FWD在弯沉检测中的应用_关于弯沉检测的说明

2020-02-28 其他范文下载本文

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道路工程论文：浅谈落锤式弯沉仪（FWD）在弯沉检测中的应用

摘要本文介绍落锤式弯沉仪在路基路面弯沉检测中原理及应用，并分析其检测结果与传统贝克曼法之间的相关性。

关键词 FWD 弯沉检测应用

弯沉是指在规定的汽车标准轴载作用下,路基或路面表面汽车轮隙位置产生的垂直变形，它反映路基路面的综合承载能力，是公路检测中最普遍的路面结构状况评价指标之一。

我国各级公路部门弯沉检测，多采用贝克曼梁（Benkleman Beam，简称BB），即在规定的标准轴载作用下，路基或路面表面轮隙位置产生的垂直变形值（回弹弯沉），利用载重汽车加载，人工读取百分表的读数,以此来测量路基或路面表面的回弹弯沉值。该方法操作简单，但存在以人工操作工作强度大，效率低；计算参数受主观因素影响及所测结果不能反映行车荷载作用下的动力特性和整个弯沉盆形状等缺点。

近年来，弯沉检测设备及其相应的检测技术得到了迅速的发展。落锤式弯沉仪（Falling Weight Deflectometer，简称FWD），作为目前世界上较先进的路面强度无损检测设备之一，得到了广泛的应用，其代替传统的BB法已越来越得到人们的认可，并已列入《公路路基路面现场测试规程》（JTJ 059-95）（1）指定弯沉检测设备之一。1 FWD检测方法 1.1 FWD工作原理与方法

FWD由拖车（包括加载系统和位移传感器）与微机控制系统（包括控制及数据采集处理部分）组成。其工作原理是：在计算机控制下，把一定质量的重锤由液压传动装置提升至一定高度后自由落下,冲击力作用于承载板上并传递到路面,从而对路面施加脉冲荷载,导致路面表面产生瞬时变形,分布于距测点不同距离的传感器检测结构层表面的变形,记录系统将信号传输至计算机,即测定在动态荷载作用下产生的动态弯沉及弯沉盆。测试数据可用于反算路面结构层模量,从而科学地评价路面的承载能力。

检测对不同路面结构，采用不同弯沉盆半径。路基或柔性基层沥青路面，传感器分布在距荷载中心2.5m范围内即可；采用半刚性基层沥青路面结构的高等级公路, 弯沉影响半径以3～5m为宜，传感器应布置在距荷载中心3～4m范围内，在计算机控制下自动量测,所有测试数据均可显示在屏幕上或打印或存储在软盘上。可输出作用荷载、弯沉（盆）、路表温度、弯沉平均值、测点间距、标准差、变异系数及代表弯沉值等数据。1.2 FWD法的优点

与BB法相比，FWD具有以下优点：

（1）可同时检测刚性路面和柔性路面；

（2）应力应变和弯沉与实际交通荷载下的结果较吻合；（3）可测出弯沉盆的形状；

（4）可分析路面结构层；

（5）速度快，无需交通管制；

（6）操作过程均由电脑控制，精度高。2 FWD法与贝克曼梁法的相关性

由于我国路面设计和检测以BB回弹弯沉值为准，故《路基规程》（1）要求FWD测试值必须根据对比试验换算BB法测试值，建立两种方法之间的转换公式，且相关系数不得

2.1 试验装置及测试要求

FWD挂车一辆，测试系统技术指标：

（1）荷载范围：（3～7）×104N；

（2）位移传感器分辨力：1μm；

（3）位移传感器系统扩展不确定度：5%；

（4）系统测速:每点3次,共约1min；

（5）位移传感器数量9个,弯沉盆半径1.829m；

（6）脉冲荷载形态：近似半正弦波,脉宽50ms。

BB测试采用后轴重100kN的标准黄河,贝克曼梁2 台,杠杆长5.4m，前后臂比例2∶1。

2.2 选择路段

选择结构类型完全相同的路段，不同地区选择代表性路段，每种相同结构、每次对比试验应不少于50个测点，弯沉值应有一定的变化幅度。2.3 数据采集与处理

试验选择了福州洪湾路（三环路）沥青混凝土路面作为测试路段。FWD测试间距取20m，为提高测试精度，预先用白灰布置好测点，保证在测试过程中，无论FWD还是BB法均在同一点上测试，测试中在同一测点锤击3次,取后2点测定结果的平均值作为该测点的实际测定弯沉值,与贝克曼梁在标准轴载下轮隙中心位置的测定值作对应分析。根据对比试验结果,以50个实测点进行回归分析（见图

1、图2），求出FWD与BB的相关性r=0.964，得出相关性方程为：

LBB=0.96083×LFWD+15.72387

式中，LBB、LFWD分别为贝克曼梁和FWD测定的弯沉值。

图1 FWD-BB法弯沉数据对照图

图2 FWD-BB相关性分析 2.4 复现性试验

为检验FWD测试数据的复现性,对该路段进行了落锤式弯沉仪和贝克曼梁的重复性试验以进行对比。试验数据统计见表1。从标准偏差和变异系数可以看出，落锤式弯沉仪的复现性优于贝克曼梁。

表1 对比统计结果 2.5 试验结论

（1）两种测量结果具有良好的对应关系,FWD与BB法的测量结果趋势相同。

（2）FWD法避免了人为误差，测试精度高于BB法。

如果对比试验结果相关性较差,应对结果进行分析比较, 以确定合理检测方案。3 结束语

FWD模拟快速运动的汽车轮载进行路面弯沉测试,改变了传统静态测试系统的缺陷,能够反映出路面在动载作用下的实际变形情况。且精度更高、测试速度更快。

FWD与贝克曼梁在相同条件下测得的弯沉值具有良好的相关性。但对于不同的结构,相关性公式会有较大出入,在工程检测应用中，可分别统计分析不同结构层的相关关系,并将所有结构层的弯沉转换公式汇总分析,通过设定一结构层影响系数,进一步研究得出统一的相关关系式。