光纤光栅在路面剪切应力测试中的应用研究

摘要

路面各结构层之间的抗剪性能是我国乃至世界上许多国家的设计规范或手册中涉及较少的力学指标。本文针对半刚性基层沥青路面结构特点，根据光纤光栅的应变感知特性，研制出适合于公路内部层与层之间的剪应力传感器，并在公路路面结构中进行实际测试应用。主要研究工作与成果如下：
　　 首先，对目前路面层与层之间剪应力测试方法进行了分析，提出基于光纤光栅传感的路面剪应力测试方法。选用具有耐腐蚀、稳定性好、抗电磁干扰、灵敏度高、尺寸小、重量轻、成本低等优点的光纤光栅传感器测试路面层与层之间剪应力。经实际试验证明：该测试方法稳定可靠、易于实现实时监测，且成本较低。
　　 其次，利用有限元软件ABAQUS建立半刚性基层沥青路面有限元模型，通过该模型分别分析轴载为13T、15.4T、18.7T及23.6T车辆轮胎在紧急制动工况下对路面载荷作用，路面各层间剪应力分布状况。
　　 然后，根据光纤光栅传感器的基本原理以及半刚性基层沥青路面具体施工情况，开发了适合于公路内部路面层与层之间剪应力测试的光纤光栅剪应力传感器；对光纤光栅剪应力传感器的应变特性进行实验标定。通过实验研究传感器的传感特性，获得了该传感器的性能参数，能够满足实际工程需要。
　　 最后，在新疆连霍高速赛果段采用研制开发的光纤光栅剪应力传感器对路面结构进行了不同工况的剪应力测试，比较了车速，车重和四种行车工况对各结构层剪应力的影响，经测试结果与有限元分析做比较，结果表明该传感器性能可靠稳定，具有良好的应用前景。