Дефлектометр падающего груза

Fast FWD в 5 раз быстрее на одно падение, чем обычный FWD. — Быстропадающий дефлектометр

Прогибометр с падающим грузом, буксируемый грузовиком

Прогибометр падающего груза (FWD) — это испытательное устройство, используемое инженерами-строителями для оценки физических свойств дорожного покрытия на автомагистралях, местных дорогах, покрытиях аэропортов, портовых зонах, железнодорожных путях и в других местах. Данные, полученные с помощью FWD, в основном используются для оценки несущей способности конструкции покрытия, облегчения проектирования наложения или определения того, не перегружено ли покрытие. В зависимости от конструкции переднеприводный автомобиль может размещаться внутри буксируемого прицепа или может быть встроен в самоходное транспортное средство, например грузовик или фургон. Транспортные средства для комплексной дорожной съемки обычно состоят из переднего привода, установленного на тяжелом грузовике, вместе с георадаром и глушителем удара .

Во время испытаний передний привод подвергает поверхность дорожного покрытия импульсу нагрузки, который имитирует нагрузку, создаваемую катящимся колесом транспортного средства. Импульс нагрузки создается путем падения большого груза на «буфер», который формирует импульс, а затем передается на дорожное покрытие через круглую нагрузочную пластину. Данные собираются с различных датчиков для использования в посттестовом анализе свойств дорожного покрытия. Датчики прогиба используются для измерения деформации дорожного покрытия в ответ на импульс нагрузки. В некоторых FWD величина приложенного импульса нагрузки является предполагаемым постоянным значением, определяемым конструкцией системы; в других сила измеряется тензодатчиками.

Грузовая пластина может быть цельной или сегментированной. Сегментированные грузовые пластины адаптируются к форме дорожного покрытия, чтобы более равномерно распределять нагрузку на неровных поверхностях. Диаметр нагрузочной плиты обычно составляет 300 мм на дорогах и 450 мм в аэропортах, а нагрузка при дорожных испытаниях составляет около 40 кН, создавая давление около 567 кПа под нагрузочной плитой (50 кН / 707 кПа по европейскому стандарту).

Система ударной нагрузки

Существует два разных типа систем воздействия нагрузки; одномассовые и двухмассовые. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}

В одномассовой системе груз сбрасывается на один буфер. ^{[ нужны разъяснения ]} соединен с нагрузочной пластиной, которая, в свою очередь, опирается на испытываемую поверхность. Одномассовые FWD обычно меньше, быстрее и дешевле, но при использовании на мягких грунтах пропускная способность покрытий может переоцениваться из-за инерции массы материала покрытия. ^{[ 3 ]}

В двухмассовой системе груз падает на узел, состоящий из первого буфера, второго груза и второго буфера. ^{[ примечание 1 ]} Это обеспечивает более длительную продолжительность нагрузки, что более точно имитирует нагрузку на колесо, обеспечивает более высокую воспроизводимость и более точный результат на покрытиях, построенных на мягких грунтах. ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}

Существуют также комбинированные системы с одной или двумя массами, в которых падающий груз и средний груз могут быть зафиксированы вместе, создавая короткий импульс 150 кН. В разблокированном режиме FWD работает как двухмассовая система, выдавая длинный импульс 50 кН.

Во всех системах форма импульса нагрузки и время нарастания важны, поскольку они могут влиять на пиковые значения отклонения центра на целых 10–20%. ^{[ 6 ]}

Датчики отклонения

Датчики прогиба используются для измерения деформации дорожного покрытия в ответ на импульс нагрузки. Датчики устанавливаются радиально от центра нагрузочной пластины с типичными смещениями 0, 200, 300, 450, 600, 900, 1200 и 1500 мм (отклонения, измеренные при этих смещениях, обозначаются D0, D200, D300 и т. д.). .

Используются два типа датчиков отклонения: геофоны с силовым балансом и сейсмометры . Сейсмометры имеют встроенные калибровочные устройства и более высокие диапазоны измерения отклонений (5 мм против 2 мм). В геофонах отсутствуют встроенные калибровочные устройства, и они более чувствительны к помехам непосредственно перед ударом, поскольку учитывается первоначальная ошибка. ^{[ нужны разъяснения ]}, но гораздо дешевле сейсмометров.

Анализ

Данные FWD чаще всего используются для расчета параметров жесткости конструкции дорожного покрытия. Процесс расчета модулей упругости отдельных слоев в многослойной системе (например, асфальтобетона поверх слоя основания поверх земляного полотна ) на основе прогибов поверхности известен как «обратный расчет», поскольку не существует замкнутой формы. решение. Вместо этого предполагаются начальные модули, рассчитываются прогибы поверхности, а затем модули корректируются итеративным способом, чтобы сходиться с измеренными прогибами. Этот процесс требует больших вычислительных ресурсов, хотя на современных компьютерах он выполняется быстро. Он может дать весьма вводящие в заблуждение результаты и требует опытного аналитика. Обычно используемое программное обеспечение для обратного расчета:

BAKFAA (Федеральное управление гражданской авиации)
Clevercalc (Вашингтонский университет)
ЭЛМОД (Динатест)
Evercalc (WSDOT)
КГПБАК (Геотран)
MichBack (Мичиган DOT)
Модуль (TxDOT)
ПВД
PRIMAX DESIGN / RoSy Design (Sweco, бывший Carl Bro)

Многие аналитики используют упрощенные методы расчета связанных параметров, которые носят эмпирический характер. Наиболее распространенным является максимальное отклонение под центром нагрузочной пластины (D0), которое связано с эмпирическими измерениями, такими как отклонение балки Бенкельмана (после незначительной корректировки различий в двух устройствах). Исторически некоторые использовали радиус кривизны (D0-D200), но сейчас это не в моде, поскольку ясно, что стальная нагрузочная пластина диаметром 300 мм влияет на форму отклоняющей чаши между центром (D0) и датчиком D200 на расстоянии 200 мм. . Однако это означает, что много полезной информации о форме отклоненной чаши теряется. Хорак и Эмери опубликовали индексы, в которых используется эта информация: BLI=D0-D300, который дает представление о характеристиках основания, MLI = D300-D600, и дает представление о характеристиках основания, и LLI=D600-D900, и дает представление о производительности основания. производительность земляного полотна. Эти и другие подобные индексы известны как коэффициенты формы. Данные FWD также могут быть очень полезны, помогая инженеру разделить длину дорожного покрытия на однородные участки.

Данные FWD также можно использовать для расчета степени передачи нагрузки между соседними бетонными плитами и для обнаружения пустот под плитами.

Другие модели

Dynatest была первой компанией, разработавшей легкий прогибометр (LWD). Легкий прогибометр представляет собой портативный прогибометр с падающим грузом, используемый в основном для испытаний на месте модулей основания и земляного полотна во время строительства. Измерение LWD происходит быстрее, чем изотопный метод измерения, и не требует эталонных измерений. Оборудование не имеет радиоактивных источников и может обслуживаться одним человеком, что позволяет проводить анализ данных на месте и распечатывать отчеты. ^{[ 7 ]} Некоторые LWD не имеют тензодатчика и принимают номинальное значение нагрузки, тогда как другие используют тензодатчик для измерения фактической нагрузки. В зависимости от системы LWD может иметь один геофон, расположенный в центре, или два геофона, обычно расположенных на расстоянии 300 и 600 мм.

Дефлектометр с быстро падающим грузом (FFWD) — это передний привод с пневматическими или электрическими приводами, а не с гидравлическими, что делает работу механики в несколько раз быстрее.

Тяжелый прогибометр (HWD) — это прогибометр с падающим грузом, который выдерживает более высокие нагрузки (обычно от 300 до 600 кН), используемый в основном для испытаний покрытий аэропортов. Распространенным заблуждением является то, что для проверки способности аэропорта принимать тяжелые самолеты необходимы более высокие нагрузки, но на самом деле методы испытаний предназначены не для проверки прочности конструкции, а для определения свойств материала конструкции.

Дефлектометр с подвижным грузом (RWD) — это дефлектометр, который может собирать данные на гораздо более высокой скорости (до 55 миль в час), чем FWD, что позволяет собирать данные без регулирования дорожного движения и перекрытия полосы движения. ^{[ 8 ]} Он выполнен в виде тягача-прицепа с лазерными измерительными приборами, установленными на балке под прицепом. В отличие от FWD, который делает паузу для проведения измерений, RWD собирает данные об отклонении во время движения. ^{[ 9 ]}

Материалы для испытаний описаны в ASTM D 4694, а метод испытаний определен в ASTM D 4695.140.

Примечания

^ В двухмассовой системе принцип действия основан на законе сохранения количества движения при упругом столкновении двух неравных масс.

Ссылки

^ «КУАБ двухмассовый переднеприводный» . Университет штата Айова . Проверено 12 марта 2014 г.
^ «Патент КУАБ на двухмассовый передний привод» . Патенты Google . Проверено 6 июля 2015 г.
^ Кроветти, Дж.А.; Шахин, МОЙ; Тома, Бельгия (1989). «Сравнение двух прогибометров падающего веса Dynatest 8000 и КУАБ 2М-FWD». Неразрушающий контроль покрытий и обратный расчет модулей . АСТМ Интернешнл. дои : 10.1520/STP19799S . ISBN 978-0-8031-1260-5 .
^ Мейер, Роджер В. «Обратный расчет модулей гибкого покрытия на основе данных прогибометра падающего груза с использованием искусственных нейронных сетей» (PDF) . Инженерный корпус армии США . Проверено 24 января 2017 г.
^ Шахин, МЮ (2007). Управление дорожным покрытием в аэропортах, дорогах и парковках (2-е изд.). США: Спрингер. ISBN 978-0387234656 .
^ «Тестирование разного времени загрузки FWD». Бюллетень . 8 . Стокгольм, Швеция: Департамент дорожного строительства, Королевский технологический институт. 1980.
^ «Видео на YouTube о легком дефлектометре» . Купер Технология. Архивировано из оригинала 5 июля 2014 г. Проверено 3 марта 2014 г.
^ Эльбагалати, Омар; Эльсейфи, Мостафа А.; Гаспар, Кевин; Чжан, Чжунцзе (16 июня 2017 г.). «Разработка модели искусственной нейронной сети для прогнозирования модуля упругости земляного полотна на основе испытаний на непрерывный прогиб» . Канадский журнал гражданского строительства . 44 (9): 700–706. doi : 10.1139/cjce-2017-0132 .
^ «Патент Megascale RWD» . Патенты Google . Проверено 29 октября 2015 г.

[principle-4] В двухмассовой системе принцип действия основан на законе сохранения количества движения при упругом столкновении двух неравных масс.

[1] «КУАБ двухмассовый переднеприводный» . Университет штата Айова . Проверено 12 марта 2014 г.

[2] «Патент КУАБ на двухмассовый передний привод» . Патенты Google . Проверено 6 июля 2015 г.

[3] Кроветти, Дж.А.; Шахин, МОЙ; Тома, Бельгия (1989). «Сравнение двух прогибометров падающего веса Dynatest 8000 и КУАБ 2М-FWD». Неразрушающий контроль покрытий и обратный расчет модулей . АСТМ Интернешнл. дои : 10.1520/STP19799S . ISBN 978-0-8031-1260-5 .

[5] Мейер, Роджер В. «Обратный расчет модулей гибкого покрытия на основе данных прогибометра падающего груза с использованием искусственных нейронных сетей» (PDF) . Инженерный корпус армии США . Проверено 24 января 2017 г.

[6] Шахин, МЮ (2007). Управление дорожным покрытием в аэропортах, дорогах и парковках (2-е изд.). США: Спрингер. ISBN 978-0387234656 .

[7] «Тестирование разного времени загрузки FWD». Бюллетень . 8 . Стокгольм, Швеция: Департамент дорожного строительства, Королевский технологический институт. 1980.

[8] «Видео на YouTube о легком дефлектометре» . Купер Технология. Архивировано из оригинала 5 июля 2014 г. Проверено 3 марта 2014 г.

[9] Эльбагалати, Омар; Эльсейфи, Мостафа А.; Гаспар, Кевин; Чжан, Чжунцзе (16 июня 2017 г.). «Разработка модели искусственной нейронной сети для прогнозирования модуля упругости земляного полотна на основе испытаний на непрерывный прогиб» . Канадский журнал гражданского строительства . 44 (9): 700–706. doi : 10.1139/cjce-2017-0132 .

[10] «Патент Megascale RWD» . Патенты Google . Проверено 29 октября 2015 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ примечание 1 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]