基于碾压工艺的沥青路面压实度检测方法及振动测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于碾压工艺的沥青路面压实度检测方法及振动测试系统，包括如下步骤：构建振动轮

【技术实现步骤摘要】
基于碾压工艺的沥青路面压实度检测方法及振动测试系统


[0001]本专利技术涉及路面施工质量监测
，具体而言，涉及一种基于碾压工艺的沥青路面压实度检测方法及振动测试系统
。

技术介绍

[0002]目前，随着对于交通运输行业的重点发展，公路作为交通基础设施重要的组成部分，在满足运输需求中发挥着不可替代的作用
。
[0003]近年来，由于气候环境的不断变化，交通流量的逐步增大及使用年限的增长，各等级公路的质量问题也不断凸显，尤其是沥青路面过早出现早期破坏，不得不进入养护维修期，导致既增大交通运行压力，又使得工程建设蒙受损失
。
通过路面情况调查
、
分析，发现压实度质量是确保路面施工质量的重要指标
。
[0004]现有技术中，双钢轮振动压路机是公路沥青路面施工中必备的压实工具，因其优异的压实特性，能够在规定时间和温度内将沥青路面快速压实
。
然而，在后续针对路面压实质量进行检测时，传统的检测方法均是在路面成型一定时间后进行，存在检测样本量小，工作量大，随机性大，时间滞后以及易对成型路面造成较大破坏性等等缺陷，同时缺乏结合路面的实际碾压工艺对路面压实度进行检测的手段，难以有效适应当前交通高质量建设发展的需要
。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术提供了一种基于碾压工艺的沥青路面压实度检测方法及振动测试系统，以解决现有技术中针对路面压实质量在路面成型之后进行事后检测时，存在的检测样本量小，工作量大，随机性大，时间滞后，易对成型路面造成破坏以及缺乏结合路面实际碾压工艺对其压实度检测的手段的技术问题
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种基于碾压工艺的沥青路面压实度检测方法，包括如下步骤：
[0008]构建振动轮
‑
路面材料二自由度动力学模型；
[0009]基于振动压路机的振动轮配置振动加速度测试系统；
[0010]根据振动加速度测试系统，配合实地路面试验段的碾压工艺进行实地实时振动加速度信号采集；
[0011]针对采集的振动加速度信号数据进行滤波处理与计算分析；
[0012]测量实地路面试验段对应其碾压位置的实际压实度，并进一步测得振动加速度有效值与实际压实度的相关关系
。
[0013]在上述技术方案的基础上，对本专利技术做如下进一步说明：
[0014]作为本专利技术的进一步方案，所述构建振动轮
‑
路面材料二自由度动力学模型，具体包括：
[0015]为研究振动压路机振动参数与所压实沥青材料的内在关系，构建相应振动轮
‑
路
面材料二自由度动力学数学模型作为分析基础；
[0016]首先将沥青混合料拟定为具有特定标准刚度和阻尼的弹性体，并基于压路机车架外形对压实质量的微小影响，将压路机车架简化为一质量块，且压实过程中始终保持压路机振动轮与沥青路面形成线接触，故拟定构建振动轮
‑
沥青混合料之间二自由度模型，以反映其动态过程；
[0017]基于该二自由度模型，得出以下动力学方程组：
[0018][0019][0020]式中：
—
上车速度
(m/s)、
加速度
(m/s2)
；
[0021]—
下车速度
(m/s)、
加速度
(m/s2)
；
[0022]m1—
上车质量，
kg
；
m2—
下车质量，
kg
；
m3—
随振材料质量，
kg
；
[0023]ω
—
激振频率，
rad/s
；
F0—
激振力，
N
；
[0024]k1、k2(K1、K2)—
减震器
、
铺层材料刚度，
N/m
；
C1、C2—
减震器
、
铺层材料阻尼，
Ns/m
；
x1、x2、x3—
上下车
、
随振材料瞬时位移，
m
；
[0025]将式
(1)、(2)
联立求解可得：
[0026][0027][0028][0029]式中：
A1＝
K1‑
m1ω2，
B1＝
C1ω
；
[0030]A2＝
K1，
B2＝
C1ω2；
[0031]C
＝
(m2+m3)m1ω4‑
(m2+m3)K1ω2‑
m1K2ω2‑
C1C2ω2+K1K2‑
m1K1ω2；
[0032]D
＝
K2C1ω
+K1C2ω
‑
(m2+m3)C1ω3‑
m1C1ω3‑
m1C2ω3；
[0033]振动系统无阻尼状态下的一阶
、
二阶固有频率
(
角频率
)
ω1、
ω2分别为：
[0034][0035][0036]式中：
G
＝
(m2+m3)K1+m1K2+m1K1；
[0037]由式
(5)
可知，当振动压路机的振动频率和振幅不变时，振动轮垂直方向上的振动加速度幅值只与被压实材料的刚度
(K)
和阻尼
(C)
相关；
[0038]由此得出，在沥青路面施工过程中，随着沥青混合料被不断压实，反馈到振动压路机振动轮上的振动加速度幅值为一随之变化的动态量
。
[0039]作为本专利技术的进一步方案，所述基于振动压路机的振动轮配置振动加速度测试系统，具体包括：
[0040]将振动加速度测试系统装配固定于振动压路机的振动轴；
[0041]在压路机压实作业过程中，其振动轮的位移和振动速度相对较小，但激振力和振动加速度相对较大，因此对于振动加速度测试系统的振动加速度监测阈值最大设置为
20g
，分辨率设置为
0.01g
，精度设置为
0.5
％，更新速率设置为
100Hz
，以此监测振动加速度关联反映沥青混合料的压实特性
。
[0042]作为本专利技术的进一步方案，所述根据振动加速度测试系统，配合实地路面试验段的碾压工艺进行实地实时振动加速度信号采集，具体包括：
[0043]基于振动压路机的振动轴装配振动加速度测试系统的振动加速度传感器与速度传感器，利用振动加速度传感器与速度传感器实时监测振动轴的振动加速度，并实时获取振动加速度与沥青混合料被碾压时压实度之间的相关关系
。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于碾压工艺的沥青路面压实度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：构建振动轮
‑
路面材料二自由度动力学模型；基于振动压路机的振动轮配置振动加速度测试系统；根据振动加速度测试系统，配合实地路面试验段的碾压工艺进行实地实时振动加速度信号采集；针对采集的振动加速度信号数据进行滤波处理与计算分析；测量实地路面试验段对应其碾压位置的实际压实度，并进一步测得振动加速度有效值与实际压实度的相关关系
。2.
根据权利要求1所述的基于碾压工艺的沥青路面压实度检测方法，其特征在于，所述构建振动轮
‑
路面材料二自由度动力学模型，具体包括：为研究振动压路机振动参数与所压实沥青材料的内在关系，构建相应振动轮
‑
路面材料二自由度动力学数学模型作为分析基础；首先将沥青混合料拟定为具有特定标准刚度和阻尼的弹性体，并基于压路机车架外形对压实质量的微小影响，将压路机车架简化为一质量块，且压实过程中始终保持压路机振动轮与沥青路面形成线接触，故拟定构建振动轮
‑
沥青混合料之间二自由度模型，以反映其动态过程；基于该二自由度模型，得出以下动力学方程组：基于该二自由度模型，得出以下动力学方程组：式中：
—
上车速度
(m/s)、
加速度
(m/s2)
；
—
下车速度
(m/s)、
加速度
(m/s2)
；
m1—
上车质量，
kg
；
m2—
下车质量，
kg
；
m3—
随振材料质量，
kg
；
ω
—
激振频率，
rad/s
；
F0—
激振力，
N
；
k1、k2(K1、K2)—
减震器
、
铺层材料刚度，
N/m
；
C1、C2—
减震器
、
铺层材料阻尼，
Ns/m
；
x1、x2、x3—
上下车
、
随振材料瞬时位移，
m
；将式
(1)、(2)
联立求解可得：联立求解可得：联立求解可得：式中：
A1＝
K1‑
m1ω2，
B1＝
C1ω
；
A2＝
K1，
B2＝
C1ω2；
C
＝
(m2+m3)m1ω4‑
(m2+m3)K1ω2‑
m1K2ω2‑
C1C2ω2+K1K2‑
m1K1ω2；
D
＝
K2C1ω
+K1C2ω
‑
(m2+m3)C1ω3‑
m1C1ω3‑
m1C2ω3；振动系统无阻尼状态下的一阶
、
二阶固有频率
(
角频率
)
ω1、
ω2分别为：分别为：式中：
G
＝
(m2+m3)K1+m1K2+m1K1；由式
(5)
可知，当振动压路机的振动频率和振幅不变时，振动轮垂直方向上的振动加速度幅值只与被压实材料的刚度
(K)
和阻尼
(C)
相关；由此得出，在沥青路面施工过程中，随着沥青混合料被不断压实，反馈到振动压路机振动轮上的振动加速度幅值为一随之变化的动态量
。3.
根据权利要求2所述的基于碾压工艺的沥青路面压实度检测方法，其特征在于，所述基于振动压路机的振动轮配置振动加速度测试系统，具体包括：将振动加速度测试系统装配固定于振动压路机的振动轴；在压路机压实作业过程中，其振动轮的位移和振动速度相对较小，但激振力和振动加速度相对较大，因此对于振动加速度测试系统的振动加速度监测阈值最大设置为
20g
，分辨率设置为
0.01g
，精度设置为
0.5
％，更新速率设置为
100Hz
，以此监测振动加速度关联反映沥青混合料的压实特性
。4.
根据权利要求3所述的基于碾压工艺的沥青路面压实度检测方法，其特征在于，所述根据振动加速度测试系统，配合实地路面试验段的碾压工艺进行实地实时振动加速度信号采集，具体包括：基于振动压路机的振动轴装配振动加速度测试系统的振动加速度传感器与速度传感器，利用振动加速度传感器与速度传感器实时监测振动轴的振动加速度，并实时获取振动加速度与沥青混合料被碾压时压实度之间的相关关系
。5.
根据权利要求4所述的基于碾压工艺的沥青路面压实度检测方法，其特征在于，所述根据振动加速度测试系统，配合实地路面试验段的碾压工艺进行实地实时振动加速度信号采集，具体还包括：为提升振动加速度信号采集的准确性，将振动加速度传感器与速度传感器粘固于振动压路机未经减振的振动轴的振动马达一侧部；所述实地路面试验段选取为沥青混合料路面中面层，并对应沥青混合料路面中面层的碾压工艺确定采样频率，并设置测试系统相关参数，使振动压路机保持速度为
5km/h
匀速作业，依照上述碾压工艺进行振动加速度信号采集
。6.
根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤建华，贾飞，李志辉，马进学，王平，杜金钊，刘小川，包聪，王思强，陈红江，
申请(专利权)人：中交路桥华北工程有限公司中交建冀交高速公路投资发展有限公司中交投资有限公司河北省交通建设监理咨询有限公司，
类型：发明
国别省市：