures
RU91458U1 (en) * 2009-08-24 2010-02-10 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" ALARM SYSTEM AND NOTIFICATIONS IN THE EVENT OF EARTH DEFORMATION IN KARST DANGEROUS SITES

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2192006C2 (en) * 1999-12-14 2002-10-27 Липецкий государственный технический университет Method and apparatus for determining physicomechanical properties of ground layer preferably of low and average density
RU2279653C1 (en) * 2004-12-28 2006-07-10 Сергей Константинович Илиополов Method of investigating road structures
RU91458U1 (en) * 2009-08-24 2010-02-10 Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" ALARM SYSTEM AND NOTIFICATIONS IN THE EVENT OF EARTH DEFORMATION IN KARST DANGEROUS SITES

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ремонт и содержание автомобильных дорог: Справочная энциклопедия дорожника (СЭД). Т.П. / А.П. Васильев, Э.В. Дингес, М.С. Коганзон и др. /Под ред. А.П. Васильева. - М.: ФГУП "Информавтодор", 2004, 507 с., гл.10, рис.10.11. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107741311A (en) * 2016-12-30 2018-02-27 研祥智能科技股份有限公司 A kind of system and method for vibration detection and vibration resistance design
RU2772650C1 (en) * 2021-08-04 2022-05-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)" Method for assessing the strength of non-rigid road dressings, taking into account the temperature of the binding layer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Saravanan et al. Damage detection in structural element through propagating waves using radially weighted and factored RMS
Xu et al. Damage detection of ballastless railway tracks by the impact-echo method
Naito et al. Damage detection method for RC members using local vibration testing
Shirole et al. Damage monitoring in rock specimens with pre-existing flaws by non-linear ultrasonic waves and digital image correlation
Jeon et al. Fatigue crack detection in rotating steel shafts using noncontact ultrasonic modulation measurements
KR20090017769A (en) Method for non-destructive testing of concretestructure
Wang et al. Structural damage detection using local damage factor
Tian et al. Detection of mortar defects in ballastless tracks of high-speed railway using transient elastic wave method
Karve et al. On the performance of vibro‐acoustic‐modulation‐based diagnosis of breathing cracks in thick, elastic slabs
Shin et al. Cost effective air-coupled impact-echo sensing for rapid detection of delamination damage in concrete structures
KR101027069B1 (en) Evaluation method for bonding state of shotcrete
RU2498254C1 (en) Method to assess condition of elements of soft road structures by spectral analysis of wave fields at operation stage
Lu et al. Shaft crack identification based on vibration and AE signals
Zhao et al. A non-contact inspection method of tile debonding using tuned acoustic wave and laser doppler vibrometer
KR102260598B1 (en) System for evaluating internal damages of asphalt-concrete bridge-deck using air-coupled ultrasonics, and method for the same
Loi et al. Damage detection in composite materials by flexural dynamic excitation and accelerometer-based acquisition
Fröjd Structural health monitoring of concrete structures using diffuse waves
Liu et al. Frequency Modulation in Vibro-Acoustic Modulation Method
Yan Numerical modelling and condition assessment of timber utility poles using stress wave techniques
Wu et al. Feasibility study of an active sensing approach to detect soil slope interlayer slide using piezoceramic buzzers
Popovics et al. Surface wave techniques for evaluation of concrete structures
Lim et al. Comparison of conventional and acoustic impact echo tests for detecting a cavity underneath a concrete slab track
Watanabe et al. Cross-sectional visualization of defects by SIBIE
RU2451917C1 (en) Method of determining actual values of dynamic modulus of elasticity of layers of road structure at operational stage
Zagrai et al. Micro/meso scale fatigue damage accumulation monitoring using nonlinear acoustic vibro-modulation measurements

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140512