全温域条件下沥青路面永久变形预估方法

为了准确、快速预估沥青路面沥青层永久变形,以江西省泉南高速吉莲段为试验路段,从全温域角度出发,引入分区分级分层的思想,即温度分区、轴载分级、路面分层,建立了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估方法.通过实测及模型计算得到沥青路面全年温度分布、沥青层沿深度的温度分布曲线和全年轴载分布.根据三轴重复荷载试验建立了SMA-13、AC-20、AC-25三种沥青混合料永久应变黏弹性力学修正模型,确定了不同温度区间的平均修正系数,可求解不同温度和偏应力下不同荷载作用次数的沥青混合料永久应变.通过原点增长累积和反算累积叠加两种方法计算得到设计年限内沥青路面沥青层的永久变形.计算结果表明,泉南高速吉莲段按原点法和反算法的容许永久变形使用年限分别为6年和12年。反算法准确度更可靠,更贴合实际。同时,提出了全温域条件下基于叠加原理的沥青路面永久变形预估修正模型,并建立了基于全温域温度分布的沥青路面温度区间内的平均永久变形量与荷载作用次数关系方程和永久变形与温度区间内的平均永久变形量、温度分布频率的关系方程,为全温域条件下沥青路面永久变形快速预估提供一种新方式.     

光纤光栅传感器与沥青混合料协同变形评价方法

研究光纤光栅传感器与沥青混合料之间的协调变形性能是解决光纤光栅传感器在路面中应用的前提和基础。针对已开发的两种不同模量传感器（根据应用特性分为3类）,设计了传感器与沥青混合料协同变形评价的试验方法,采用静态和动态两种加载模式进行沥青混合料试件的应变测试。结果表明,采用应变修正后的光纤光栅应变传感器进行路面结构内部应变实测是可行的;模量匹配光纤光栅应变传感器与其它类型传感器相比具有较好的测试效果,同时该类型传感器在一定程度上能够反映出沥青混合料的累积变形。     

沥青混合料黏弹性参数的改进识别

伯格斯(Burgers)模型已被广泛用于分析沥青混合料黏弹性蠕变性能,但模型参数识别时,分段时刻的确定还存在主观性较强等缺点。针对沥青混合料伯格斯模型参数的识别问题,从伯格斯模型参数识别的原理出发,提出了一种最优时域分段识别方法。基于最小识别残差平方和原则,确定了伯格斯模型参数分段识别的最优分段时刻。通过理论推导与试验验证该方法具有普遍的适用性和稳定性,同时识别精度更高,可以准确识别沥青混合料的黏弹性模型参数,进而可以更精确地评价沥青混合料的蠕变变形性能。     

应用FBG传感器测量高性能混凝土梁养护早期性能

在高性能混凝土构件无载荷养护早期,混凝土较大的自生收缩和温度变形在混凝土结构内部产生微裂纹将对高性能混凝土结构的耐久性产生不可忽视的影响。运用光纤布拉格光栅（FBC）埋设型传感器成功检测了高性能混凝土梁构件在其无载养护早期的应变和温度变化。由于布拉格光栅同时感应温度变化和应变,因此需要设置FBG温度传感器来补偿应变传感器的温度影响。FBG双传感器成功检测了高性能混凝土梁构件的早期变形性能和温度变化,试验结果表明高性能混凝土梁在养护早期无载阶段的自收缩变形比较大,浇注养护18h达到430με的最大值,同时分析了减水剂用量对高性能混凝土早期变形性能的影响。     

A mechanical model for three-phase permanent deformation of asphalt mixture under repeated load

On basis of the Burgers model, a new model consisting of modified dashpot and Van Der Poel model was derived from rheological and viscoelastic theory. Subsequently, triaxial repeated load permanent deformation tests of AC16 asphalt mixtures were conducted to validate this new developed model. Parameters of new developed model were obtained by a nonlinear regression analysis of test data, and then permanent strains and flow number of each mixture were calculated. The experimental results prove that the new developed model can well describe three phases permanent deformation of asphalt mixture under repeated load and it can be used for pavement mechanical analysis and rutting prediction.     

沥青路面结构足尺力学响应实测与仿真

为探究沥青路面在荷载作用下力学响应,通过基于辽宁省沥青路面足尺加速加载试验,开展路面结构力学仿真方法及力学响应特征研究.采用光纤光栅传感器实测足尺加速加载路面的面层底部、基层底部和路基顶面的力学响应,利用单轴压缩动态模量试验获取沥青混合料的粘弹性参数,通过FWD弯沉盆反算得到基层及土基的弹性模量,利用接触痕迹得到轮胎的接触面分布;通过单轴压缩动态模量试验及四点弯曲动态模量试验对传感器进行了标定.在此基础上,采用有限元软件ABAQUS建立基于实测参数的路面结构力学仿真模型,分析路面结构在不同加载位置和速度下的力学响应,并与实测结果进行对比.结果表明:所建立的路面力学仿真模型能较合理地模拟沥青层底三向应变、半刚性材料层底纵向、横向应变以及土基顶面的压应力.沥青混合料粘弹特性导致弹性后效,使力学响应曲线表现出非对称特点.随着温度的增加和加载速度的减小,沥青层底三向应变、半刚性基层底的水平应变以及土基顶面压应力的响应幅值增加.     

Engineering approach to in-situ bridge health monitoring with fiber bragg gratings

It is well known that transportation is the economiclifeline of a country and bridges are the throat of com-munication.At present,there are about5000thou-sands of main highways in China,among which overone third are structurally defective,more or less dam-aged and potentially threatened by functional degrada-tion.Some of the key bridges need to be monitored,e-valuated and maintained,repaired or reinforced.Largeand important bridges are always designed to work formany decades or even longer.Ac…     

光纤光栅传感器在空间网架结构监测中的应用

介绍了光纤光栅传感器在深圳市民中心屋顶网架结构中的应用情况。在该结构中，需要测量应变的构件有以轴向应变为主的网架杆件和需要测量X、Y方向应变的钢牛腿结构。对后一种结构，提出了一种表面双向粘贴光纤光栅传感器的方法，并分析了相应的应变传感模型。试验和工程应用结果表明，光纤光栅传感器工作正常，提出的方法可行有效。最后，结合工程中的实际情况，分析了单模光纤在应用中较常见的几种损耗特性。     

裂缝损伤的光纤Bragg光栅传感检测 与应变片检测对比研究

为测试光纤B ragg光栅(FBG)传感器用于结构裂缝损伤检测的可靠性,利用FBG裂缝传感器与应变片传感器同时检测钢-砼组合桥面板模型砼顶裂缝损伤。模型试验经历了静载、疲劳和破坏3个阶段。试验表明:在未发生裂缝损伤的静载和疲劳阶段,两种方法测试结果一致。在破坏阶段,模型各处相继出现裂缝损伤。利用FBG传感器测得经历3×106次疲劳试验后,钢-砼组合模型发生裂缝损伤的临界应变值,之后随着荷载的增加,FBG传感器继续追踪损伤的发展,直至破坏完成,显示了裂缝损伤发生发展的全过程,这是传统电测应变片传感器无法做到的。与传统电测方式相比,FBG传感器显示了高灵敏度,高精度,高可靠性和测试范围大等优点,尤其对于损伤发生发展全过程的检测,具有较大的优越性。     

基于光纤传感技术的地铁隧道冻结法施工监测

为了掌握地铁隧道联络通道冻结法施工中冻土的温度场和应力场,提出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)传感技术的冻结法施工实时监测方法.在低温潮湿工作环境下,FBG传感器比传统电子式传感器在精度、灵敏度以及稳定性等方面存在较大优势.基于此,首次提出了整合FBG传感器的冷冻监测管设计方案及安装方法.通过在联络通道冻土帷幕左右两侧监测孔内布置FBG传感器,对冻结法施工过程中的冻土温度和应变进行实时监测.根据FBG传感原理并采用小波变换去噪方法对原始温度和应变监测数据进行分析,获得了冻土温度和应变沿厚度和深度方向的分布模式,为进一步认识冻土帷幕的形成和发展规律提供依据.     

高速交通轨道梁高精度光纤变形监测

为了分析长标距光纤光栅（FBG）在轨道梁变形监测中的可靠性问题,建立共轭梁法计算模型,分析跨中挠度的模型误差.引入测量误差,得到不同FBG标距、不同测量误差下长标距FBG的变形监测精度.通过某高速轨道梁的现场测试实验,对长标距FBG的可靠性进行验证,提出2种传感器优化布置方案.结果表明,当布置的传感器数量大于8时,监测结果的误差控制在1%以内,考虑20%的测量误差,监测结果的误差可以控制在10%以内;现场实测的挠度与理论值的相对误差为2.01%,由此说明长标距FBG可以实现对高速交通轨道梁的高精度变形监测.     

大型刚构-连续梁桥预应力张拉过程主梁应变的FBG跟踪监测

目的为了验证光纤光栅传感器在大型桥梁工程监测尤其是施工监测中的精确性及可行性,探寻桥梁施工监测中的新型传感技术.方法基于东营黄河大桥全寿命监测的系统构架,将大量的光纤FBG传感器布设在该桥关键断面上,用以监测施工及运营阶段的结构应变及温度.在主梁纵向预应力张拉过程中,用光纤光栅解调仪及其配套数据采集设备,对控制点上的传感器的中心波长信号进行了跟踪采集,进而得到了测点的应变时程曲线.结果通过建立施工过程的有限元模型,将监测值与理论计算值进行对比,并对二者之间的相对误差进行分析.发现监测值与理论计算值基本吻合,二者之间的相对误差随着预应力钢束的增长而增大,但最大仅为11.4%.结论光纤FBG传感器监测精度较高,可用于大型桥梁施工过程的应变监测.     

动荷载作用下纤维沥青路面的黏弹性响应

目的为了分析动荷载作用下纤维的加入对路面黏弹性响应的影响.方法以Burgers模型模拟纤维沥青混凝土的黏弹性性质,基于黏弹性理论,应用有限元方法分析单周期动荷载作用下,不同荷载作用时间对不同纤维沥青路面的路表各点最大竖向位移和卸载后加载中心点竖向位移的影响规律.结果纤维加入到沥青路面后,减小了路面的竖向位移;对于不同纤维沥青路面结构,在荷载作用时间较短时,路面结构的流变性质不显著;荷载作用时间较长时,卸载后还有部分残余变形不能恢复,但路面响应规律基本相同.结论纤维的加入提高了路面的整体变形能力,但没有明显改变沥青混凝土的黏弹性性质;在单周期动荷载作用下,若荷载作用时间很短时,可以忽略纤维沥青混凝土的黏弹性特征.     

基于FBG的切削力测量装置设计与分析

在分析光纤光栅(FBG)应变传感器原理的基础上,结合切削力测量特点,提出将FBG应用于切削力测量,设计了八角环结构的切削测力装置并对结构进行受力分析.利用FBG传感器测量八角环弹性体应变,构建了切削力测量系统,并进行了不同切削用量切削试验.实验结果表明,所提出的基于FBG的切削力测量方法可行,结构可靠.     

深部巷道围岩破裂模型试验变形量测研究

针对地质力学模型试验内部变形难以精确量测的难题,以深部巷道围岩破裂模型试验为基础,在模型中布置了布拉格光纤光栅应变传感器和光栅尺位移传感器,对巷道围岩内部的应变和位移进行监测,并布置了电阻应变砖进行对比分析.研究成果表明:1)电阻应变砖、布拉格光纤光栅应变传感器和光栅尺位移传感器测得的围岩内部变形规律基本一致,将光纤光栅应变传感器和光栅尺位移传感器应用于模型试验的内部变形量测是可行的;2)光栅尺位移传感器精度可达到0.001 mm,且具有制作简单、稳定性强、不易损坏等优点,在模型试验中具有广泛的应用前景;3)3种量测手段均揭示出深部巷道围岩内部变形呈现波峰与波谷交替变化,这与模型断面出现的破裂区与非破裂区交替破裂现象相吻合.     

Experimental study on permanent deformation characteristics of coarse-grained soil under repeated dynamic loading

Practical assessment of subgrade settlement induced by train operation requires developing suitable models capable of describing permanent deformation characteristics of subgrade filling under repeated dynamic loading. In this paper, repeated load triaxial tests were performed on coarse-grained soil (CGS), and the axial permanent strain of CGS under different confining pressures and dynamic stress amplitudes was analysed. Permanent deformation behaviors of CGS were categorized based on the variation trend of permanent strain rate with accumulated permanent strain and the shakedown theory. A prediction model of permanent deformation considering stress state and number of load cycles was established, and the ranges of parameters for different types of dynamic behaviors were also divided. The results indicated that the variational trend of permanent strain rate with accumulated permanent strain can be used as a basis for classifying dynamic behaviors of CGS. The stress state (confining pressure and dynamic stress amplitude) has significant effects on the permanent strain rate. The accumulative characteristics of permanent deformation of CGS with the number of load cycles can be described by a power function, and the model parameters can reflect the influence of confining pressure and dynamic stress amplitude. The study’s results could help deepen understanding of the permanent deformation characteristics of CGS.

     

埋入式光纤光栅界面应变传递机理与误差修正

光纤光栅应变传感的准确程度主要取决于光纤、保护层和黏贴层以及基体材料的物理力学性能,即各层间应变传感的界面传递特性.本文以埋入式光纤光栅作为研究对象,推导出了考虑多层界面应变传递的光纤光栅应变传感的统一表达式.通过定义平均应变得到了光纤光栅应变传感的误差与修正公式.针对自行开发的埋入式光纤光栅管式封装应变传感器和FRP-OFBG应变传感器,研究了相应的应变传递误差规律和影响因素,给出了相应的误差修正系数,并通过试验加以验证.为埋入式光纤光栅封装应变传感器的开发与工程应用提供了理论基础.     

光纤光栅传感网络对桥桩结构的健康检测

基于对实验桥墩应变点分布的有限元法分析,设计了相适应的光纤Bragg光栅(FBG)传感网络。传感网络根据土层结构分10层布置,每层包括8个FBG应变传感器和1个温度补偿器。对桥墩进行自平衡静载荷实验,分12次完成,每次加载2350kN并持续2h,FBG传感网络实时监测不同载荷下桥墩桩结构的应变分布。监测结果表明:与传统的载荷-位移(Q-S)曲线方法相比,FBG传感网络在桥墩承载实验中能全程反映整体桩结构的变化,实现对桥梁的健康安全检测。     

非均布动载荷下沥青路面粘弹性有限元分析

为探求水平力对路面力学响应的影响,按照粘弹性层状体系理论,采用ANSYS软件建立半刚性基层沥青路面有限元分析模型,分析了非均布动载荷下路面的力学响应,与只有垂直力作用下路面力学响应相比,水平力和垂直力共同作用下沥青面层的弯沉增大,各层尤其是沥青面层的正应力增大,沥青面层的剪应力及应变增大,在路面动载响应的研究中加载水平力是必要的。     

北京地区沥青路面结构内部温度变化规律

为了掌握沥青路面温度变化规律,更加准确地指导沥青路面设计和对沥青路面病害的分析,选择北京地区某高速公路沥青路面,在路面结构内部埋设了温度测试设备,对沥青路面结构内部温度进行了跟踪监测和分析,并给出了北京地区路面结构内部温度极值的预测公式.结果表明:北京地区(实验路段中)沥青路面上面层底部全年最高温度为33.8℃,最低温度为-16.8℃.夏季沥青路面结构内部平均温度梯度为0.45℃/cm,冬季为-0.10℃/cm.路面结构内部温度降温速率在农历夏至前后最大,约0.6~1.2℃/h;路面在冬季长时间处于低温状况,降温速率在冬季较小,约0.2~0.4℃/h.北京地区1 a内沥青路面工作温度处于中低温期的时间约占85%左右.