FWD荷载作用下刚性路面弯沉的动力响应分析

对于Kelvin地基上的混凝土板,利用有限元软件ANSYS,建立了落锤式弯沉仪(FWD)荷载作用下刚性路面的瞬态动力分析模型。通过改变地基阻尼系数和混凝土面板材料阻尼系数,研究路表弯沉的动力响应特征。探讨了在不同的荷载频率作用下,路面弯沉峰值的变化规律,得出了刚性路面结构的临界频率。结果表明,阻尼系数越大,弯沉的峰值越小,而且路面阻尼较路基阻尼对弯沉峰值延迟效应更为明显;当加载频率高于临界频率时,随着频率值的增大,弯沉峰值逐渐减小;当加载频率低于临界频率时,随着频率值的增大,弯沉峰值逐渐增大,最后趋近于静力荷载作用下的弯沉值。

FWD与BB工作性能对比及其测试数据相关性研究

针对目前道路检测领域落锤式弯沉仪(FWD)与贝克曼梁(BB)共存的现状,对两种设备的工作性能如测试稳定性及对行车荷载的模拟能力进行了对比分析.在国内外相关研究文献的基础上,对落锤式弯沉仪(FWD)与贝克曼梁(BB)两种不同性质弯沉仪测试弯沉数据间的相关性进行了研究,并利用实测弯沉数据对两者间的转换关系进行了对比验证.结果表明:相对贝克曼梁,落锤式弯沉仪稳定性高,且能较好的模拟行车荷载;两者间测试数据存在一定的相关性,但受试验路段结构及地域条件影响较大.

级配碎石基层沥青路面FWD反算模量换算系数

为了获取真实反映沥青路面结构力学特性和材料性状的结构模量参数，铺筑了4种结构级配碎石基层沥青路面足尺试验路，对其进行加速加载疲劳破坏试验和路面弯沉检测。基于FWD弯沉测试方案，应用分层检测分析方法逐层检测了路面结构层的弯沉，并根据足尺路面加载破坏的损坏程度，进行了路表FWD弯沉测试和弯沉迭代反演，分析了FWD反算模量受荷载水平、位置和路面温度的影响规律，建立了FWD反算模量与实验室动态模量的关系，提出了沥青混凝土、级配碎石和路基土实验室动态模量与FWD反算模量的换算系数K。研究结果表明：沥青混凝土模量受温度和轮载作用的影响最大，路面结构完好的沥青层反算模量换算系数 K＝0．7～1．0；路面出现Top-down开裂后，K＝1．3～1．5；沥青层层底出现疲劳破坏时，K＞1．5；级配碎石层反算模量换算系数为1．32～1．49；土基反算模量换算系数与其所受的应力水平及土质类型相关，随应力水平的降低，土基反算模量换算系数减小。

基于FWD动态弯沉盆进行模量反算方法概述

指出利用弯沉盆数据,对路面各结构层材料模量(性能)进行反算,是评价路面工作性能的重要手段,参考了大量相关文献,就目前国内外常用的反算方法进行了分析比较,对模量反算方法进行了展望。

基于FWD的路面模量反算方法及影响因素分析

以目前道路检测工程中常用的落锤式弯沉仪(FWD)为基础,从反算原理入手介绍了当前国内外较为流行的路面模量反算方法,并比较了各种方法的优缺点。同时从力学模型、数学方法以及数据误差等方面分析了基于FWD反算路面结构层模量的影响因素,并进一步指出了现行方法中存在的问题,为该问题的进一步研究打下基础。

基于FWD的旧路路基模量反算的问题探讨

利用实测弯沉数据反算结构层模量是落锤式弯沉仪(FWD)应用于旧混凝土路面结构检测的核心所在。但是,由于路面结构层参数的多元性,路基反演模量有时可能偏离实际。为寻其根源,作者结合成绵高速公路路面检测,采用有限元分析软件ANSYS,建立了路面非线性有限元模型,并在此基础上,以路基下卧刚性层及路基材料非线性为可变参数,对比了4种不同组合情况下的路基反演模量,发现:路基下卧刚性层的深度对检测数据的反演结果有显著影响,而路基土的非线性性质对反演结果影响有限。因此认为,基于FWD检测数据的结构层模量反演时,可以将路基近似为线弹性体。

沥青路面FWD反算模量的温度修正方法

为明确温度对沥青路面反算模量的影响,采用FWD对4种沥青路面结构,在不同温度下进行了弯沉盆试验。采用软件进行了模量反算,对路面沥青层反算模量的温度修正系数K与温度的关系进行分析,由此建立了温度修正模型,并针对现行设计规范和检测规程对沥青层温度取值的不同要求,分别进行参数规划求解,拟合效果良好。该模型满足在极高温度和极低温度存在两条渐近线,且当T=20℃时,K为1的要求。经比较证明,该模型弥补了原有方法随着温度的增加而无限增大和温度的降低而趋向于0的缺点,符合实际,可应用于FWD评价沥青层力学性质的方法中。

FWD荷载下沥青路面动力响应的温度影响作用研究

为研究不同温度条件下沥青路面的实际动力响应规律,铺设了3种典型沥青路面试验路,通过落锤式弯沉仪(FWD)开展了温度对路表动态弯沉盆特性的影响作用分析,并通过动态应变传感器获取了不同温度下FWD荷载产生的沥青层底应变响应。研究结果表明:路表动态弯沉盆的各测点弯沉值随径向距离的增加逐渐减小,随荷载水平的增加逐渐增大,随路面温度的增加显著增大;随着温度的提高,路表动态弯沉盆的影响范围显著减小;通过回归分析方法确定沥青层底应变响应的温度修正系数,有助于实现实际温度下的应变响应向标准参照温度的转换。

基于FWD和温度梯度的CRCP反演方法修正

为了减少温度梯度对连续配筋混凝土路面(CRCP)反演分析的影响,对CRCP在极端环境(混凝土板顶与板底温度差值|ΔT|≥13.32℃)下的反演方法进行了修正.采用二维有限元软件ILLISLAB建立在不同温度差值(|ΔT|=4.44,8.88,13.32,17.76℃)和FWD荷载共同作用下的CRCP双车道模型,通过有限元模型得到理论弯沉值,对原有反演方法进行可靠性验证,量化不同温度差值对反演结果的影响.结果表明:当|ΔT|≥13.32℃(24)时,对横向裂缝间距大于3.0 m(10 feet)的CRCP,温度差值引起的反演参数(地基反应模量k值、混凝土弹性模量E和有效厚度heff)误差分别高达66.6%,27.8%和8.5%,难以忽略,进而提出适用于该环境下的反演方法.最后,将其应用到美国芝加哥某收费高速公路的CRCP试验段上,结果表明该路段中混凝土板与基层的层间黏结情况整体较好.

FWD在道路工程中的应用

在研究目前国内外技术成果的基础上,结合道路工作实践, 对FWD的工作原理及检测方法作了简单介绍,对FWD的应用作了一些分析和概括。

FWD与BB工作性能对比试验研究

针对目前道路检测领域落锤式弯沉仪(FWD)与贝克曼梁(BB)共存的现状,对两种设备的工作性能如测试稳定性及对行车荷载的模拟能力进行了对比分析.研究结果表明:相对贝克曼梁,落锤式弯沉仪稳定性高,且能较好的模拟行车荷载.

落锤式弯沉仪(FWD)在老路改造工程中的应用研究

落锤式弯沉仪(FWD)可以测定路面在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆,并通过刚度组成分析得到各结构层的回弹模量,再结合路面钻芯、DCP测试等检测手段,能较好地反映老路状况,从而指导老路改造设计,达到优化设计方案、降低工程投资的目的。

温度在混凝土路面中的传播规律及对弯沉值的影响

为进一步研究温度在混凝土路面中的传播规律和对弯沉值的影响,采用落锤式弯沉仪(FWD)对温度梯度作用下的混凝土路面动态弯沉开展了试验研究。通过进行混凝土路面各层温度实时监测和考虑温度变量的混凝土路面板主点弯沉试验,得到弯沉值数据与实时温度及温度在水泥混凝土路面中的传播规律,研究结果表明:气温是影响路面结构温度的主要因素之一,混凝土路面各层温度与路表温度变化趋势相同;早上6时至下午15时期间,随着地表温度的升高,各埋深所测温度依次升高,下午15时左右达到温度梯度峰值;在50,60,70kN荷载作用范围内各层温度对应所测弯沉值呈现高度相关的线性关系。

典型病害处路面弯沉盆信息分析与模量反演

以京港澳高速公路沥青路面为研究对象,采用落锤式弯沉仪(FWD)对不同试验路段路面的弯沉进行检测并分析弯沉盆参数(Deflcetion Basin Parameters,DBP),同时用反算软件SIDMOD、BISAR软件分别进行弯沉盆模量反演、结构受力理论分析,得出典型病害与模量对应关系。

沥青路面动应变响应及其动荷载作用等效换算

通过现场动态实测试验,获取了在FWD冲击荷载与BZZ-100标准行车荷载作用下沥青面层底部的应变响应特征及其温度敏感性,研究了FWD冲击荷载与标准行车荷载作用间的等效换算关系。研究表明:在动荷载作用下,沥青面层底部主要呈受拉状态,其纵向应变响应大于横向应变;应变响应量随FWD荷载增大而增大,随行车荷载车速增大而减小;面层层底应变响应的温度敏感性主要与路面结构组合有关,受荷载变化的影响较小;面层底应变响应的温度敏感性排序为:倒装式路面S2>组合式路面S3>半刚性路面S1;随着FWD荷载增大,与其等效的行车荷载所对应的车速水平逐渐降低;在相同FWD荷载下,不同类型路面对应的等效行车荷载速度水平为:S1>S3>S2;建立了FWD荷载与标准行车荷载间的等效换算关系,有助于FWD荷载更准确地模拟实际行车荷载。

美国路基土回弹模量确定方法研究现状

路基土回弹模量是表征土基强度的力学参数,是路面结构设计的主要参数,对路表弯沉和路面设计层厚度的确定有很大的影响。回顾了美国地区路基土动态回弹模量室内试验方法、预估本构模型及室外试验方法的最新研究进展,并对其做了评述,指出了研究发展方向。

基于同伦方法的路面模量反算研究

根据最优化问题的极值条件 ,将模量反算转化为非线性映射求零点的问题 ,结合数值微分计算弯沉对模量的一阶和二阶偏导数 ,建立了基于同伦方法反算路面模量的数学模型 ;并采用 LI-YORKE算法求解微分方程初值问题跟踪同伦曲线 ,获得模量的反算结果 ,在此基础上编制了相应的模量反算程序。通过对 3种路面结构的落锤式弯沉仪 ( FWD)的实测弯沉盆进行模量反算 ,并与国内外其它反算程序比较 ,验证了同伦方法反算结果的精度和可靠性。同时 ,通过选取不同初始值进行反算比较 ,验证了同伦方法的大范围收敛性和反算结果的稳定性。结果表明 ,采用同伦方法进行路面模量反算有效地解决了常规最优化算法的初始值和局部收敛的问题 ,是一种精度好、速度快、效率高、结果稳定且大范围收敛的模量反算方法。

粘弹性层状地基上板的动力响应及其参数识别方法

本文系统地研究了粘弹性层状地基上板的动力响应及其结构材料参数识别方法。在一次样条半解析法求解粘弹性地基动力柔度系数[1]的基础上,应用子结构法求解了粘弹性层状地基上板的动力响应。应用快速富利叶变换将落锤式弯沉仪(FWD)所记录的荷载和时程反应曲线转化为频域内的一系列稳态振动[2],[3]。进而利用系统识别技术在频率域内反演结构材料参数。数值分析结果表明,该方法能有效地识别结构参数,从而为进一步研究FWD在混凝土道面的无损检测和承载力评价提供了基础。

沥青层反算模量的温度修正系数

采用落锤式弯沉仪(FWD)对上海地区路面结构进行评价,发现沥青层反算模量与沥青层温度间存在较好的指数关系,建立了上海地区道路结构的沥青层反算模量与沥青层温度回归模型,推荐了沥青层反算模量温度修正系数值.将沥青层反算模量温度修正结果与室内外模量测试结果进行对比,结果表明所推荐的温度修正系数具有较高的可靠性.

粘弹性地基上多块板的动力时域反分析方法

本文针对具有接缝传荷的多块板动力反问题，提出一种在时域内解决的方法。首先 应用有限元方法对多块板进行离散，并将地基简化为由弹簧和阻尼器组成的粘弹性地基，成 功地分析了粘弹性地基上多块板的动力问题［５］．进而根据系统识别方法，对落锤式弯沉仪（ＦＷＤ） 传感器所记录的时程曲线进行反演分析来确定结构参数。数值计算结果表明，该方法具有较 好的稳定性和收敛性。可以广泛应用于以落锤式弯沉仪（ＦＷＤ）为检测工具的混凝土路面上， 从而为进一步研究刚性路面的无损检测和承载力评价提供了技术基础。