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无损检测之路面无损检测技术的新发展


  来源: 21IC中国电子网 时间:2018-10-16 编辑:思扬
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自20世纪60、70年代以来,许多国家都陆续建立了较为完善的道路养护管理系统,这些系统的建立有效地保证了养护的科学性,但普遍面临数据采集手段相对落后的问题:大量的设备在使用时费时、费力、对交通影响大,有些还要破坏路面结构的完整性,而且数据的精度也难以得到保证。为此,各国针对道路检测技术开展了深入研究,并且随着计算机技术、自动化控制技术、高精度测微技术的进步,在最近的20年里有突破的进展。我国从20世纪80年代后期开始,通过设备与技术引进和自主开发,在路面检测方面也有了巨大的发展。本文在国内外考察与研究的基础上,总结了路面主要无损检测技术和相关研究的最新进展,分析了在我国的应用与研究情况及发展趋势。




1.无损检测技术与相关研究

1.1 弯沉测试 落锤式弯沉仪(FWD)是目前应用较为广泛的弯沉检测设备,代表了弯沉检测的发展方向。它的基本原理是通过液压系统提升和释放荷载块对路面施加冲击荷载,荷载大小由落锤质量和起落高度控制,荷载时程和动态弯沉盆均由相应的传感器测定。20世纪60年代,法国首先提出冲击式动力弯沉仪的初步设想,70年代后期丹麦和瑞典首先研制成FWD。80年代以后,美国、英国和日本等相继引进和仿制了这种弯沉仪。研究表明,FWD的冲击荷载与时速60~80公里的车辆对路面的荷载相似,可以较好地模拟行车荷载作用,并且测速快,精度高,因此自20世纪80年代初以来,FWD在国际上得到日益广泛的应用,至今已有50多个国家和地区引进了FWD。

美国联邦公路局经过对比分析,确认FWD是较理想的路面承载能力评定设备,并选为实施SHRP计划中路面承载能力评定部分的重要设备;壳牌石油公司也已正式将FWD的应用纳入壳牌路面设计手册[1]。美国早在1994年就有80%的州拥有至少一台FWD,我国到2001年底有约40台FWD在各地使用,并且用户数还在不断地增加。 继FWD之后,新一代弯沉仪RWD(Rolling Wheel Deflectometer 滚轮式弯沉仪)正处于研究阶段。它是采用高频激光扫描,连续地记录行驶中的测试车在路表产生的弯沉,测试速度约55英里/小时。

目前主要有Dynatest(丹麦)与Quest Integrated(美国)合作、美国密西西比州的ARA (Applied Research Associates)公司和瑞典的RDT等机构从事RWD的研制工作,第一代产品已经问世,精度适合于路网普查。RWD的最大优点是:所记录的是真实受力状态、而不是模拟荷载状态下的弯沉,并且测速远大于FWD,因此对交通的影响较小,是较为理想的弯沉检测设备,因此是此类设备的重要发展方向。 得克萨斯大学开发的RDD(Rolling Dynamic Wheel Deflectometer 滚动动力弯沉仪)的加载原理与RWD相似,但弯沉的测量采用的是滚动式弯沉传感器。它的测试速度约2.5Km/h,可以同时提供路表破损摄像。RDD的主要优点是连续测量,信息量大,但由于测试速度慢等原因,用户很少。 在美国,拥有FWD的用户绝大部分都配套使用分析软件,最常用的为DARWIN、AASHTO、MODULUS、EVERCALC、ILLIBACK、EVERPAVE等,主要分析功能是性能评价和罩面设计。

这与我国的情况有较大区别,据了解,我国绝大部分FWD用户单位没有配套的分析软件,FWD也仅作为一种高精度的弯沉测量仪器在使用,仅有少数研究性单位在进行深入探讨。 国内外围绕着FWD所开展的研究主要包括: 更可靠的模量反演技术。通过对FWD所测弯沉盆数据的分析,反演路面结构层的弹性模量。目前的重点和需要解决的问题包括路面结构力学特性的模拟、反分析的适定性(存在性、唯一性、稳定性)、反演结果的验证与应用等。 与加速路面试验(APT)相结合的试验研究。在试验路上进行加速破坏试验,路面结构内设置各种传感器,测试应力、应变、温度、含水量等信息。在试验过程中,采用FWD进行弯沉检测、模量反演、性能评价及剩余寿命预测等试验和分析,并与荷载重复作用次数、应力、应变、表面破损等信息建立联系,从而修正FWD的性能评价和剩余寿命预测方法。

1.2 断面测试(平整度与车辙)路面断面测试主要用于计算两个指标,平整度(纵断面)和车辙(横断面)。其中平整度是评定路面质量的重要指标,是道路使用者判断道路好坏的直接依据。在20世纪70、80年代,平整度测量设备主要是水平仪、三米直尺等,测试精度低、速度慢,一般只能抽样调查;到90年代初,检测手段有一定的提高,如连续式平整度仪,但仍存在可重复性差、测试速度慢的缺点。而车辙的产生将对行车安全带来重大影响,尤其是在雨后的高速公路上,常用的检测设备是路面横断面仪和横断面尺。

关键词:无损检测 测试 路面检测    浏览量:3924

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