落锤式弯沉仪与贝克曼梁在路基路面弯沉检测中的相关性分析.pdf

2 0 1 0 年1 2 月 第3 0 卷第6 期 宇航计测技术 J o u m a lo fA s t r o n a u t i cM e t r o l o g ya n dM e a s u r e m e n t D e c 。2 0 l O V 0 1 3 0 N o 6 文章编号：1 0 0 0 7 2 0 2 ( 2 0 1 0 ) 0 6 0 0 2 6 0 4中图分类号：T B 9 3 6 落锤式弯沉仪与贝克曼梁在路基路面 弯沉检测中的相关性分析 王兵高翌春印朝辉 ( 北京航天计量测试技术研究所，北京1 0 0 0 7 6 ) 文献标识码：A 摘要对H B L 5 2 0 型全自动落锤式弯沉仪的工作原理进行了介绍，描述了其测速快、准确度高、自动化程 度高等优点。通过与贝克曼梁的对比试验表明：在相同的测试条件下，两者之间具有良好的线性相关关系，可以通 过公式进行转换，为F W D 在公路工程检测中的普及应用提供了依据。 关键词弯沉检测F W D 贝克曼梁相关关系 C o r r e l a t i o nA n a l y s i so fF W Da n dB e n k e l m a nB e a mU s e di n S u b g r a d ea n dP a v e m e n tD e f l e c t i o nT e s t W A N GB i n gG A OY i c h u nY I NZ h a o h u i ( B e i j i n gA e r o s p a c eI n s t i t u t ef o rM e t r o l o g ya n dM e a s u r e m e n tT e c h n o l o g y ，B e i j i n g1 0 0 0 7 6 ) A b s t r a c tT h eo p e r a t i n gp r i n c i p l eo fH B L 5 2 0A u t o m a t i cF W Di si n t r o d u c e d I t sa d v a n t a g e so ft e s t s p e e d ，h i g ha c c u r a c ya n da u t o m a t i cc o n t r o la n ds oo na r ed e s c r i b e d A c c o r d i n gt o t h ec o m p a r i s o nt e s t b e t w e e nF W Da n dB e n k e l m a nB e a m t e s tr e s u l t si n d i c a t et h ed e f l e c t i o nt e s td a t ao fF Da n dB e c k m a n B e a mh a v eg o o dl i n e a rd e p e n d e n c er e l a t i o nu n d e rt h es a m et e s tc o n d i t i o n s ，a n dt h ef o r m u l af o rd e f l e c t i o n t e s td a t ac o n v e r s i o nc a nb ef i n d ，w h i c hp r o v i d e saf o u n d a t i o nf o rs p r e a da p p l i c a t i o no fF W Di nh i g h w a y e n g i n e e r i n gt e s t K e vw o r d sD e f l e c t i o nt e s tF W DB e n k e l m a nB e a m D e p e n d e n c er e l a t i o n 1 引言 落锤式弯沉仪( F a l l i n gW e i g h tD e f l e e t o m e t e r 简 称r W D ) 是采用动态方法测量弯沉的综合设备。从 现代道路检测技术的发展趋势看，F W D 是目前国际 上较先进的弯沉测量设备。F W D 可模拟行车载 荷对路面的瞬时冲击作用，通过传感器获得路面瞬 时变形的数据，采用计算机自动采集数据，具有无破 损、测速快、准确度高的优点，特别适合于大规模、长 距离、昼夜持续测试，在路基、路面弯沉测量中显示 出了良好的应用前景。 国外从上世纪七十年代初就开始进行F W D 的 开发与应用，我国从八十年代中后期开始引进 F W D ，国内的一些科研单位也开始进行F W D 的研 制与开发。北京航天计量测试技术研究所在1 9 9 0 年率先研制成功了国内第一台F W D ，并通过了交通 部的鉴定，近几年来又相继推出了H B L 系列落锤式 弯沉仪成熟产品。 收稿日期：2 0 1 0 一憾一2 5 ，修回日期：2 0 1 0 一一2 7 作者筒介：王兵( 1 9 8 0 一) ，男，工程师，硕士主要研究方向：测控技术与仪器。 万方数据 第6 期 落锤式弯沉仪与贝克曼梁在路基路面弯沉检测中的相关性分析 虽然我国公路路基路面现场测试规程中已 将F W D 列为弯沉检测设备之一旧J ，但国内现行的 路基路面弯沉检测均以贝克曼梁( B e n k e l m a nB e a m 简称B B ) 弯沉值为控制指标，使用F W D 检测弯沉 应建立其与B B 弯沉值之间的相关关系式，为此许 多学者对此进行了大量的研究 。J ，获得了大量的 转换关系式，但不同地区、不同型号的F W D ，关系式 差别较大。本文结合H B L 5 2 0 型全自动落锤式弯沉 仪在多个地区的工程实践，探索了H B L 5 2 0 型全自 动落锤式弯沉仪与贝克曼梁在路基路面弯沉值之间 的相关关系，为F W D 在国内路基路面弯沉检测中 的普及与应用提供技术基础和参考，对推动国内 F W D 技术的开发和应用具有重要的现实意义。 2 H B L 5 2 0 全自动落锤式弯沉仪 2 1 工作原理 在计算机控制下通过提锤装置，将一定质量的 重锤提升到一定高度，然后释放重锤到装有橡胶缓 冲器的承载装置上，产生一定的冲击载荷，路面在该 冲击载荷的作用下产生变形，即一个弯沉盆。测量 系统利用力传感器与位移传感器，可以测量出最大 冲击载荷值和弯沉值，载荷大小可以通过重锤的质 量或提升高度的改变在一定范围内进行调整。 H B L 5 2 0 全自动落锤式弯沉仪是H B L 系列落 锤式弯沉仪的一款拖挂式F W D 。其结构分为拖车、 承载装置、落锤装置、安全装置、电控系统等几个部 分。拖车采用进口的双轴四轮挂车底盘，承载装置、 落锤装置及安全装置都安装在该底盘上，拖挂行驶 速度最大可达约1 2 0 k m h 。承载板采用分体式四瓣 结构以保证与路面的良好接触，力传感器和弯沉传 感器安装在承载装置内。承载装置和落锤装置的升 降受4 个电动缸控制。牵引车与F W D 拖车用三条 电缆相连接，可以快速分离，即在测试时进行连接， 测试工作结束后可脱开，便于维修和存放。 测试时把牵引车上的测鼍系统与F W D 拖车通 过电缆连接起来，然后将其牵引到测点位置，做好一 切准备工作，整个操作过程只需操作人员按一下测 量按钮设备即可自动完成所有测量动作，由测最软 件自动采集、处理、显示数据并将其存储在计算机的 数据库中，以便生成所需的报表和随时查询历史数 据。全部测试过程全部由程序控制自动完成，操作 简单、快速、便捷。 2 2 与贝克曼梁的性能对比 H B L 5 2 0 全自动落锤式弯沉仪与贝克曼梁的性 能对比如表l 所示。 表1H B L 5 2 0 全自动落锤式弯沉仪与贝克曼梁性能对比 H B L 5 2 0 型全自动 贝克曼梁 落锤式弯沉仪 静态弯沉。动态弯沉，信息量大。 准确度低，分辨力0 准确度高，分辨力可达 0 l m r t l o0 0 0 1 m l n o 测速快，一次测量时间小 测速慢。 于5 0 s 。 人工操作，劳动强度大，操全自动控制，劳动强度小， 作至少需要4 人，人为读 可单人完成检测，计算机 数误差大。处理数据稳定可靠。 从表中可以看出，H B L 5 2 0 全自动落锤式弯沉 仪与贝克曼梁相比，明显具有测速快、准确度高、自 动化程度高、劳动强度小、人员安全性高等优点。 3 对比试验 贝克曼梁法在我国是路面设计弯沉指标的标准 测定方法，应用非常广泛。为了充分发挥F W D 的优 点，促进F W D 在国内路基路面检测中的应用，有必要 开展两者之间的对比试验研究。研究比较不同设备、 测试方法在相同工况下弯沉测试数据的相关性，求出 其回归方程式L B 。= 吐m + b ( 式中L 叭L m 分别代 表贝克曼梁、落锤式弯沉仪测定的弯沉值) ，从而定量 分析F W D 与B B 的相关关系。对于确定在实际工程 检测中两者能否相互替换具有现实意义。 3 1 试验方案 3 1 I 试验路段选择 选择结构类型相同的路段，针对不同地区选择 某种结构的代表性路段。进行F W D 与B B 两种测试 方法的对比试验，以便将F W D 测定的动弯沉换算 成贝克曼梁测定的回弹弯沉值。其回归方程式的相 关系数尺应不小于0 9 5 【2 】。选取的路段应具有一 定弯沉变化幅度，可以基本覆盖该类结构路基或路 面的弯沉分布范围，从而所得的回归方程式才具有 代表性和适用性。基于此，我们在渭南市的渭富路 和汉中市的茶庙路分别选取一段的沥青混凝土路面 万方数据 2 8 宇航计测技术2 0 1 0 年 作为路面对比试验路段，选取渭南市沿黄线的一段 土基和鄂尔多斯市板九线的一段底基层作为路基对 比试验路段，测试间距均为2 0 m 。检测时路面基本 完好，路基的压实度均在9 5 以上。 3 1 2 试验方法 试验设备为H B L 5 2 0 型全自动落锤式弯沉仪 一套；黄河车1 辆，后轴质量为1 0 0 t ；B B2 台，杠杆 长5 4 m ，前后臂比例为2 ：1 。H B L 5 2 0 型全自动落 锤式弯沉仪冲击荷载设为( 5 0 2 5 ) k N ，在每个测 点锤击3 次，取后两次的算术平均值作为该测点的 弯沉值。具体试验步骤参照公路路基路面现场测 试规程( J T GE 6 0 2 0 0 8 ) 中3 0 9 5 3 2 0 0 8 落锤式 弯沉仪测定弯沉试验方法的相关规定执行。 3 2 数据分析 B B 与F W D 两种试验方法虽然性质不同，但二 者之间具有一定的内在联系，可以通过对比试验建 立二者之间的相关关系。在试验过程中，测试数据 受多种因素影响产生系统误差和随机误差。一般认 为误差呈正态规律分布，因此需要对测试数据进行 数理统计单因素均方差分析_ “J ，剔除异常值，对剩 余的有效值进行折线图对比及线性同归分析。 3 2 1 对比分析 在4 条试验路段上分别用F W D 和B B 两种方 法试验得出的弯沉值对比折线图，如图1 一图4 。 从图l 和图2 可以看出，在沥青路面上F W D 和B B 的弯沉测试数据非常接近，而B B 的测试数据离散 性比F W D 大，说明采用计算机自动采集数据的 F W D 可以有效地降低人为读数误差。从图3 和图 4 中可以看出在土基和底基层上F W D 的弯沉测试 数据略大。总体上可以看出，在沥青路面、土基和 底基层上F W D 和B B 两种方法测得的弯沉值具有 近似相同的变化趋势，说明F W D 与B B 具有良好 的相关关系。 l35791 l1 3 1 5 1 7 1 92 12 32 52 7 2 93 13 33 53 73 9 测点 圈l 渭富路F w D 与B B 弯沉值对比折线图 I 罨 皂 翠 器 曩 图2 茶庙路F W D