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原文传递沥青路面结构信息监测及疲劳性能预估

论文题名：	沥青路面结构信息监测及疲劳性能预估
关键词：	光纤光栅传感器;沥青路面;信息监测;疲劳性能;动力响应
摘要：	沥青路面在使用过程中受到外界车辆荷载、温湿度环境因素等综合作用影响,逐渐产生疲劳、车辙、裂缝等损坏,严重影响了路面的使用效果。及时掌握路面内部实际状态和材料性能,对于路面的长期性能预估和养护决策具有重要意义。然而,现有的路面研究方法,大部分是在路面产生损坏以后对其进行观察和测量,进而分析产生破坏的机理,属于一种唯象和后分析手段;另一类是通过数值模拟的方法,建立沥青路面三维模型,使用计算机对路面进行仿真分析,但由于缺少实测数据的支持,分析结果的真实性和有效性无法进行验证。　　针对上述问题,本文基于光纤光栅传感技术开发了沥青路面长期实时在线监测系统,通过对试验段交通荷载状况、路面内温度场分布规律以及沥青层内部动力响应情况进行长期连续监测,得到了沥青路面在自然环境下的实际工作状态,并基于路面实测信息对各路面结构疲劳寿命进行预估。主要研究内容及成果概括如下: 　　首先,根据试验段四种路面结构和现场情况,详细设计了光纤光栅传感器布设方案,并完成了传感器和动态称重系统的现场布设。提出了传感器监测数据长距离光缆传输方案,并根据监测系统硬件设备和监测需求,专门设计开发了远程在线监测和数据分析软件,实现了路面的多用户实时在线监测和海量数据的提取分析。　　其次,分别采用水浴法和试件内部测试法对传感器在不同介质内的灵敏度系数进行测试,对试件内部波长随温度变化现象进行了深入分析,并给出相应波长-温度换算公式和实际应用建议。基于室内试验测试结果,采用标准热电偶对埋设在实际路面内部的光纤光栅温度传感器绝对温度和灵敏度系数进行现场标定,并对路面温度进行长期连续观测。通过对实测结果分析,得到路面内温度场时间和空间分布规律,并结合当地气象信息建立了各深度位置的路面温度预估模型。　　再次,采用复合车辙板试验,对于不同材料封装的光纤光栅应变传感器进行了温度和应变测试特性的室内对比试验。通过ABAQUS有限元软件对路面在移动荷载作用下动力响应情况进行数值模拟,得到了沥青层底各向应变变化时程曲线。对监测系统长期连续监测的交通和路面动力响应信息统计和分析,实测结果与有限元仿真结果一致,说明光纤光栅传感器用于沥青路面结构信息监测的适用性和有效性。　　最后,基于沥青路面交通荷载信息、温度变化规律和路面动力响应的长期实测结果,结合室内单轴压缩动态模量试验,确定了疲劳寿命预估参数,提出了分温度域对路面疲劳寿命进行预估的方法,选用现有模型对试验段路面的疲劳寿命进行预估。　　本文对光纤光栅传感器的温度、应变传感特性进行了试验研究并将其应用于实际沥青路面结构监测,构建了一套完备的沥青路面结构信息软、硬件监测系统,能够对路面的交通、环境、和内部工作情况进行长期连续有效监测,实现了基于实测信息的沥青路面疲劳寿命预估,具有较高的实际应用价值。
作者：	李生龙
专业：	交通运输工程
导师：	董泽蛟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文