路基动态回弹模量现场测试设备及其测量方法技术

本发明专利技术公开了一种路基动态回弹模量现场测试设备及其测量方法，由具有显示、输入、存储功能的处理设备、测控系统、电液伺服加载油源系统、油压管、电液伺服作动器、支架系统、压力位移传感器、承载板、承压板、加重砝码组成。本发明专利技术能够解决规范现有检测方法没有考虑动荷载及与路基的实际工作状态不相符的问题，通过模拟路面行车荷载作用，并测得测试点的动荷载大小和路基结构层的位移值，自动计算生成路基结构层的动态回弹模量值。所测试的路基结构层的动态回弹模量值能够更为有效地反映动荷载条件下路基结构层的路基动态回弹模量，也能够更好地为公路、铁路设计参数提供技术支撑。

Field test equipment and method for dynamic resilient modulus of Subgrade

【技术实现步骤摘要】
路基动态回弹模量现场测试设备及其测量方法
本专利技术属于土木工程
，特别是涉及一种路基动态回弹模量现场测试设备及其测量方法。
技术介绍
随着国民经济的快速发展，我国的公路建设事业得到了快速发展，路基作为公路路面的基础，为公路路面提供支撑。公路路面设计的重要依据之一便是路基的回弹模量值，因此，如何准确测定路基的回弹模量值，尤其是现场测定路基的回弹模量值是非常关键的。目前，关于路基回弹模量的现场测试方法主要为贝克曼梁法和承载板法。贝克曼梁法主要用于现场测定路基的回弹模量值，其涉及到的主要设备有标准车、路面弯沉仪、路表温度计、百分表、接长杆。通过测试标准车(后轴双轮)轮隙中心处的回弹弯沉值后，并考虑温度修正、路面弯沉仪支点的变形修正因素，计算得到路基的代表弯沉值。通过测定(或通过规范选取)路基材料的泊松比，结合路基的代表弯沉值，计算结构层的回弹模量值，其测定的回弹模量值为静态回弹模量，属于结构层的静态回弹模量范畴。承载板法现场测定路基回弹模量，其涉及到的主要设备有加载设备(后轴重不小于60kN的载重汽车一辆)、现场测试设备(由千斤顶，测力计及球座组成)、刚性承载板一块(厚度20mm，直径为30cm的圆盘，圆盘边缘设有可调整高度的支座)、两台路面弯沉仪、液压千斤顶、秒表、水平尺。通过千斤顶开始加载，先进行预压，然后进行逐级加载卸载(通过压力表控制加载量)，记录每次加载和卸载时，两台路面弯沉仪上百分表的数值(每次加载和卸载都稳定一分钟后才进行读数)，通过压力～变形曲线，计算得到路基的回弹模量值。其测试的回弹模量值为结构层的静态回弹模量值。车辆在公路上行驶时，是通过路面结构层，将行车荷载传递给路基的，而车辆荷载是动荷载，因此路基受到的荷载应该为动荷载，动荷载下的路基回弹模量应为动态回弹模量；此外，由于车辆的速度不同、路面的平整度不同，传递至路基顶面的动荷载形式和频率也相应不同。路基回弹模量作为路面结构的设计参数，以往的路基设计规范中，都是通过测定路基结构层的静态回弹模量(现场承载板法、现场贝克曼梁法)来进行路基质量检测，与路面设计参数中的动态回弹模量不符合；同时，以往的检测方法没有考虑路面结构的自重，这与路基的实际工作状态不相符。综上所述，将路基结构层的动态回弹模量值作为路面的设计参数才是合理的，也是与路基的实际工作状态相符的；因此，一种新的能够表征路基结构在不同荷载大小与不同荷载周期下的现场测试设备开发是非常有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种路基动态回弹模量现场测试设备，解决了现有技术中没有考虑动荷载和路面结构层自重与路基的实际工作状态不相符的问题，同时也解决了现有技术中回弹模量检测值与动态回弹模量设计值不匹配的问题。本专利技术的另一目的在于提供一种路基动态回弹模量现场测试设备的测量方法，解决了现有技术中没有考虑路面结构的自重与路基的实际工作状态不相符的问题。本专利技术所采用的技术方案是，路基动态回弹模量现场测试设备，由具有显示、输入、存储功能的处理设备、测控系统、电液伺服加载油源系统、油压管、电液伺服作动器、支架系统、压力位移传感器、承载板、承压板、加重砝码组成；所述具有显示、输入、存储功能的处理设备与所述测控系统信号连接，所述测控系统与所述电液伺服加载油源系统信号连接，所述电液伺服加载油源系统通过所述油压管与所述电液伺服作动器相连，所述电液伺服作动器穿设于所述支架系统并与所述压力位移传感器信号连接，所述支架系统置于路基上，所述压力位移传感器与所述承载板相接触，所述承载板置于路基上并位于所述支架系统的中心位置，所述承压板套在所述承载板外围并与路基相接触，所述承压板上设置有所述加重砝码。进一步的，所述具有显示、输入、存储功能的处理设备上设置有预加动荷载系统，用于设置预加动荷载的加载波形、荷载大小、加载频率以及加载次数；以及根据采集到的测试数据，并根据采集到的动荷载大小和路基结构层的回弹变形位移值，计算路基结构层的动态回弹模量值；所述测控系统，用于接收所述具有显示、输入、存储功能的处理设备发送的预加动荷载的加载波形、荷载大小、加载频率以及加载次数，并对所述压力位移传感器受到的应力和变形进行测量和控制，使得路基动态回弹模量现场测试设备在运行中能够按照预先设定的指令进行；所述电液伺服加载油源系统，用于提供加载荷载；所述电液伺服作动器，用于给所述承载板施加荷载；所述支架系统，用于使所述电液伺服作动器稳固在路基的表面上，保障施加动荷载时路基动态回弹模量现场测试设备的稳定性，防止加载过程中荷载的偏移或所述承载板的跳动；所述承载板，用于承载所述电液伺服作动器所施加的荷载；所述承压板，用于放置所述加重砝码；所述加重砝码，用于模拟路面结构层自重，根据需求增减所述加重砝码来施加上覆压力。进一步的，所述路基结构层的动态回弹模量值是加载动荷载大小与路基结构层的回弹变形位移值的比值；加载波形为正弦波、三角波、矩形波、梯形波、斜波的任意一种；加载波形根据行车荷载确定，不同的波形模拟不同的行车荷载；加载时间由行车速度确定。进一步的，所述电液伺服加载油源系统总功率为11KW；电液伺服加载油源系统的荷载范围为0～25kN，测力分辨率为5N，施加荷载频率为0.1～25Hz。进一步的，所述电液伺服作动器竖向位移范围为0～100mm，位移分辨率精度为0.001mm。本专利技术所采用的另一种技术方案是，路基动态回弹模量现场测试设备的测量方法，具体按照以下步骤进行：步骤一、准备工作：在路基表面选定好测试点后，对路基表面进行整平，并确保实测路基表面的水平；步骤二、路基动态回弹模量现场测试设备安装工作：在已整平好的测试点区域上面安放承载板及承压板，承载板及承压板下表面需平整光滑且与路基表面完全接触，并确保承载板及承压板水平且两者互不接触；在承载板的上表面安装压力位移传感器，安装好之后检查压力位移传感器是否水平；根据路面结构层自重荷载，在承压板上安装加重砝码，保证路基上覆压力与路面结构层自重压力相同；在压力位移传感器上面安装好支架系统及电液伺服作动器，使支架系统稳定固定在路基的表面上；安装完之后，检查支架系统是否水平，如不平整，应该继续调整；步骤三、调试工作：将具有显示、输入、存储功能的处理设备与测控系统连接，再连接好电液伺服加载油源系统，再将油压管与电液伺服作动器连接；步骤四、试验设置工作：路基动态回弹模量现场测试设备安装和调试完成后，在具有显示、输入、存储功能的处理设备上选取预加动荷载的加载波形、荷载大小、加载频率以及加载次数；步骤五、数据收集：启动具有显示、输入、存储功能的处理设备，电液伺服作动器在指定的参数下进行工作，测控系统记录压力位移传感器的动荷载大小和路基结构层的回弹变形位移值，并将记录的数据传输至具有显示、输入、存储功能的处理设备并进行自动存储；步骤六、数据整理：具有显示、输入、存储功能的处理设备根据采集到的动荷载大小和路基结构层的回弹变形位移值，自动计算生成路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.路基动态回弹模量现场测试设备，其特征在于，由具有显示、输入、存储功能的处理设备、测控系统(3)、电液伺服加载油源系统(4)、油压管(5)、电液伺服作动器(6)、支架系统(7)、压力位移传感器(8)、承载板(9)、承压板(10)、加重砝码(12)组成；/n所述具有显示、输入、存储功能的处理设备与所述测控系统(3)信号连接，所述测控系统(3)与所述电液伺服加载油源系统(4)信号连接，所述电液伺服加载油源系统(4)通过所述油压管(5)与所述电液伺服作动器(6)相连，所述电液伺服作动器(6)穿设于所述支架系统(7)并与所述压力位移传感器(8)信号连接，所述支架系统(7)置于路基(11)上，所述压力位移传感器(8)与所述承载板(9)相接触，所述承载板(9)置于路基(11)上并位于所述支架系统(7)的中心位置，所述承压板(10)套在所述承载板(9)外围并与路基(11)相接触，所述承压板(10)上设置有所述加重砝码(12)。/n

【技术特征摘要】
1.路基动态回弹模量现场测试设备，其特征在于，由具有显示、输入、存储功能的处理设备、测控系统(3)、电液伺服加载油源系统(4)、油压管(5)、电液伺服作动器(6)、支架系统(7)、压力位移传感器(8)、承载板(9)、承压板(10)、加重砝码(12)组成；
所述具有显示、输入、存储功能的处理设备与所述测控系统(3)信号连接，所述测控系统(3)与所述电液伺服加载油源系统(4)信号连接，所述电液伺服加载油源系统(4)通过所述油压管(5)与所述电液伺服作动器(6)相连，所述电液伺服作动器(6)穿设于所述支架系统(7)并与所述压力位移传感器(8)信号连接，所述支架系统(7)置于路基(11)上，所述压力位移传感器(8)与所述承载板(9)相接触，所述承载板(9)置于路基(11)上并位于所述支架系统(7)的中心位置，所述承压板(10)套在所述承载板(9)外围并与路基(11)相接触，所述承压板(10)上设置有所述加重砝码(12)。


2.根据权利要求1所述的路基动态回弹模量现场测试设备，其特征在于，所述具有显示、输入、存储功能的处理设备上设置有预加动荷载系统，用于设置预加动荷载的加载波形、荷载大小、加载频率以及加载次数；以及根据采集到的测试数据，并根据采集到的动荷载大小和路基结构层的回弹变形位移值，计算路基结构层的动态回弹模量值；
所述测控系统(3)，用于接收所述具有显示、输入、存储功能的处理设备发送的预加动荷载的加载波形、荷载大小、加载频率以及加载次数，并对所述压力位移传感器(8)受到的应力和变形进行测量和控制，使得路基动态回弹模量现场测试设备在运行中能够按照预先设定的指令进行；
所述电液伺服加载油源系统(4)，用于提供加载荷载；
所述电液伺服作动器(6)，用于给所述承载板(9)施加荷载；
所述支架系统(7)，用于使所述电液伺服作动器(6)稳固在路基(11)的表面上，保障施加动荷载时路基动态回弹模量现场测试设备的稳定性，防止加载过程中荷载的偏移或所述承载板(9)的跳动；
所述承载板(9)，用于承载所述电液伺服作动器(6)所施加的荷载；
所述承压板(10)，用于放置所述加重砝码(12)；
所述加重砝码(12)，用于模拟路面结构层自重，根据需求增减所述加重砝码(12)来施加上覆压力。


3.根据权利要求2所述的路基动态回弹模量现场测试设备，其特征在于，所述路基结构层的动态回弹模量值是加载动荷载大小与路基结构层的回弹变形位移值的比值；加载波形为正弦波、三角波...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军辉，郑健龙，彭俊辉，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43