重型车辆作用下路面垂向位移测试方案设计
目 录
1 绪论1
1.1 课题研究背景与目1
1.2 国内外研究现状1
1.3 主要解决问题2
2 路面和路面设计方法3
2.1 沥青路面的简史和结构3
3 基于FWD的路基路面复合模量不均匀性调查与分析 6
3.1 路基路面复合模量不均性调查6
4 沥青路面动力响应试验研究10
4.1 沥青路面位移传感器设计10
4.2 沥青路面动力响应试验方案一12
4.3 沥青路面动力响应试验方案二16
结 论18
致 谢19
参考文献20
1 绪论
1.1 课题研究背景与目的
1.1.1 课题背景
随着我国高速公路的飞速发展，汽车已渐渐成为人们的主要出行工具，越来越多的人们选择用重型车辆运货。为了追求利益最大化，不少司机铤而走险通过超载、超速等谋取利益，这样使公路不堪重压，损伤严重。目前我国沥青公路可用15年作用，水泥路面则达到30年。但是，通过调查发现，我国很多高速沥青路面在短短的5年之内就路面出现破裂，路表损坏严重，造成这样的原因很多，主要由于路面破损的比较严重，导致路面坑洼不平，所以车辆在上面行驶时，对路面造成的影响更坏。所以对路面和车辆之间的关系值得我们探究，若能搞懂两者之间的联系，对路面的设计、铺设、维护都非常有好处，可以更好的造出更好的道路，对人类文明是一个巨大的发展，有很大的价值。
1.1.2 课题研究目的与意义
目前的汽车动力学和路面动力学仍然将汽车和路面作为两个独立的系统进行研究。汽车动力学把路面作为汽车系统的随机激励，来研究汽车系统的操纵性 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
、舒适性和安全性。而路面动力学是将汽车作为对路面的移动载荷，来研究路面的响应和使用寿命。因此，建立汽车-路面-路基耦合大系统，研究汽车、路面路基之间的相互作用机理及动力响应，可以为汽车路面参数的低动力设计提供理论指导，从而减小汽车动载引起的路面早期破坏。这是一个汽车动力学、路面动力学、轮胎动力学与非线性动力学等多学科相结合的崭新的课题，具有重要的理论意义和工程应用价值。
1.2 国内外研究的发展概况
早在19世纪末，可以用于沥青路面设计的某些力学理论已经得到发张，其中突出的有赫兹（H.Hertz）在1884年提出的液体支承板，布辛尼斯克（J.Boussinwsq）在1885年提出的半空间弹性课题。液体支承板模型就是土力学中的弹性模型，或称温克勒（E.Winklwer）地基假设。布辛尼斯克对弹性均质半空间体在单个集中载荷作用下的应力与位移计算作出了理论解。1916年日本学者寺泽宽-（K.Terasawa）对在轴对称荷载下的半空间体，采用贝赛尔函数法秋的了应力和位移计算的完整表达式，对于一些特殊点，还可简化为收敛迅速的无限级数。从而获得半空间体在轴对称荷载作用下应力和位移计算的某些数值解。1929年洛夫（A.E.H.Love）采用势能法得出了半空间体在均布圆面积荷载作用下任意点应力计算的近似解，1931年松村孙治提出并研究双层弹性体系。这些计算结果在后来几十年的路面设计研究中曾得到广泛应用。到了20世纪40~50年代，路面力学理论又有了较大的新发展。其中主要有1938年霍格（A.H.A.Hogg）作出的弹性地基上无限大薄板的解，以及1945年伯米斯特（B.M.Burmister）对双层和多层弹性体系应力和位移计算的理论解。它们对刚性路面和柔性路面设计理论的发展有很大的影响。
在路面力学的研究中，对路面体系做很彻底、精确的力学分析具有很大的难性。目前，很多路面设计者便采用忽略某些次要因素，简化路面体系的力学模型，获得理论解答，然后通过各种试验手段对理论加以修正，取得理论和实际的统一，这已是被公认为可行的方法。我国对路面动力学的研究开始于60年代，其后越来越多的学者开始这方面的研究。对这一问题的研究主要集中在同济大学、东南大学、长安大学及空军工程学院。1984年同济大学公路研究所在中国科学院计算技术研究所的协助下，对双层和三层弹性体系在圆形均布垂直荷载下应力和位移进行了较为全面的计算。此后，又进行了水平荷载作用下的应力和位移计算，以便再通过迭加原理求出在垂直和水平荷载综合作用下的应力和位移值，近年来，由于国家加大对高等级公路的投资，尤其是高速公路里程的迅速增长，使得我国路面力学的研究工作也有很大的发张。
1.3 主要解决问题
1.3.1 分析路面结构层
（1）面层：面层是路面结构最上面的一个层。它是直接受力层，直接承受汽车的载荷力，同时是最容易受到气温和雨水侵蚀的一个面层，是能够让人一眼就能看出路面使用的面层。
（2）基层：基层可分为两部分，分别为上基层和下基层，上基层承受了大部分的重量，而下基层则起到了辅助作用，仅承受相当少的重量。所以下基层的要求没有上基层的高，使用的材料也较差，所以可以利用一些边角料，降低成本。
（3）垫层：垫层是位于基层之下土层之上的一个面层。
1.3.2 分析与选择传感器
为了研究现代沥青公路路面的位移特性，以及车辆超载、超速等因素对路面损坏的影响，我设计了两组试验来研究路面路基的不平整性。
试验设备： FWD 落锤式弯沉仪及数据采集器、测量距离的皮尺。
事先用皮尺测量间隔距离，每50米用石灰粉做标记，如下图3-2所示
图3-2试验中测点的标记与定位
1 绪论1
1.1 课题研究背景与目1
1.2 国内外研究现状1
1.3 主要解决问题2
2 路面和路面设计方法3
2.1 沥青路面的简史和结构3
3 基于FWD的路基路面复合模量不均匀性调查与分析 6
3.1 路基路面复合模量不均性调查6
4 沥青路面动力响应试验研究10
4.1 沥青路面位移传感器设计10
4.2 沥青路面动力响应试验方案一12
4.3 沥青路面动力响应试验方案二16
结 论18
致 谢19
参考文献20
1 绪论
1.1 课题研究背景与目的
1.1.1 课题背景
随着我国高速公路的飞速发展，汽车已渐渐成为人们的主要出行工具，越来越多的人们选择用重型车辆运货。为了追求利益最大化，不少司机铤而走险通过超载、超速等谋取利益，这样使公路不堪重压，损伤严重。目前我国沥青公路可用15年作用，水泥路面则达到30年。但是，通过调查发现，我国很多高速沥青路面在短短的5年之内就路面出现破裂，路表损坏严重，造成这样的原因很多，主要由于路面破损的比较严重，导致路面坑洼不平，所以车辆在上面行驶时，对路面造成的影响更坏。所以对路面和车辆之间的关系值得我们探究，若能搞懂两者之间的联系，对路面的设计、铺设、维护都非常有好处，可以更好的造出更好的道路，对人类文明是一个巨大的发展，有很大的价值。
1.1.2 课题研究目的与意义
目前的汽车动力学和路面动力学仍然将汽车和路面作为两个独立的系统进行研究。汽车动力学把路面作为汽车系统的随机激励，来研究汽车系统的操纵性 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
、舒适性和安全性。而路面动力学是将汽车作为对路面的移动载荷，来研究路面的响应和使用寿命。因此，建立汽车-路面-路基耦合大系统，研究汽车、路面路基之间的相互作用机理及动力响应，可以为汽车路面参数的低动力设计提供理论指导，从而减小汽车动载引起的路面早期破坏。这是一个汽车动力学、路面动力学、轮胎动力学与非线性动力学等多学科相结合的崭新的课题，具有重要的理论意义和工程应用价值。
1.2 国内外研究的发展概况
早在19世纪末，可以用于沥青路面设计的某些力学理论已经得到发张，其中突出的有赫兹（H.Hertz）在1884年提出的液体支承板，布辛尼斯克（J.Boussinwsq）在1885年提出的半空间弹性课题。液体支承板模型就是土力学中的弹性模型，或称温克勒（E.Winklwer）地基假设。布辛尼斯克对弹性均质半空间体在单个集中载荷作用下的应力与位移计算作出了理论解。1916年日本学者寺泽宽-（K.Terasawa）对在轴对称荷载下的半空间体，采用贝赛尔函数法秋的了应力和位移计算的完整表达式，对于一些特殊点，还可简化为收敛迅速的无限级数。从而获得半空间体在轴对称荷载作用下应力和位移计算的某些数值解。1929年洛夫（A.E.H.Love）采用势能法得出了半空间体在均布圆面积荷载作用下任意点应力计算的近似解，1931年松村孙治提出并研究双层弹性体系。这些计算结果在后来几十年的路面设计研究中曾得到广泛应用。到了20世纪40~50年代，路面力学理论又有了较大的新发展。其中主要有1938年霍格（A.H.A.Hogg）作出的弹性地基上无限大薄板的解，以及1945年伯米斯特（B.M.Burmister）对双层和多层弹性体系应力和位移计算的理论解。它们对刚性路面和柔性路面设计理论的发展有很大的影响。
在路面力学的研究中，对路面体系做很彻底、精确的力学分析具有很大的难性。目前，很多路面设计者便采用忽略某些次要因素，简化路面体系的力学模型，获得理论解答，然后通过各种试验手段对理论加以修正，取得理论和实际的统一，这已是被公认为可行的方法。我国对路面动力学的研究开始于60年代，其后越来越多的学者开始这方面的研究。对这一问题的研究主要集中在同济大学、东南大学、长安大学及空军工程学院。1984年同济大学公路研究所在中国科学院计算技术研究所的协助下，对双层和三层弹性体系在圆形均布垂直荷载下应力和位移进行了较为全面的计算。此后，又进行了水平荷载作用下的应力和位移计算，以便再通过迭加原理求出在垂直和水平荷载综合作用下的应力和位移值，近年来，由于国家加大对高等级公路的投资，尤其是高速公路里程的迅速增长，使得我国路面力学的研究工作也有很大的发张。
1.3 主要解决问题
1.3.1 分析路面结构层
（1）面层：面层是路面结构最上面的一个层。它是直接受力层，直接承受汽车的载荷力，同时是最容易受到气温和雨水侵蚀的一个面层，是能够让人一眼就能看出路面使用的面层。
（2）基层：基层可分为两部分，分别为上基层和下基层，上基层承受了大部分的重量，而下基层则起到了辅助作用，仅承受相当少的重量。所以下基层的要求没有上基层的高，使用的材料也较差，所以可以利用一些边角料，降低成本。
（3）垫层：垫层是位于基层之下土层之上的一个面层。
1.3.2 分析与选择传感器
为了研究现代沥青公路路面的位移特性，以及车辆超载、超速等因素对路面损坏的影响，我设计了两组试验来研究路面路基的不平整性。
试验设备： FWD 落锤式弯沉仪及数据采集器、测量距离的皮尺。
事先用皮尺测量间隔距离，每50米用石灰粉做标记，如下图3-2所示
图3-2试验中测点的标记与定位
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