一种路面结构层内剪应力测试传感器及其埋设工艺与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种路面结构层内剪应力测试传感器及其埋设工艺与应用。所述传感器由埋设于同一平面内的第一传感器、第二传感器和第三传感器组成，其中第一传感器水平，第一传感器与第二传感器、第二传感器与第三传感器之间的夹角分别为α，β。其埋设工艺如下：将三支传感器按一定的角度布置在同一平面内并进行固定，测量角度α，β，然后采用将要埋入路面结构层位相同的材料将固定好位置的传感器埋入其中，并采用室内沥青混合料试件成型机对试件进行压实；将室内预制好的包含传感器的沥青混合料试件固定在将要埋设传感器的路面结构的相应位置。本发明专利技术能够测得沥青路面结构层内的剪应力，并提高传感器埋设的成功率。

【技术实现步骤摘要】
一种路面结构层内剪应力测试传感器及其埋设工艺与应用
本专利技术涉及一种路面结构层内剪应力测试传感器的布置方式、埋设工艺及其在测量沥青路面结构层内剪应力上的应用。
技术介绍
目前为了检测沥青路面结构层在行车载荷作用下的内部应力应变状态，多采用在沥青路面施工阶段，在路面结构层内埋设传感器的方法，所用传感器多为光纤光栅应变传感器。目前，在传感器的埋设工艺方面，是将传感器直接固定在路面结构层布设的位置，然后进行沥青混合料的摊铺与碾压施工；在传感器的布置方式上，由于受到沥青路面施工工艺及传感器埋设工艺的限制，传感器的布置方向多为路线的纵向(行车方向)、横向及竖向三个方向。目前的传感器的埋设方式，在沥青面层施工过程中压路机的碾压力会使得传感器承受很大的压力，导致传感器破坏使其埋设成功率降低；而在传感器的布置方式方面，由于传感器只沿线路的纵向、横向及竖向布置，这样可以得到这三个方向上的应变值，但其主要缺陷在于不能得到行车载荷作用下沥青路面结构层内的剪应力。而沥青路面层内的纵向剪应力与沥青路面的推移与拥包破坏密切相关，直接反映路面结构层间的联接性能；沥青路面层内的竖向剪应力与路面结构的车辙变形密切相关，直接反映路面结构层的抗剪切变形性能。
技术实现思路
为了能够测得沥青路面结构层内的剪应力，并提高传感器埋设的成功率，本专利技术提供了一种路面结构层内剪应力测试传感器及其埋设工艺与应用。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种路面结构层内剪应力测试传感器，由埋设于同一平面内的第一传感器、第二传感器和第三传感器三支应变传感器组成，其中第一传感器水平，第一传感器与第二传感器、第二传感器与第三传感器之间的夹角分别为α，β。一种上述路面结构层内剪应力测试传感器的埋设工艺，包括如下步骤：(1)室内制作预埋传感器的路面材料试件将三支传感器按一定的角度布置在同一平面内并进行固定，测量角度α，β，然后采用将要埋入路面结构层位相同的材料将固定好位置的传感器埋入其中，并采用室内沥青混合料试件成型机对试件进行压实。(2)传感器的施工现场埋设将室内预制好的包含传感器的沥青混合料试件固定在将要埋设传感器的路面结构的相应位置。一种上述路面结构层内剪应力测试传感器可用于测量沥青路面结构层内剪应力，具体测量方法如下：测量第一传感器、第二传感器和第三传感器三支应变传感器的应变分别为ε1，ε2，ε3，根据下式计算剪应变：则剪应力的计算公式为：τxy＝Gγxy，其中，G为剪切模量。本专利技术的优点主要有以下几点：1、该种传感器布置方式应用于路面结构中，可以测量得到路面结构层内的剪应变，进而通过计算得到其剪应力。而目前常用的传感器布置方式，不能得到路面结构层内的剪应变和剪应力。2、本专利技术提出的传感器埋设工艺，是预先在室内制作包含传感器的试件，然后将试件埋设于路面结构中，其优点在于两个方面：1)能够满足传感器布置方式的要求，保证传感器之间的位置关系比较精确；2)在传感器埋于路面结构的过程中，传感器外围的沥青混合料承受压路机的碾压作用，对试件内的传感器起到了保护作用，传感器不易破坏，提高了传感器埋设的成功率。附图说明图1为传感器布置图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。1、测量沥青路面层内部剪应力传感器的布置方法为了测量路面结构层内的剪应力，可将路面内部应力场简化为平面应力状态。此时可在同一平面内埋设三支应变传感器，其布置方式如图1所示。其中：第一传感器1水平，第一传感器1、第二传感器2、第三传感器3之间的夹角分别为α，β，角度的大小应结合传感器的长度及路面结构层的厚度(H)来确定，并保证图中试件截面高度(h)小于路面结构层的厚度(H)(即h＜H)，测得三支应变传感器的应变分别为ε1，ε2，ε3，可根据下式计算剪应变：则剪应力的计算公式为：τxy＝Gγxy，其中，G为剪切模量。2、传感器的埋设工艺如图1所示，路面结构层内剪应力测试传感器由埋设于同一平面内的第一传感器1、第二传感器2和第三传感器3三支应变传感器组成，其中第一传感器1水平，第一传感器1与第二传感器2、第二传感器2与第三传感器3之间的夹角分别为α，β。由于传感器之间的夹角要精确测定。如果将其直接埋入路面结构中，由于第二传感器2、第三传感器3与水平面之间有一定夹角，则第二传感器2、第三传感器3的位置不好固定，并且第二传感器2、第三传感器3在埋设过程中，要受到压路机碾压过程中产生的竖向力的作用，使得传感器产生较大的轴向压力及弯矩作用，容易导致传感器受力过大而破坏。为了解决这一问题，提出如下埋设工艺。1)室内制作预埋传感器的路面材料试件将三支传感器按一定的角度布置在同一平面内(如图1所示)，并进行固定，测量角度α，β，然后采用将要埋入路面结构层位相同的材料将固定好位置的传感器埋入其中，并采用室内沥青混合料试件成型机对试件进行压实，由于此时三根试件均为水平放置，所以在试件成型过程中，埋入的传感器不易损坏。制成的内含传感器的沥青混合料试件的尺寸大小应满足三支传感器均有3cm的沥青混合料保护层。2)传感器的施工现场埋设将室内预制好的包含传感器的沥青混合料试件，固定在将要埋设传感器的路面结构的相应位置，然后即可进行路面沥青混合料的摊铺碾压施工。施工过程中，由于传感器有预制的沥青保护层，在沥青混合料碾压的过程中，传感器不直接受力，传感器不易发生损坏，并且传感器的布置角度容易得到保证。在传感器试件的布置方向上有两种方式：1、三支传感器构成的平面与线路纵向(行车方向)平行，则可以测得沥青层内的纵向剪应力；2、三支传感器构成的平面与线路纵向(行车方向)垂直，则可以测得沥青层内的竖向剪应力。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路面结构层内剪应力测试传感器，其特征在于所述传感器由埋设于同一平面内的第一传感器(1)、第二传感器(2)和第三传感器(3)三支应变传感器组成，其中第一传感器(1)水平，第一传感器(1)与第二传感器(2)、第二传感器(2)与第三传感器(3)之间的夹角分别为α，β。

【技术特征摘要】
1.一种路面结构层内剪应力测试传感器的埋设工艺，其特征在于所述埋设工艺步骤如下：（1）室内制作预埋传感器的路面材料试件将第一传感器、第二传感器和第三传感器三支传感器按一定的角度布置在同一平面内并进行固定，其中第一传感器水平，第一传感器与第二传感器、第二传感器与第三传感器之间的夹角分别为α，β，测量角度α，β，然后采用将要埋入路面结构层位相同的材料将固定好位置的传感器埋入其中，并采用室内沥青混合料试件成型机对试件进行压实；（2）传感器的施工现场埋设将室内预制好的包含传感器的沥青混合料试件固定在将要埋设传感器的路面结构的相应位置，所述包含传感器的沥青混合料试件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云良，纪伦，王山山，谭忆秋，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23