高速公路路面结构连续性检测仪的研究-交通信息工程及控制专业毕业论文.docx

Study on Highway Pavement Structure Continuity
Detector
A Dissertation Submitted for the Degree of Master
Candidate:Zhu Wuhui Supervisor:Prof. Wang GuiPing
Chang’an University, Xi’an, China
摘 要
混凝土路面在我国南方被广泛采用。虽然混凝土路面具有刚度大、承载能力强、使用寿命长等优点,但是在建设和使用过程中,其中的病害问题也非常多。其中,脱空现象是一个比较经常发生的病害问题,路面结构脱空病害是造成路面破损的一大杀手,且病害不易被立即发现,给道路维修带来很大的困难。目前高速公路的脱空位置检测还大部分采用的是人工敲击路面这样凭借维修工人经验的方式,不仅效率低,而且准确度也不高。如何高效准确的检测得到路面的脱空位置及脱空位置大小,成为了路面维修机养护的关键。由于造成脱空的原因复杂多样,虽然近年来有学者提出了雷达检测、弯沉法检测等方法,但是在检测效率和经济实用方面依然表现差强人意。
本文首先基于弹性力学的基础,将路面在动载荷下的激励响应简化为小挠度薄板的振动,在对其进行分析后总结出:路面振动噪声的声压大小取决于路面结构边界振动速度的法向分量。之后用 ABAQUS 软件建立路面结构模型,利用有限元方法求得路面结构振动特性。基于振动特性通过声学边界元法计算得到了路面结构的声学响应特性。在进行了大量的仿真试验后,利用最小二乘法拟合得到了路面结构脱空大小与声效特征值之间的关系。
其次设计了基于路面振动理论分析设计的路面结构连续性检测仪。检测仪硬件主要采用 STM32F103 作为核心处理器,使用激励轮敲击路面产生振动噪声并采用拾音器实时采集路面声信号,对信号进行滤波等处理后将声波转换为电信号,通过测距传感器实时检测道路的位置信号,最后微控制器将处理后的数据通过串口发送至上位机。上位机软件通过串口接收检测仪检测的数据,对数据进行分析处理后,形象直观的表现出病害的分布情况以及病害的严重程度。
结论表明,采用声振法对路面空洞的检测是有效可行的。声振法不论经济性、检测的效率及检测的准确度上都有良好的表现。本文的研究成果虽然在路面结构脱空检测方面还不是一个成熟的方法,但是这是路面结构脱空检测研究的一个新思路。该方法具有较大的理论意义及工程价值。
关键词:声振法、有限元分析、ABAQUS、嵌入式、路面结构连续性
I
Abstract
Concrete pavement is widely used in southern of China. Although the concrete pavement stiffness, high load capacity, long life and etc., but disease problems in the construction and use of the process is also very much. The pavement structure Void disease is a major killer of pavement damage, and the disease can’t easily be found immediately. So the cavity of cement concrete cement bring much difficult to work of road maintenance. Currently, found the position of the cavity of cement concrete cement in highway mostly by artificial hit the road. This way by experience of workers, so the detection effect is far from ideal. The key to the pavement maintenance work is efficient and accurate detection of the road the Void location and void size. In recent years, some scholars have proposed radar detection, Falling Weight Deflect meter method, but still far from satisfactory in the detection efficiency and economic