路面板动力特性分析及声振法地基脱空识别

Foundation void under pavement board is a kind of hidden detriment that seriously influences vehicle safety. Now the void test of popular method on pavement board is based on the FWD or ground-penetrating radar domestic and abroad. Expensive equipment and complex inverse calculation process are needed not only, but also further validation is needed on reliability of the test result. Audio signal is gained and the data is processed by using the foundation void detection system in the project, and the dynamic characteristics parameters are extracted. Identification system of sound and vibration method is established by the wavelet theory and the fuzzy control theory etc, can identify status of foundation void. This project research involves theoretical analysis, dynamic characteristics analysis on the finite element by comprehensive consideration of the many factors. The dynamic parameters of pavement are detected by FWD deflection meter, then the void is calculated, and foundation void status is validated by the drilling core.

路面板下地基脱空是一种隐蔽且严重影响车辆安全运行的病害。目前国内外对于路面板脱空检测的通行做法都是基于FWD或探地雷达来进行，不仅需要昂贵设备、复杂的反算过程，其检测结果的可靠性有待于进一步验证。 本项目利用自行研制的地基脱空检测系统获取声频信号并进行数据处理，提取其动力特征参数。采用小波理论、模糊控制理论等技术建立地基脱空的声振法识别系统，判定地基脱空状况。本项目的研究涉及理论分析、综合考虑诸多因素的有限元动力特性分析。FWD弯沉仪检测路面的动力参数，反算脱空，现场钻孔取芯验证地基脱空状况。 研究内容和主要创新点包括声振法识别地基脱空新技术；建立综合考虑多因素影响的有限元法分析路面板动力特性系统；理论分析计算路面板动力特性，揭示路面板下地基脱空状况和动力特性参数的相关性；进一步探索工程中强化声振法识别地基脱空的综合控制策略。项目的研究成果对于简便有效地识别路面板的脱空具有重要的现实意义。

路面板下地基脱空是一种隐蔽且严重影响车辆安全运行的病害。目前国内外对于路面板脱空检测的通行做法都是基于FWD或探地雷达来进行，不仅需要昂贵设备、复杂的反算过程，其检测结果的可靠性有待于进一步验证。本项目利用自行研制的地基脱空检测系统获取振动信号并进行数据处理，提取其动力特征参数。采用小波理论、模糊控制理论等技术建立地基脱空的声振法识别系统，判定地基脱空状况。主要研究内容：一是根据动力学原理推导得出动力有限元运动方程；二是根据相似比原理，设计不同脱空状态水泥混凝土路面板，并行声振法检测室内水泥混凝土路面板脱空实验。三是采用室内缩尺实验的方法，研究声振法检测不同脱空状态水泥混凝土路面板含水脱空动力响应。四是基于Winkle地基的原理建立了布设钢筋的九块水泥混凝土路面板三维动力有限元模型，并对其与理论解进行了对比验证。五是依据室内水泥混凝土路面板脱空实验，建立考虑采用纵横缝处的钢筋取代拉杆和传力杆的多块水泥混凝土路面板不同脱空状态及及脱空处不同含水量的有限元模型，对路面板进行数值仿真分析，同时与室内实验结果进行对比验证与分析。六是建立真实轮载和水耦合作用下的水泥混凝土路面板脱空脱空有限元模型，分析脱空路面板动力特性。结果表明：无论是否存在脱空，在板角隅处引起的动态弯沉和弯拉应力都最大，为最不利脱空位置; 弯沉和弯拉应力随着脱空面积的增大而增大、随着地基反应模量的增大而减小；脱空路面板的板顶最大加速度和最大应变均大于非脱空路面板；针对脱空含水状态的分析，发现含水状态下脱空区域的应变值明显大于不含水状态下的应变值；不同脱空及含水状态试验解与数值解对比表明数值解是可行的，二者互相验证。脱空水泥混凝土路面板比非脱空水泥混凝土路面板的加速度大，振动时间长，主频高；脱空区域路面板最大振幅对应的卓越频率在100～130Hz，非脱空区域路面板最大振幅对应的卓越频率在200～260Hz。项目的研究成果对于简便有效地识别路面板的脱空具有重要的现实意义。