[发明专利]基于路面监测的公路机场沥青道面模量反算装置及方法

说明书

本发明涉及一种基于路面监测的公路机场沥青道面模量反算装置及反算方法。它满足公路/机场沥青道面在不停车/停航条件下的沥青层模量实时评估需求。它需要在沥青路面的沥青层层底埋设横向应变传感器、纵向应变传感器、竖向应变传感器、土压力计、温度传感器、轴位置传感器；通过光纤光栅解调仪对监测数据进行采集，并获得车辆/飞机荷载关键信息，如行驶速度、轴位置、应力/应变响应、路面温度等，用于反算的输入；最后通过双层层状弹性体系解析方法，将路面结构沥青层看作整体，沥青层以下结构视为半空间体，反复迭代计算沥青层模量，从而实现公路/机场沥青道面沥青层模量反算与评估。

技术领域

本发明涉及一种基于路面应力应变监测的公路机场沥青道面模量反算装置及反算方法。

背景技术

真实掌握路面结构的内部工作状况是极为重要的，路面结构体系作为一个外部结构物，不但自身构造复杂，材料性质差异多样，而且受外界环境和荷载的反复作用，其内部的工作状态不可避免地受到影响，从而体现在宏观使用性能的降低；其中沥青层模量就是一个反映路面使用性能的重要参数，其与沥青路面疲劳和车辙演变有很大关联，因此，适时掌握评估在自然环境和车辆/飞机荷载作用下路面沥青层的模量，有助于及时做出道面结构的“健康状况”的评估，从而及时、合理、优化的做出道面结构养护维修决策。

以往路面模量测试方法，如承载板法、落锤式弯沉仪(FWD)等，均是在停止交通的前提下，对路面表面进行加载，并测试路表弯沉，以反算各结构层模量，然而路表弯沉反映的路面综合承载能力，而不能体现路面多层结构的材料性质差异，故路面各结构层模量无法通过弯沉数据反算并迭代收敛，基于信息融合和光纤光栅传感技术的路面结构性能监测技术可以实时掌握路面结构内部受外界环境和荷载的反复作用下的应力、应变、温度等信息，并通过双层层状弹性体系理论迭代收敛沥青层模量，为路面模量反算提供了新方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种不需停车、停航，可在沥青道面内部监测，能体现路面多层结构的材料性质差异，从而使路面结构层模量通过应力应变监测数据反算并迭代收敛的沥青道面模量反算装置及反算方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于路面监测的公路机场沥青道面模量反算装置，它包括横向应变传感器、纵向应变传感器、竖向应变传感器、土压力计、温度传感器、轴位置传感器、光纤光栅解调仪、服务器和双层层状弹性体系解析计算装置；所述横向应变传感器、纵向应变传感器、竖向应变传感器、土压力计、温度传感器和轴位置传感器均为光纤布拉格光栅传感器；所述横向应变传感器、纵向应变传感器、竖向应变传感器、土压力计、温度传感器和轴位置传感器均安装在路面沥青层层底；光纤光栅解调仪、服务器设置于安全区域机房内；双层层状弹性体系解析计算装置与服务器配合设置。

所述的横向应变传感器垂直于车辆/飞机行驶方向埋设于沥青层底部，且针对不同车辆轴型分布于车辆加载的区域，针对不同的机型轮组分布于距离道中线(主起落架间距+轮距)/2处；每个横向应变传感器均用于测量沥青道面的横向应变；所述横向应变传感器的横向应变信号输出端分别与光纤光栅解调仪的横向应变信号输入端连接；所述的横向应变传感器设置至少两个。通过两个横向应变传感器的响应峰值时间差和纵向埋设间距，可确定行驶速度。

所述的纵向应变传感器平行于车辆/飞机行驶方向埋设于沥青层底部，且针对不同车辆轴型分布于车辆加载的区域，针对不同机型轮组分布于距离道中线(主起落架间距+轮距)/2处；每个纵向应变传感器均用于测量沥青道面的纵向应变；所述纵向应变传感器的纵向应变信号输出端分别与光纤光栅解调仪的纵向应变信号输入端连接；所述的纵向应变传感器设置至少两个。通过两个纵向应变传感器的响应峰值时间差和纵向埋设间距，可确定行驶速度。