基于现场监测的路面温度场模型与基层应变累积研究

摘要

道路在实际运营过程中的受力状态非常复杂，不仅受到车载的长期循环作用，还受到温度场循环变化作用。一方面重载车增多，超载现象严重已成为普遍现象;另一方面，近年来全国各地各类极端天气频繁出现，如2013年夏季的极端高温和2016年冬季的大范围罕见低温。这些因素均使得研究我国道路在实际使用中的工作性能显得十分重要。
　　在道路内埋设不同类型传感器，可以对运营道路内部状态进行监测。本文选用温度传感器，动态应变传感器和静态应变传感器，分别对大粒径沥青碎石基层道路、水泥稳定碎石基层道路和泡沫沥青基层道路进行1年期现场监测。
　　温度传感器用于实时监测道路内部不同深度处温度，每10分钟采样一次，监测期限1年。通过对实测温度数据变化特征的观察，建立了不同深度处测点温度之间的椭圆模型，经过实测数据证明了模型的精度较高。与传统统计方法相比，该方法建立在固定模型的基础上，并不依赖于回归分析，易于延伸应用;和理论计算方法相比，该方法则计算简单，且获得参数也较多。
　　动态应变传感器用于监测水泥稳定碎石基层底短时动态响应应变，采样频率为100 Hz，间隔6个月进行一次测试。通过实测数据对比了基层底不同测试截面，不同方向，距路缘不同位置处应变之间的关系，并比较了不同运营时间后，基层应变响应的不同。另外，还通过实测数据分析出了车轮对基层底纵向应变的显著影响范围与基层底对于不同类型车辆的响应应变数据量级。
　　静态应变传感器用于监测水泥稳定碎石和泡沫沥青两种不同类型基层内应变监测，该传感器可同时测得测点温度数据，采样频率为每10分钟一次，监测期限均为1年。结合动态应变分析结果和监测路段交通量调查，可得出静态应变传感器测得数据绝大部分为不受车载影响下的基层应变，即为残余应变。由此，根据两种基层材料的不同特性，采用不同方法对测得应变数据进行温度修正，将所有数据转换到同一温度下，获得基层内塑性应变随时间的变化关系。
　　本文提出的温度场椭圆模型，为路面温度场的描述与预估提供了一种思路;提出的获取基层塑性应变累积方法为基层疲劳损伤分析提供了数据支持。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究思路与技术路线

2 现场监测与数据采集系统

2．1 概述

2．2 静态应变数据与温度数据采集系统

2．3 动态应变数据采集系统

2．4 传感器的布置与现场埋设

2．4．1 传感器的布置

2．4．2 传感器的现场埋设

3 温度场分析

3．1 概述

3．2 半刚性基层道路温度数据分析

3．2．1 短期温度数据分析

3．2．2 1年期温度数据分析

3．3 泡沫沥青基层道温度数据分析

3．3．1 短期温度数据分析

3．3．2 1年期温度数据分析

3．4 大粒径沥青碎石基层道路实测数据分析

3．4．1 短期温度数据分析

3．4．2 1年期温度数据分析

3．5 温度场计算模型的建立与验证

3．5．1 单周期温度计算模型

3．5．2 多周期温度计算模型与实测数据验证

3．5．3 椭圆长轴倾角与长短轴之比

3．6 本章小结

4 不同类型基层应变分析

4．1 水泥稳定碎石基层实测应变分析

4．1．1 动态响应应变分析

4．1．2 静态应变分析

4．1．3 残余应变、温度与时间之间的关系

4．2 泡沫沥青基层实测静态应变分析

4．2．1 短期静态应变数据分析

4．2．2 1年期静态应变数据分析

4．2．3 基层内，应变、温度与时间之间的关系

4．3 本章小结

5 结论与展望

5．1 主要工作与结论

5．2 不足与展望

参考文献

作者介绍

攻读硕士期间已发表的论文