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1動態力學數據采集

加速加載試驗條件下，選定的主要動態力學技術指標需要考慮路面結構設計中設計指標及其對路面結構疲勞和永久變形的控制作用。下面從技術指標的選擇、傳感器選型和埋設原則與數據采集等方面進行討論。

1．1技術指標的選擇依據在加速加載試驗過程中，監測的動力學指標主要包括如下4項:(1)面層底部彎拉應變對通車初期的瀝青路面，路面結構整體剛度較大，層間結合良好，此時在重復荷載的作用下，瀝青面層以受彎拉應變作用為主而呈現出明顯的拉壓應變交替狀態，監測面層底部的彎拉應變將貫穿于整個加速加載試驗過程，進而作為評價瀝青路面發生疲勞損傷的標志性力學指標之一。(2)基層頂部豎向壓應變用于評價瀝青路面車轍變形的力學指標。(3)面層底部水平橫/縱向剪應變對于半剛性基層瀝青路面來說，面層與基層的層間黏結性能較差，面層底部的水平橫縱向剪應變可以破壞面層和基層的聯結導致面層失去基層的水平約束，成為滑動狀態，此時不但增加面層底部的彎拉應變，減小疲勞壽命而且增大瀝青混凝土的流動性，容易形成裂紋等多種破壞形式。(4)面層/基層中間水平橫/縱向最大剪應變在橫/縱向剪應變的作用下，瀝青混凝土和水泥穩定類材料產生橫/縱向流動變形，此項指標用于評價面層和基層因材料的流動變形導致的各種破壞。

1．2傳感器選型的基本原則傳感器的選擇受到傳感器測量原理、封裝材料、工作條件規格等因素的限制，成為了系統設計至關重要且頗具難度的問題。選擇瀝青路面結構力學響應監測的傳感器應考慮的問題包括如下3方面:(1)傳感器的結構和尺寸規格不能影響道路的使用性能J．RichardWillis在總結美國路面加速加載試驗中路面內部參數采集的實踐經驗時認為結構內部的參數采集對于加速加載試驗的成功具有重要意義，因埋設傳感器造成壓實度不足，有可能引起路面結構產生早期損壞［1］。引起傳感器附近壓實度不足的原因，一是因為傳感器封裝材料不耐熱、不耐壓，需要施工后埋設，進而導致埋設傳感器位置的混合料與周圍路面混合料存在著明顯的離解面，二是因為傳感器的結構和尺寸規格超出了瀝青面層或基層的厚度限制，影響了壓實的均勻性。(2)傳感器需具有較高的成活率、準確性和重復性Sebaaly等從傳感器選型、安裝、檢測的角度認為，傳感器的自身成活率、結果準確性、重復性、穩定性、成本等是選擇傳感器的標準;對于施工過程中埋設和工后鉆芯埋設兩種方法，認為工后鉆芯埋設的方法，由于采用了樹脂作為粘結劑，明顯增大了結構強度，造成測量結果不準確。

1．3FBG傳感器在路面動力監測中的應用FBG傳感技術是十多年來發展最為迅速的傳感技術，具有靈敏度高、體積小、防水、抗電磁干擾、能進行長期實時在線監測、易于集成形成傳感網絡等特點，目前在土木工程、航空航天等領域得到了廣泛的應用。王川基于PP－OFBG傳感元件［2］，通過設計PP樹脂基體模量與瀝青混凝土模量相當，研制開發出主要針對于瀝青路面應變監測的PP－OFBG埋入式應變傳感器，并進行了傳感性能試驗研究。通過進行瀝青混凝土梁的四點彎曲靜載及動載試驗并與理論計算進行了對比研究，發現這種傳感器能夠很好地反映出瀝青混凝土的變形特征。劉艷萍針對傳統的光纖光柵傳感器模量大、尺寸大，直接拿來用于瀝青路面的測試，不能反映瀝青路面的真實應變的缺點，研發了一種橡膠封裝FBG豎向應變傳感器用于測量瀝青路面的豎向應變［3］。結果表明，橡膠封裝FBG應變傳感器的自身的傳感性能良好，但是用于實際瀝青混凝土路面的埋設工藝還有待進一步研究。通過對近幾十年來國內外路面內部檢測手段的調研發現，在路面結構內部埋設傳感器來監控路面內部的工作狀態是路面領域一種經典的研究手段，測量結果可用于標定路面響應模型、進行施工質量監控、養護政策制定、新型結構與材料評價等。測量結果的代表性與準確性對后續工作有著決定性的影響。

1．4FBG動力響應監測系統基于FBG傳感器靈敏度高、體積小、防水以及測值穩定、能進行長期實時在線監測等優點，本文選用FBG力學傳感器監測瀝青路面的動態力學響應。項目搭建的FBG動態力學響應監測系統如圖2所示。系統由數據采集儀、通道擴展模塊和傳感器組成，其中傳感器包括FBG水平、豎向應變傳感器和FBG土壓力傳感器。

1．5傳感器的布設和埋置設計傳感器布設方案所遵循的原則如下:(1)選用的傳感器需全面反映路面結構各層位敏感位置(結構層底部和中部)各項力學性質;(2)埋設傳感器的數量需考慮傳感器成活率，以同方向、多斷面方式布設多組傳感器以保證成活率;(3)考慮路面結構各層位相似位置的動態力學特性的比較，傳感器的埋設在深度方向上需按相同平面位置布設。依據上述原則，傳感器布設方案示意圖如圖3所示。由圖3可見，在路面結構內部共計布設3層、8個斷面的力學傳感器，分別安置于面層底、基層底和墊層底三個位置，其中面層底部和基層底部包括壓應變傳感器、水平橫向傳感器和水平豎向傳感器，墊層底部包括壓應變傳感器和土壓力計。按此傳感器布設方案埋設傳感器，在路面施工完成后，還需要檢測傳感器的成活率。

1．6彎沉數據的采集由于FWD的應用較為廣泛且較為成熟，國內外對于FWD的測量均有相關的操作規程或規范予以規定，因而在加速加載數據采集過程中無需特殊考慮FWD檢測如何與加速加載試驗的配合，但是需要注意的是:(1)FWD測點在加載內需均勻分布并且沿著加載帶的縱向中軸線排布，測點數量不易較多，一般取6～8個為宜;(2)FWD側點的位置需避開結構內部力學傳感器的位置，以免結構內部的力學傳感器影響FWD的測量精度;(3)為了考慮FWD數據的后續處理中對溫度影響的修正，除了在加載段內排布測點外，還需在加載帶外設置測點，測點數量取3～4個為宜;(4)對彎沉數據的處理需要進行反算模量的轉換，為此FWD需要具有9個傳感器。按照上述FWD測量需要考慮的問題，遼寧省半剛性基層路面的FWD測點設置如圖4所示。FWD的測量按照《公路工程路基路面現場測試規程(JTGE60－2008)》的規定實施。通常，試驗過程中，每加載10萬次測量1次彎沉，有時可根據實際需要增加測量頻次。

2表面服務功能數據采集

表面服務功能的評價指標，包括擺值、構造深度、滲水系數和車轍深度，這些技術指標的檢測方法均按照《公路路基路面現場測試規程(JTGE60－2008)》相關規定實施。各項技術指標的測量要求和測量頻次具體如下所述。

2．1車轍斷面的測量試驗記錄的車轍斷面形態如圖5所示。采用MLS66開展加速加載試驗，將抗車轍能力測試與抗疲勞和水損害測試分別選取兩個加載段。為了研究路面全壽命周期內車轍深度的發展變化規律，在抗車轍能力測試和抗疲勞測試過程中都需要檢測不同加載階段的路面車轍斷面。在抗疲勞測試過程中，無橫向輪跡分布的情況下，加載位置固定，在兩個加載輪的輪跡處的路面易于形成凸起，由此影響車轍深度的計算，因此，需根據實際情況選絕對車轍深度和車轍深度作為抗車轍能力的評價指標。試驗按照《公路路基路面現場測試規程(JTGE60－2008)》中的方法測量車轍斷面，選擇的斷面位置應遵循在有效輪跡帶內均勻排布的原則，選取2～3個斷面位置，每加載10～20萬次測量1次，取各斷面車轍深度計算結果的平均值作為最后的測量結果。

2．2抗滑和防水性能的測量測量方法按照《公路工程路基路面現場測試規程(JTGE60－2008)》的規定，每加載10～20萬次測量1次，均勻選取輪跡帶內4個位置，取各測點測量結果的平均值作為最終測量結果。

3路面工作條件

路面工作條件是指自然環境條件和行車荷載。加速加載試驗條件下，通過加熱和降水裝置實現自然環境對路面作用的模擬。進行動載條件下路面性能分析需要考慮路面結構內部溫濕度的分布狀態，因此，試驗過程中需要定期監測路面結構內部的溫濕度數據。同時，試驗過程中，需經常確認加載軸載是否穩定在預設軸載及其誤差范圍之內，路面工作條件檢測還包括對加載輪軸載的實時監測。

4結論與展望

本文討論了遼寧省MLS66路面加速加載試驗的數據采集系統的內容與數據采集方法，數據采集系統由技術評價體系和檢測手段兩部分組成，系統實現了對瀝青路面動態力學響應和表面服務性能的采集，通過建立數據采集系統積累試驗數據，為試驗數據分析提供保障。

作者：郎志海單位：遼寧省交通科學研究院