基于频谱特征分析的路面脱空检测技术研究

发布时间：2020-09-29 21:29

　　水泥混凝土路面作为一种典型的路面结构形式已在国内外得到广泛应用。由于路面板脱空导致水泥混凝土路面早期损害严重,且不易修复。因此,如何有效判定路面结构是否发生了板下的脱空,是路面养护维修的关键问题之一,路面板下脱空的影响因素较多,且很复杂。为此,本文针对路面养护管理的实际需要,致力于开发一种可以准确有效地识别水泥混凝土板下脱空的技术手段。本文基于薄板振动理论,采用ABAQUS有限元软件建立了水泥混凝土路面板的脱空模型。对水泥混凝土路面板的不同边界条件、地基基床系数、脱空形状和脱空面积进行了数值计算和分析。计算结果表明,边界力传递装置越差,自振频率越低,地基质量与路面板振动基频正相关,路面板的脱空形状对自振频率影响不大,但脱空面积越大,路面板的自振频率下降的越多。基于声音的频谱分析理论,将路面板视为声谐振子,并将脱空视为对路面板振动的干扰因素,利用Matlab软件对输入激励后的水泥混凝土路面板的声波信号响应进行处理、分析,得到声信号的时域图和频域图,再结合上述数值计算得到的不同脱空状况和频谱的关系,将自振频率和频率下降率设置为用于识别脱空的特征参数,利用BP自适应神经网络对水泥混凝土路面的脱空进行判定。工程应用表明,基于频谱特征分析的路面脱空检测技术具有良好的实用性。本文的研究成果为水泥混凝土路面的脱空识别提供了新的技术途径,对于水泥混凝土路的养护管理工作具有一定的指导作用。
【学位单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U418.6
【部分图文】：

唧泥,线性曲线

碎裂等早期病害普遍存在，严重影响了水泥混凝土路面的路面板底脱空方面的快速、高效检测技术研究与开发一域的重要课题之一，得到了许多学者和工程技术人员的进展。目前，典型的水泥混凝土路面的脱空判断方法主测方法、弯沉检测方法、探地雷达检测方法和声振法等。的公路养护部门，由于受到设备条件和人员素质的限制混凝土路面脱空情况是根据经验进行定性判断的。当脱泥混凝土板会发生相对垂直位移及翘曲。相邻板有错台象。在泥泞的地方，通常有脱空。如果用锤子敲击混凝回声。柳永江等人提出的通过观察唧泥高度来判断脱空比较经典的经验方法。他们先从理论上对该评价方法进和现场测定唧泥高度的方法，建立脱空量与唧泥高度的关出了基于唧泥高度的水泥混凝土路面脱空评价方法，并例测得的数据进行分析处理，建立了路面板底脱空量和线，见下图 1.1。

照片,弯沉检测,贝克曼

脱空程度轻微中等严重唧泥高度(cm) ＜10 10-30 ≥30虽然该种经验方法简单可行，但该方法需要雨天天气，且人为主观判断成检测的主导因素，具有较大的随意性，并且不能够有效检测水泥混凝土路面底的微小脱空，使得检测的准确性无法得到有效保证。在水泥混凝土路基层养护管理工作中，使用取芯灌水观测方法判别路面板否脱空仍然应用较为普遍。使用钻芯机对路面进行钻芯取芯操作，通过观察内的灌水量、孔内的照片情况、芯样和水泥板底部的粘结状况综合考虑判断下脱空情况。这是一种有伤检测方法，虽然可以有效测得混凝土板下脱空情，并能大致判断脱空的范围和程度，但是它会对水泥混凝土路面造成损伤，且检测效率不高，所以这种方法不适合大面积使用[4-5]。在弯沉检测方法方面，贝克曼梁弯沉检测法目前在基层道路养护管理中仍得到较为广泛的使用，其测试原理如图 1.2 所示。通过统计一些路面板的弯沉，析总结出板角的标准弯沉值，利用该标准弯沉值判断路面状态[6-8]。

曲线,加载,弯沉

绪论作用下的板角弯沉，不需要进行复杂的计算分析。在实际＞标准弯沉，就说明混凝土路面板底存在脱空。但是，是如何准确合理地确定“标准板角弯沉值” ，目前规范为 0.20mm，有必要依据各地的实际情况进行必要的调整沉仪（简称为 FWD）作为一种准确高效的动力弯沉检测广泛应用。它是采用计算机控制液压系统的方法提升重落，产生作用于路面的脉冲载荷，使得路面产生变形。可以分析路面结构的使用性能。在理想情况下，将落锤段荷载（60KN、80KN、100KN）下混凝土面板板角或板荷载板中心弯沉与相应分级荷载，得出关于荷载-弯沉的曲线与弯沉坐标轴相交在原点附近，则表示该测点没有沉轴相交点远离坐标原点，则表明水泥混凝土路面板底

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