Падение веса прогибомер (FWD) является испытательным устройство используется инженерами для оценки физических свойств дорожного покрытия на автомобильных дорогах, местных дорогах, тротуарах аэропорта, акватории, железнодорожных путях и в другие местах. Данные, полученные от FWD, в основном используются для оценки структурной способности покрытия, для облегчения проектирования перекрытия или определения того, не перегружено ли покрытие. В зависимости от конструкции переднеприводной автомобиль может располагаться внутри буксируемого прицепа или может быть встроен в самоходное транспортное средство, такое как грузовик или фургон. Машины для комплексного исследования дорог обычно состоят из переднеприводного устройства, установленного на тяжелом грузовике, вместе с георадаром и глушителем удара .
Во время испытаний FWD подвергает поверхность дорожного покрытия импульсу нагрузки, который имитирует нагрузку, создаваемую катящимся колесом транспортного средства. Импульс нагрузки создается путем опускания большого груза на «буфер», который формирует импульс, а затем передается на дорожное покрытие через круглую пластину нагрузки. Данные собираются с различных датчиков для использования при анализе свойств дорожного покрытия после испытаний. Датчики прогиба используются для измерения деформации покрытия в ответ на импульс нагрузки. В некоторых FWD величина приложенного импульса нагрузки является предполагаемой постоянной величиной, определяемой конструкцией системы; в других силах измеряется датчиками веса.
Нагрузочная пластина может быть цельной или сегментированной. Сегментированные грузовые пластины адаптируются к форме дорожного покрытия, чтобы более равномерно распределять нагрузку на неровных поверхностях. Диаметр нагрузочной пластины обычно составляет 300 мм на дорогах и 450 мм в аэропортах, а нагрузка для дорожных испытаний составляет около 40 кН, создавая давление около 567 кПа под нагрузочной пластиной (50 кН / 707 кПа в соответствии с европейским стандартом).
Система воздействия нагрузки
Существует два различных типа систем воздействия нагрузки; одномассовые и двухмассовые. [1] [2]
В системе с одной массой груз опускается на единственный буфер [ требуется пояснение ], соединенный с нагрузочной пластиной, которая, в свою очередь, опирается на испытуемую поверхность. Одномассовые FWD обычно меньше, быстрее и дешевле, но при использовании на мягких почвах могут переоценивать пропускную способность дорожного покрытия из-за инерции массы материала дорожного покрытия. [3]
В системе с двумя массами груз падает на узел, состоящий из первого буфера, второго груза и второго буфера. [примечание 1] Это увеличивает продолжительность загрузки, что более точно моделирует нагрузку на колесо, дает более высокую воспроизводимость и дает более точный результат на покрытиях, построенных на мягких почвах. [4] [5]
Существуют также комбинированные системы с одной / двумя массами, в которых падающий груз и средний груз могут быть заблокированы вместе, давая короткий импульс 150 кН. В разблокированном режиме FWD работает как двухмассовая система, дающая импульс длительностью 50 кН.
Во всех системах важны форма импульса нагрузки и время нарастания, поскольку они могут влиять на пиковые значения центрального отклонения от 10% до 20%. [6]
Датчики отклонения
Датчики прогиба используются для измерения деформации покрытия в ответ на импульс нагрузки. Датчики устанавливаются радиально от центра нагрузочной пластины на типичных смещениях 0, 200, 300, 450, 600, 900, 1200 и 1500 мм (прогибы, измеренные на этих смещениях, обозначаются D0, D200, D300 и т. Д.) .
Используются два типа датчиков отклонения: геофоны и силовые сейсмометры . Сейсмометры имеют встроенные калибровочные устройства и более высокие диапазоны измерения отклонения (5 мм против 2 мм). В геофонах нет встроенных калибровочных устройств, и они более чувствительны к возмущениям непосредственно перед столкновением, поскольку первоначальная ошибка интегрирована [ требуется пояснение ] , но они намного дешевле, чем сейсмометры.
Анализ
Данные FWD чаще всего используются для расчета параметров конструкции дорожной одежды, связанных с жесткостью. Процесс расчета модулей упругости отдельных слоев в многослойной системе (например, асфальтобетон поверх основного слоя поверх земляного полотна ) на основе прогибов поверхности известен как «обратный расчет», поскольку нет замкнутой формы. решение. Вместо этого предполагаются начальные модули, вычисляются прогибы поверхности, а затем модули регулируются итеративным способом, чтобы сходиться с измеренными прогибами. Этот процесс требует больших вычислительных ресурсов, хотя и быстр на современных компьютерах. Это может дать весьма вводящие в заблуждение результаты и требует наличия опытного аналитика. Обычно используемым программным обеспечением обратного расчета являются:
- БАКФАА (Федеральное управление гражданской авиации)
- Clevercalc (Вашингтонский университет)
- ELMOD (Динатест)
- Evercalc (WSDOT)
- KGPBACK (Геотран)
- MichBack (Michigan DOT)
- Модуль (TxDOT)
- ПВД (КУАБ)
- PRIMAX DESIGN / RoSy Design (Sweco, бывший Carl Bro)
Многие аналитики используют упрощенные методы для расчета связанных параметров, которые носят эмпирический характер. Наиболее распространенным является максимальное отклонение под центром нагрузочной пластины (D0), которое связано с эмпирическими измерениями, такими как отклонение балки Бенкельмана (после незначительной корректировки различий в двух устройствах). Раньше некоторые использовали радиус кривизны (D0-D200), но сейчас это не в чести, потому что ясно, что стальная загрузочная пластина диаметром 300 мм влияет на форму отклоняющей чаши между центром (D0) и датчиком D200 на 200 мм. . Однако это означает, что много полезной информации о форме отклоненной чаши теряется. Хорак и Эмери опубликовали индексы, которые используют эту информацию: BLI = D0-D300 и дает представление о производительности базового курса, MLI = D300-D600 и дает представление о производительности подбазы, а LLI = D600-D900 и дает указание производительность земляного полотна. Эти и другие подобные показатели известны как факторы формы. Данные FWD также могут быть очень полезны, помогая инженеру разделить длину дорожного покрытия на однородные участки.
Данные FWD также можно использовать для расчета степени передачи нагрузки между соседними бетонными плитами и для обнаружения пустот под плитами.
Другие модели
Легковесный дефлектометр (LWD) - это портативный дефлектометр с падающим грузом, используемый в основном для проверки модулей основания и земляного полотна на месте во время строительства. Измерение LWD выполняется быстрее, чем метод измерения изотопов, и не требует эталонных измерений. Оборудование не имеет радиоактивных источников и может эксплуатироваться одним человеком, что позволяет проводить анализ данных на месте и распечатывать отчеты. [7] Некоторые LWD не имеют датчика веса и предполагают номинальное значение нагрузки, тогда как другие используют датчик веса для измерения фактической нагрузки. В зависимости от системы, LWD может иметь один геофон, расположенный в центре, или может иметь два геофона, обычно расположенных в положениях 300 и 600 мм.
Дефлектометр с быстро падающим грузом (FFWD) - это FWD с пневматическим или электрическим приводом, а не гидравлическим, что делает механику в несколько раз быстрее.
Дефлектометр тяжелого груза (HWD) - это дефлектометр падающего груза, который имеет более высокие нагрузки (обычно от 300 кН до 600 кН) и используется в основном для испытания покрытий в аэропортах. Распространенное заблуждение состоит в том, что для проверки способности аэропорта обслуживать тяжелые воздушные суда необходимы более высокие нагрузки, но на самом деле методы испытаний предназначены не для проверки прочности конструкции, а для определения свойств материала конструкции.
Дефлектометр с подвижным грузом (RWD) - это дефлектометр, который может собирать данные на гораздо более высокой скорости (до 55 миль в час), чем FWD, что позволяет собирать данные без контроля движения и закрытия полосы движения. [8] Он выполнен в виде тягача с прицепом с лазерными измерительными приборами, установленными на балке под прицепом. В отличие от FWD, который делает паузу для выполнения измерений, RWD собирает данные об отклонении во время движения. [9]
Материалы для испытаний описаны в ASTM D 4694, а метод испытаний определен в ASTM D 4695.140.
Заметки
- ^ В двухмассовой системе принцип действия основан на законе сохранения количества движения при упругом столкновении двух неравных масс.
Рекомендации
- ^ "КУАБ двухмассовый FWD" . Государственный университет Айовы . Проверено 12 марта 2014 .
- ^ «Патент KUAB на двухмассовый переднеприводной автомобиль» . Патенты Google . Проверено 6 июля 2015 года .
- ^ Crovetti, JA; Шахин М.Ю .; Touma, BE. «Сравнение двух устройств дефлектометра падающего груза, Dynatest 8000 и KUAB 2M-FWD». ASTM International. DOI : 10,1520 / STP19799S . Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Мейер, Роджер В. "Обратный расчет модулей гибкого покрытия на основе данных дефлектометра падающего веса с использованием искусственных нейронных сетей" . Инженерный корпус армии США . Проверено 24 января 2017 года .
- ^ Шахин, М.Ю. (2007). Управление дорожным покрытием для аэропортов, дорог и парковок (2-е изд.). США: Springer. ISBN 0387234659.
- ^ «Тестирование различных времен загрузки FWD». Бюллетень . Стокгольм, Швеция: Департамент дорожного строительства Королевского технологического института. 8 . 1980 г.
- ^ «Видео YouTube с легким дефлектометром» . Cooper Technology . Проверено 3 марта 2014 .
- ^ Эльбагалати, Омар; Эльсейфи, Мостафа А .; Гаспар, Кевин; Чжан, Чжунцзе (16 июня 2017 г.). «Разработка модели искусственной нейронной сети для прогнозирования модуля упругости земляного полотна по результатам испытаний на непрерывный прогиб» . Канадский журнал гражданского строительства . DOI : 10,1139 / cjce-2017-0132 .
- ^ «Патент Megascale RWD» . Патенты Google . Проверено 29 октября 2015 года .