一种用于预测路面横向应变分布的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于预测路面横向应变分布的系统，包括交通荷载位置测量装置、路面力学响应测量装置和路面数据处理装置。本发明专利技术还提供了一种用于预测路面横向应变分布的方法，通过获取路面结构与材料参数，利用力学计算软件计算沥青层底不同荷载位置偏移量处的理论应变，并将理论应变比与荷载位置偏移量进行拟合构建关系曲线，然后将路面力学响应测量装置测量的应变带入关系曲线获取实际荷载位置应变，再以实际荷载位置为初始位置，通过将不同荷载位置偏移量带入关系曲线，计算不同荷载位置处的应变比，最后基于实际荷载位置应变预测路面横向应变分布。本发明专利技术实现了对路面横向应变的分布，为路面结构疲劳损伤的精准计算提供了科学依据。提供了科学依据。提供了科学依据。

【技术实现步骤摘要】
一种用于预测路面横向应变分布的系统及方法


[0001]本申请属于道路工程
，具体涉及一种用于预测路面横向应变分布的系统及方法。

技术介绍

[0002]目前路面疲劳损伤的监测中一般采用荷载直接作用位置作为最不利位置进行路面损伤计算。但在实际路面服役过程中，由于人为驾驶的随意性导致车辆并非总是在同一荷载位置反复通过，而是存在一定程度的车辆偏移，这导致目前的疲劳损伤计算方式一定程度上高估了路面的损伤程度，而精准疲劳损伤的计算依赖于路面结构力学响应在整个车辆荷载影响区域内横向分布情况，因此路面横向应变分布的计算问题亟待解决。

技术实现思路

[0003]本专利技术公开了一种用于预测路面横向应变分布的系统及方法，其基于弹性层状理论体系，结合路面结构的交通荷载位置、沥青层层底应变，可以预测路面横向应变分布，为路面结构疲劳损伤的精准计算，养护维修资金的高值化利用提供科学依据，从而可以有效解决
技术介绍
中涉及的技术问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种用于预测路面横向应变分布的系统，包括：交通荷载位置测量装置，埋设于路面结构的沥青层顶部，用于采集路面上行驶车辆的轮胎荷载横向位置数据；路面力学响应测量装置，埋设于路面结构的沥青层底部，用于测量路面结构层的层底应变数据；以及路面数据处理装置，用于接收所述交通荷载位置测量装置和所述路面力学响应测量装置分别输出的轮胎荷载横向位置数据和层底应变数据，并基于该数据预测路面结构的横向应变分布。
[0005]可选的，所述路面力学响应测量装置为成对安装的沥青应变计。
[0006]可选的，所述路面为高速公路路面。
[0007]本申请还公开了一种基于所述的用于预测路面横向应变分布的系统的用于预测路面横向应变分布的方法，包括以下步骤：步骤一，选取待预测的沥青路面，根据待预测沥青路面的路面参数，制备沥青混合料试样；步骤二，利用材料试验机对沥青混合料试样进行单轴压缩动态模量试验，测量在预定温度、预定加载频率条件下沥青混合料试样各结构层的沥青混合料动态模量；步骤三，将各结构层的沥青混合料动态模量输入力学计算软件中，基于弹性层状理论体系计算，选取一个路面结构力学响应装置安装的沥青应变计为初始位置，得到不同车辆荷载位置i时，沥青层层底的理论应变；
步骤四，将不同车辆荷载位置i处的偏移量Oi与最大应变比按照公式（1）和（2）进行拟合，得到两者关系模型：
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（1）
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（2）式中，为车辆荷载在位置i处时，选取的沥青应变计所产生的应变与最大应变之比；为车辆荷载在位置i处时，选取的沥青应变计所产生的理论应变；为沥青应变计所产生的最大理论应变，即i=1时的理论应变；为拟合系数；步骤五，将交通荷载位置测量装置测量到的实际车辆荷载偏移量Oi代入公式（2），得到选取的沥青应变计所产生的应变与最大应变之比；步骤六，将选取的沥青应变计与最大应变之比代入公式（3），得到实测最大应变；
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（3）式中，为路面结构力学响应测量系统测试获取的选取的沥青应变计产生的应变；为实测最大应变，即荷载所在位置应变；步骤七，以步骤五中交通荷载位置测量装置测量到的实际荷载偏移位置为原始位置，将不同车辆荷载偏移量Oj代入到公式（2）中，得到距离实际荷载位置右侧不同横向偏移量Oj处所产生的应变与最大应变之比；步骤八，将步骤七中获得的距离实际荷载位置右侧不同横向偏移量Oj处所产生的应变与最大应变之比代入公式（4），得到不同横向偏移量Oj时，沥青路面结构所产生的实际应变：
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（4）式中，为不同横向偏移量Oj时，沥青路面结构所产生的实际应变；为步骤六中获取的荷载所在位置应变；为步骤七中获取的选取的沥青应变计所产生的应变与最大应变之比；步骤九，基于车轮荷载所在位置横向两侧的对称性，得到车辆荷载所在位置左右两侧的全部路面横向应变分布。
[0008]可选的，所述路面结构包括从上至下依次设置的沥青层、粒料层和路基层。
[0009]可选的，所述沥青层包括从上至下依次设置的上面层、中面层和下面层。
[0010]可选的，所述路面参数包括沥青层中各结构层的厚度、泊松比、沥青混合料的动态模量。
[0011]可选的，所述力学计算软件为力学计算软件Bisar3.0。
[0012]本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术提出的系统实现了对路面交通荷载位置的实时监测，沥青路面结构层层底应变响应的实时监测，为路面结构横向应变分布的计算提供了实时荷载位置数据，提高了横向应变分布计算的准确性；2、本专利技术提出的方法配合用于预测路面横向应变分布的系统，通过获取路面结构与材料参数，利用力学计算软件计算沥青层底不同荷载位置偏移量处的理论应变，并将理论应变比与荷载位置偏移量进行拟合构建关系曲线，然后将路面力学响应测量装置测量的应变带入关系曲线获取实际荷载位置应变，再以实际荷载位置为初始位置，通过将不同荷载位置偏移量代入关系曲线，计算不同荷载位置处的应变比，最后基于实际荷载位置应变预测路面横向应变分布，为路面疲劳损伤的计算提供精准科学数据，对路面结构的养护维修具有重要指导作用。
附图说明
[0013]图1为本专利技术实施例提供的用于预测路面横向应变分布的系统框架结构图；图2为本专利技术实施例提供的路面结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的不同车辆荷载偏移示意图；图4为本专利技术实施例提供的路面横向应变分布图。
具体实施方式
[0014]下面将结合本专利技术实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0015]需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0016]另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0017]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于预测路面横向应变分布的系统，其特征在于，包括：交通荷载位置测量装置，埋设于路面结构的沥青层顶部，用于采集路面上行驶车辆的轮胎荷载横向位置数据；路面力学响应测量装置，埋设于路面结构的沥青层底部，用于测量路面结构层的层底应变数据；以及路面数据处理装置，用于接收所述交通荷载位置测量装置和所述路面力学响应测量装置分别输出的轮胎荷载横向位置数据和层底应变数据，并基于该数据预测路面结构的横向应变分布。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述路面力学响应测量装置为成对安装的沥青应变计。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述路面为高速公路路面。4.一种基于权利要求1
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3任意一项所述的用于预测路面横向应变分布的系统的用于预测路面横向应变分布的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，选取待预测的沥青路面，根据待预测沥青路面的路面参数，制备沥青混合料试样；步骤二，利用材料试验机对沥青混合料试样进行单轴压缩动态模量试验，测量在预定温度、预定加载频率条件下沥青混合料试样各结构层的沥青混合料动态模量；步骤三，将各结构层的沥青混合料动态模量输入力学计算软件中，基于弹性层状理论体系计算，选取一个路面结构力学响应装置安装的沥青应变计为初始位置，得到不同车辆荷载位置i时，沥青层层底的理论应变；步骤四，将不同车辆荷载位置i处的偏移量Oi与最大应变比 按照公式（1）和（2）进行拟合，得到两者关系模型：
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（1）
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（2）式中，为车辆荷载在位置i处时，选取的沥青应变计所产生的应变与最大应变之比；为车辆荷载在位置i处时，选取的沥青应变计所产生的理论应变；为沥青应变计所产生的最大理...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋小金，韩文扬，户桂灵，李刚，谈忠坤，王亚平，刘小金，潘勤学，
申请(专利权)人：湖南华城检测技术有限公司，
类型：发明
国别省市：