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原文传递振动压实沥青路面压实度连续实时检测技术研究

论文题名：	振动压实沥青路面压实度连续实时检测技术研究
关键词：	沥青路面;压实度;振动加速度;仿真分析;算法设计;连续实时检测
摘要：	随着交通量和交通荷载的增加，使大量路面在未达设计使用寿命前便出现了不同程度的破坏，造成经济损失，并带来诸多潜在安全隐患。出现这种早期破坏的主要原因是在施工过程中对施工设备、施工工艺或施工材料等把控不严导致路面压实度不足，不均匀引起，而传统压实度检测方法费时费力且其抽样检测的方式决定了其不能对压实路面做到连续实时检测，因此为了更好的提升路面压实质量，开发一种能够及时准确全面评估整个施工道路的压实度连续实时检测系统具有现实意义。　　本文依托云南交通厅科技项目和河南省郑州路桥集团科技项目，根据振动压实过程从理论方面建立“振动轮-沥青混合料”动力学模型，研究了振动加速度与刚度间数学关系，对压实过程中数据处理方法进行了算法优化，通过模型仿真和现场实测信号对不同影响因素下振动加速度与压实度间关系进行研究，设计了沥青路面压实度连续实时检测系统并开展工程验证，得到如下主要结论：　　（1）根据振动压实工作原理和振动压实过程的分析建立了“振动轮-沥青混合料”动力学模型，依据动力学方程在MATLAB/simulink平台上建立了数值仿真模型，并对不同机型下沥青路面刚度与振动加速度之间关系进行了仿真分析，发现两者正相关且线性相关性较强。　　（2）针对不同机型在不同阻尼与不同随动质量下路面刚度与振动加速度关系进行研究，分别得到阻尼-刚度-振动加速度三维曲面图与随动质量-刚度-振动加速度三维曲面图。明确了在刚度一定的情况下，阻尼与振动加速度呈负相关，随动质量和振动加速度呈正相关，可以采用振动加速度来表征路面压实度。　　（3）确定了传感器类型及其安装方式，选取了数据采集仪并对采集所得加速度信号进行了滤波处理。基于实测数据分析了均值法振动加速度有效值标准偏差，进而提出步进迭代拟合算法，并从数据利用率，精度与准确度三方面进行了对比分析，结果表明：使用二阶拟合式，迭代法数据利用率可以达到均值法的9倍以上；精度在周期T=20时差值最大为0.485，相比提升43.7%，在T=12时差值最小为0.4218，相比提升38.8%；利用卡方拟合优度检验在原始数据相同且总样本数量相同的情况下，得到步进迭代法的残差结果符合原假设的比例为88.3%，准确度高于均值法所得结果。通过MATLAB自带的探查器计时功能以及断点测试功能对程序结构运行的实时性和连续性进行检验，结果表明：处理时间约为施工总时长的1/3，数据处理速率明显快于施工数据产生速率，数据处理实时连续性可以得到保证和实现。　　（4）将采集后加速度有效值与实测所得对应压实度进行数据拟合，得到了两者间数学关系式，对比其趋势一致，表明振动加速度与压实度具有良好的正向线性关系。基于现场实测加速度与压实度数据，对不同厚度、不同机型在不同面层下压实度与加速度数据进行拟合，得到不同厚度、不同机型、不同面层下的振动加速度-压实度关系曲线以及厚度-振动加速度-压实度三维关系曲面，进而得到考虑厚度参数影响后修正的振动加速度-压实度拟合关系式；基于现场实测加速度与压实度数据，对不同温度、不同机型在不同面层下压实度与加速度数据进行拟合，得到不同温度、不同机型、不同面层下的振动加速度-压实度关系曲线以及温度-振动加速度-压实度三维关系曲面，进一步得到考虑温度参数影响后修正的振动加速度-压实度拟合关系式。　　（5）确定了GPS采集硬件，编程实现基于GPS定位技术的WGS84大地坐标系经纬度到施工现场坐标系的转换，完成系统定位模块开发，实现了压路机碾压轨迹的连续实时显示以及压实度的连续实时检测。并基于LabVIEW开发平台，以压实度为最终控制目标，设计了沥青路面压实度连续实时检测系统。依托云南科研项目，在广那试验路段开展工程实测，结果表明，压实度检测系统能够实现对压实过程数据的实时采集，处理，对碾压轨迹、碾压遍数的自动检测以及对路面压实度变化情况的实时显示，并通过对系统检测结果与现场检测结果进行误差比较，验证了压实度连续实时检测系统的可靠性。
作者：	周世华
专业：	机械
导师：	曹源文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023