RU2279653C1 - Способ оценки состояния дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей при тарированном ударном воздействии - Google Patents
Способ оценки состояния дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей при тарированном ударном воздействии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2279653C1 RU2279653C1 RU2004138723/28A RU2004138723A RU2279653C1 RU 2279653 C1 RU2279653 C1 RU 2279653C1 RU 2004138723/28 A RU2004138723/28 A RU 2004138723/28A RU 2004138723 A RU2004138723 A RU 2004138723A RU 2279653 C1 RU2279653 C1 RU 2279653C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- amplitude
- road
- spectral
- wave field
- displacements
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Изобретение относится к методам и средствам диагностики состояния дорожных конструкций. Сущность: тарированное ударное воздействие рассматривается в качестве источника волнового поля с известными амплитудно-временной и амплитудно-частотной характеристиками. Измерение реакции дорожной конструкции производится пьезокерамическими виброакселерометрами в контрольных точках на различных расстояниях от центра области контакта на поверхности покрытия в направлении, параллельном оси автомобильной дороги. На основании данных амплитудно-временных зависимостей вертикальной составляющей ускорений производится вычисление амплитудно-временных зависимостей перемещений, спектральных и количественных характеристик волнового поля. На основании сопоставительных зависимостей комплекса предложенных параметров в различных контрольных точках, исходя из характера изменения экстремумов спектральных характеристик, продолжительностей сигналов откликов, коэффициентов затухания по значениям амплитуд ускорений и перемещений, а также предложенных количественных показателей оценивается состояние отдельных элементов дорожной конструкции: слоев покрытия, основания и земляного полотна. Технический результат: усовершенствование способа оценки состояния дорожных конструкций. 8 ил.
Description
Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к методам и средствам диагностики состояния дорожных конструкций.
Известен способ испытаний дорожных конструкций высокопроизводительным методом кратковременного воздействия установкой динамического нагружения типа УДН-НК конструкции МАДИ, при котором фиксируется величина упругого прогиба в центре приложения нагрузки и на основании которого рассчитывается общий модуль упругости (ОДН 218.1.052-2002. Оценка прочности нежестких дорожных одежд, Москва, 2003 - С.20).
Известен способ испытаний дорожных конструкций воздействием движущегося автомобиля, при котором измеряются виброперемещения поверхности покрытия в точках, не совпадающих с колеей, затем на основании этих данных рассчитывается максимальное значение перемещения в области контакта колеса с поверхностью покрытия, в результате определяется общий динамический модуль упругости (Белоногов Л.Б., Кычкин В.И., Пугин К.Г. Вибродиагностика прочности дорожных одежд нежесткого типа, Пермь, 1999, Депонировано в ВИНИТИ. УДК 625.75:658.562).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится способ испытаний дорожных конструкций малогабаритной установкой динамического нагружения, при котором определяют деформацию поверхности покрытия по краям опорной плиты при воздействии на нее падающего груза, усилие которого передается через демпфирующий элемент, установленный на направляющей штанге; исходя из полученных значений деформации рассчитывается общий модуль дорожной конструкции (Schellprüfungen mit dem Leichten Fallgerät. Weingart Wolfgang, Strasse, №7, 1990 - C.217-219).
Данный способ имеет следующие недостатки.
В качестве параметра, характеризующего состояние дорожной конструкции, рассматривается общий модуль упругости. При этом исключается возможность установления причины снижения несущей способности. Отсутствие информации о состоянии отдельных элементов сооружения (слоев покрытия, основания и земляного полотна) не позволяет назначать в каждом конкретном случае наиболее эффективный комплекс ремонтных работ.
Задачей изобретения является усовершенствование способа оценки состояния дорожных конструкций, позволяющее определять помимо общего модуля упругости, также состояние их отдельных элементов.
В качестве тарированного источника динамического воздействия используется удар с определенной энергией. Спектр ударного воздействия на дорожную конструкцию является достаточно широкополосным (охватывает весь возможный частотный интервал воздействия движущегося автомобильного транспорта при всех возможных скоростях и режимах движения) и, вместе с тем, характеризуется равновесным распределением амплитуд на всех частотных составляющих, что позволяет с высокой точностью оценивать состояние отдельных элементов дорожной конструкции (слоев покрытия, основания и земляного полотна) по динамике изменения качественных (спектральных) и количественных (энергетических) показателей волнового поля, с удалением от источника воздействия.
Предлагаемый для достижения технический результат: обеспечить возможность оценки состояния отдельных элементов дорожной конструкции (слоев покрытия, основания и земляного полотна) на основании анализа трансформации волнового поля при тарированном ударном воздействии.
Сущность изобретения заключается в том, что в основе предлагаемого способа оценки состояния дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей при тарированном ударном воздействии, включающего измерение реакции дорожной конструкции, тарированное ударное воздействие рассматривается в качестве источника волнового поля с известными амплитудно-временной и амплитудно-частотной характеристиками; измерение реакции дорожной конструкции производится пьезокерамическими виброакселерометрами в контрольных точках на различных расстояниях от центра области контакта на поверхности покрытия в направлении, параллельном оси автомобильной дороги; на основании данных амплитудно-временных зависимостей вертикальной составляющей ускорений производится вычисление амплитудно-временных зависимостей перемещений, спектральных и количественных характеристик волнового поля: интеграл по амплитудам ускорений в интервале продолжительности сигнала отклика и интегральная оценка спектральной характеристики; на основании сопоставительных зависимостей комплекса предложенных параметров в различных контрольных точках, исходя из характера изменения экстремумов спектральных характеристик, продолжительностей сигналов откликов, коэффициентов затухания по значениям амплитуд ускорений и перемещений, а также предложенных количественных показателей оценивается состояние отдельных элементов дорожной конструкции: слоев покрытия, основания и земляного полотна.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
фиг.1 - схема проведения экспериментальных измерений откликов дорожной конструкции на тарированное ударное воздействие полевым комплексом: 1 - пьезокерамические виброакселерометры; 2 - согласующие антенные устройства; 3 - аналогово-цифровой преобразователь; 4 - портативный компьютер типа "NOTEBOOK"; 5 - малогабаритная установка ударного нагружения;
фиг.2 - схема взаимного расположения пьезокерамических виброакселерометров и области ударного воздействия относительно геометрии автомобильной дороги: 6 - центр области ударного воздействия; 7 - точки установки пьезокерамических виброакселерометров;
фиг.3 - малогабаритная установка ударного нагружения дорожной конструкции: 8 - металлический штамп; 9 - направляющая штанга; 10 - металлический индентор;
фиг.4 - амплитудно-частотная характеристика динамического воздействия удара: ось абсцисс - частота, Гц; ось ординат - амплитуды контактных давлений, Па×с;
фиг.5 - амплитудно-временная характеристика вертикальной составляющей ускорений в контрольной точке при ударном воздействии: 11 - интеграл по амплитудам ускорений в интервале продолжительности сигнала отклика; 12 - продолжительность сигнала отклика; ось абсцисс - частота, Гц; ось ординат - амплитуды ускорений, м/с2;
фиг.6 - амплитудно-частотная характеристика вертикальной составляющей ускорений в контрольной точке при тарированном ударном воздействии: 13 - интегральная оценка спектральной характеристики; ось абсцисс - частота, Гц; ось ординат - амплитуды ускорений, с×м/с2;
фиг.7 - амплитудно-временная характеристика вертикальной составляющей перемещений в контрольной точке при тарированном ударном воздействии: ось абсцисс - время, с; ось ординат - вертикальная составляющая амплитуды перемещений, м;
фиг.8 - коэффициенты затухания волнового поля: ось абсцисс - расстояния от центра области контакта, м; ось ординат - относительное изменение максимальных значений амплитуд ускорений либо перемещений.
В ходе проведения экспериментальных исследований используется полевой комплекс фиг.1. Принцип его работы состоит в следующем. Пьезокерамические виброакселерометры 1, устанавливаемые на специальных антенных устройствах 2, преобразуют механические воздействия в электрический сигнал, уровень которого повышается посредством встроенных усилителей. В аналогово-цифровом преобразователе (АЦП) 3 осуществляется преобразование сигнала в цифровой формат при помощи модуля Е-440 "L-CARD". Данные измерений передаются на портативный компьютер типа "NOTEBOOK" 4 по шине USB. Обработка данных производится посредством разработанного программного обеспечения, позволяющего вычислять все характерные параметры откликов (амплитудно-временные и амплитудно-частотные характеристики ускорений и перемещений; интегральные оценки по частоте и амплитуде ускорений, а также сопоставительные зависимости для различных виброизмерительных каналов - коэффициенты затухания по амплитудам ускорений и перемещений).
Схемы установки пьезокерамических виброакселерометров в процессе проведения экспериментальных испытаний разработаны исходя из анализа результатов большого количества натурных и теоретических исследований напряженно-деформированного состояния дорожных конструкций при тарированном ударном воздействии и позволяют получать достаточный объем экспериментальных данных при минимально возможном количестве измерительных датчиков. Подобный подход в значительной степени сокращает продолжительность полевых испытаний и предлагаемого способа оценки состояния в целом.
Полевые испытания производят в следующей последовательности:
- установка согласующих антенных устройств 2;
- установка и закрепление пьезокерамических виброакселерометров 1 на согласующих устройствах 2, выполнение кабельных соединений составных частей полевого комплекса;
- включение аналогово-цифрового преобразователя 3, переносного компьютера 4; запуск программы записи сигналов в реальном масштабе времени и визуализации сигналов, установка параметров регистрации;
- установка оптимальных коэффициентов усиления, проведение тестового ударного нагружения, анализ работоспособности всех систем;
- запуск режима регистрации сигналов, визуальный качественный анализ полученных данных;
- детальная обработка записанной информации при помощи разработанного пакета программного обеспечения.
Выводы о состоянии отдельных элементов дорожной конструкции по результатам полевых испытаний производят исходя из доказанных представлений о зависимости между параметрами внутреннего волнового поля (распространяющегося вертикально вниз под центром области ударного воздействия) и откликами, регистрируемыми на различных удалениях от области контакта на поверхности покрытия.
Оценка состояния производится по следующим критериям:
- экстремумы спектральных характеристик откликов в контрольных точках тем выше, чем выше общая несущая способность дорожной конструкции (общий модуль упругости);
- продолжительность сигналов откликов тем меньше, чем выше несущая способность дорожной конструкции (общий модуль упругости);
- наиболее выраженный уровень затухания волнового поля (оценивается исходя из значений коэффициентов затухания по амплитудам ускорений и перемещений) в интервале расстояний от 0,25 до 0,75 м свидетельствует об ослаблении слоев покрытия дорожной одежды; в интервале расстояний от 0,75 до 1,25 м свидетельствует об ослаблении слоев основания дорожной одежды; ослабление грунта земляного полотна выражается в потерях на большем удалении (свыше 1,25 м);
- относительно высокий уровень потерь энергии волнового поля (оценивается по интегральным оценкам) свидетельствует об увеличении демпфирующих свойств отдельных элементов, что связано с эскалацией процессов разрушения (нарушение субмикро- и субмакроструктуры материалов).
Claims (1)
- Способ оценки состояния дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей при тарированном ударном воздействии, включающий измерение реакции дорожной конструкции, отличающийся тем, что тарированное ударное воздействие рассматривается в качестве источника волнового поля с известными амплитудно-временной и амплитудно-частотной характеристиками; измерение реакции дорожной конструкции производится пьезокерамическими виброакселерометрами в контрольных точках на различных расстояниях от центра области контакта на поверхности покрытия в направлении, параллельном оси автомобильной дороги; на основании данных амплитудно-временных зависимостей вертикальной составляющей ускорений производится вычисление амплитудно-временных зависимостей перемещений, спектральных и количественных характеристик волнового поля: интеграл по амплитудам ускорений в интервале продолжительности сигнала отклика и интегральная оценка спектральной характеристики; на основании сопоставительных зависимостей комплекса предложенных параметров в различных контрольных точках, исходя из характера изменения экстремумов спектральных характеристик, продолжительностей сигналов откликов, коэффициентов затухания по значениям амплитуд ускорений и перемещений, а также предложенных количественных показателей оценивается состояние отдельных элементов дорожной конструкции: слоев покрытия, основания и земляного полотна.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004138723/28A RU2279653C1 (ru) | 2004-12-28 | 2004-12-28 | Способ оценки состояния дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей при тарированном ударном воздействии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004138723/28A RU2279653C1 (ru) | 2004-12-28 | 2004-12-28 | Способ оценки состояния дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей при тарированном ударном воздействии |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2279653C1 true RU2279653C1 (ru) | 2006-07-10 |
Family
ID=36830773
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004138723/28A RU2279653C1 (ru) | 2004-12-28 | 2004-12-28 | Способ оценки состояния дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей при тарированном ударном воздействии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2279653C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451917C1 (ru) * | 2011-02-25 | 2012-05-27 | Сергей Константинович Илиополов | Способ определения фактических значений динамических модулей упругости слоев дорожной конструкции на стадии эксплуатации |
| RU2498254C1 (ru) * | 2012-05-11 | 2013-11-10 | Государственная компания "Российские автомобильные дороги" (Государственная компания "АВТОДОР") | Способ оценки состояния элементов нежестких дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей на стадии эксплуатации |
| RU2617456C1 (ru) * | 2015-10-12 | 2017-04-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ оценки технического состояния инженерного сооружения |
| RU2708702C1 (ru) * | 2019-03-26 | 2019-12-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Способ контроля уплотнения сыпучего материала при создании барьеров безопасности в пункте размещения радиоактивных отходов |
-
2004
- 2004-12-28 RU RU2004138723/28A patent/RU2279653C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451917C1 (ru) * | 2011-02-25 | 2012-05-27 | Сергей Константинович Илиополов | Способ определения фактических значений динамических модулей упругости слоев дорожной конструкции на стадии эксплуатации |
| RU2498254C1 (ru) * | 2012-05-11 | 2013-11-10 | Государственная компания "Российские автомобильные дороги" (Государственная компания "АВТОДОР") | Способ оценки состояния элементов нежестких дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей на стадии эксплуатации |
| RU2617456C1 (ru) * | 2015-10-12 | 2017-04-25 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Способ оценки технического состояния инженерного сооружения |
| RU2708702C1 (ru) * | 2019-03-26 | 2019-12-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК") | Способ контроля уплотнения сыпучего материала при создании барьеров безопасности в пункте размещения радиоактивных отходов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Estimation of mode shapes of beam-like structures by a moving lumped mass | |
| US4881405A (en) | Method and device for mechanical testing of civil engineering structure surfacings | |
| KR101075854B1 (ko) | 교량 구조물의 안전성 평가 시스템 및 그 방법 | |
| Kołakowski et al. | Structural health monitoring of a railway truss bridge using vibration-based and ultrasonic methods | |
| CN101539587A (zh) | 中高量程加速度传感器敏感方向灵敏度的测试方法 | |
| Zhang et al. | A methodology for cable damage identification based on wave decomposition | |
| Joseph et al. | Acoustic emission from vibration of cracked sheet-metal samples | |
| CN103792055B (zh) | 一种适用于中小桥梁快速诊断的冲击荷载装置 | |
| Yau et al. | Wave number-based technique for detecting slope discontinuity in simple beams using moving test vehicle | |
| CN101354284A (zh) | 一种高量程压阻加速度传感器共振频率的测试方法 | |
| RU2279653C1 (ru) | Способ оценки состояния дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей при тарированном ударном воздействии | |
| Rossi et al. | Comparison between accelerometer and laser vibrometer to measure traffic excited vibrations on bridges | |
| JPH11271286A (ja) | コンクリート強度の推定方法 | |
| CN104132792A (zh) | 一种利用激光位移信号测试桥面柔度装置及其方法 | |
| Zeng et al. | Reconstruction of vehicle-induced vibration on concrete pavement using distributed fiber optic | |
| JP4598809B2 (ja) | 打音解析による健全性診断方法 | |
| Ravshanovich et al. | Mechanism of noise generation from a modular expansion joint under vehicle passage | |
| Lan | Vertical vehicle displacement based drive-by inspection of bridge damage with parameter optimization | |
| JP3993593B2 (ja) | 防振部材の評価装置 | |
| Belisario-Briceno et al. | SHM based on modal analysis: accelerometer and piezoelectric transducers instrumentation for civil engineering in heterogeneous structures | |
| CN203758717U (zh) | 一种适用于中小桥梁快速诊断的冲击荷载装置 | |
| RU2350918C1 (ru) | Способ оценки состояния дорожных конструкций | |
| KR102130221B1 (ko) | 측정대상 구조물의 건전도 평가를 위한 표면파시험용 원격 가진 시스템 | |
| Fahad et al. | Pavement Sensing Systems: Literature Review | |
| RU2487325C2 (ru) | Способ измерения растягивающих усилий, действующих на рельс, и устройство для его реализации |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061229 |