基于FWD荷载分布系数直解路面结构层模量

利用FWD实测弯沉盆数据反算路面结构层的模量是十分复杂的问题。本文探讨如何利用FWD荷载应力分布系数直接求解路面结构层模量的方法，并给出双层体系的详细解法。实践工程应用表明，该方法不仅具有快速、简便、高效的特点，而且无需专门的计算软件和反算技术，是公路管理部门分析FWD实测弯沉盆数据的理想工具。     

基于FWD预估沥青路面剩余寿命的探索

如何合理的利用FWD测得的数据来评定路面寿命是道路研究的一个重要课题。依托实体改扩建工程,使用FWD检测路面的弯沉,采用三层和四层体系来反算结构层模量,比较反算结果后,使用三层体系反算的模量值进行沥青路面剩余寿命的预估。     

沥青路面阻尼特征参数及路表动态弯沉盆分布特征研究

为解决沥青路面模量参数反演时有效动态理论弯沉盆数据获取问题,采用动力有限元数值分析方法,探讨了结构层材料阻尼参数的计算求解方法,建立了路基阻尼参数的预估分析模型,考察了测试荷载的动力效应以及层间非连续接触行为对路表动态弯沉盆的影响规律。研究结果表明:路基阻尼参数是影响路表动态弯沉分布的重要因素,并受路基模量的影响最为显著,而其他路面结构层参数对其影响可以忽略不计;FWD动静荷载作用下沥青路面路表弯沉盆的分布规律明显不同,相同的路面结构层间接触状态不同,路表弯沉盆的分布规律也存在着明显的差异;有效的结构层模量参数反演分析应充分考虑FWD测试设备的动力特性,以及路面层间实际接触条件。     

不同模型下的FWD路面模量反算结果分析

通过分析不同荷重等级下的FWD实测弯沉盆,进而比较了实测弯沉盆在反算过程中考虑土基非线性及动荷载因素时对路面各层反算模量的影响,得出三层路面结构的实测弯沉盆基于静力线弹性模型的模量反算结果会高估土基模量,低估基层模量,并解释了原因。     

不同模型下的FWD路面模量反算结果分析

通过分析不同荷重等级下的FWD实测弯沉盆,进而比较了实测弯沉盆在反算过程中考虑土基非线性及动荷载因素时对路面各层反算模量的影响,得出三层路面结构的实测弯沉盆基于静力线弹性模型的模量反算结果会高估土基模量,低估基层模量,并解释了原因。     

路面结构层模量的反算精度

给出了具有较高精度的两层路面结构模量反算回归式。在此基础上。讨论了弯沉测量误差和面层厚度偏差的传递效应。最后,定量分析了FWD系统的随机误差和面层厚度误差对面层和地基模量反算结果的影响。     

基于FWD的旧路路基模量反算的问题探讨

利用实测弯沉数据反算结构层模量是落锤式弯沉仪（FWD）应用于旧混凝土路面结构检测的核心所在。但是,由于路面结构层参数的多元性,路基反演模量有时可能偏离实际。为寻其根源,作者结合成绵高速公路路面检测,采用有限元分析软件ANSYS,建立了路面非线性有限元模型,并在此基础上,以路基下卧刚性层及路基材料非线性为可变参数,对比了4种不同组合情况下的路基反演模量,发现：路基下卧刚性层的深度对检测数据的反演结果有显著影响,而路基土的非线性性质对反演结果影响有限。因此认为,基于FWD检测数据的结构层模量反演时,可以将路基近似为线弹性体。     

基于FWD的旧路路基模量反算的问题探讨

利用实测弯沉数据反算结构层模量是落锤式弯沉仪(FWD)应用于旧混凝土路面结构检测的核心所在。但是,由于路面结构层参数的多元性,路基反演模量有时可能偏离实际。为寻其根源,作者结合成绵高速公路路面检测,采用有限元分析软件ANSYS,建立了路面非线性有限元模型,并在此基础上,以路基下卧刚性层及路基材料非线性为可变参数,对比了4种不同组合情况下的路基反演模量,发现:路基下卧刚性层的深度对检测数据的反演结果有显著影响,而路基土的非线性性质对反演结果影响有限。因此认为,基于FWD检测数据的结构层模量反演时,可以将路基近似为线弹性体。     

基于遗传算法的刚性路面脱空判定

利用有限单元法建立了可考虑接缝和地基脱空的刚性路面位移计算模型。模拟生物进化过程,利用遗传算法建立了反演路面结构层模量的方法。最终提出了判定刚性路面板角(边)脱空面积的迭代方法,利用落锤式弯沉仪(FWD)实测板中弯沉盆数据反演模量,根据反演结果计算板角(边)的理论弯沉值,对比理论与实测弯沉值确定地基脱空面积,修正地基接触状况重复上述计算过程,直至计算结果收敛。     

基于动态弯沉盆的路面模量反算方法

路面荷载是典型的冲击荷载,文中利用弹性层状体系理论,通过对输入和输出的关系分析,提出了路面动态模量的反算思想和实现方法。东莞市北王路的路面动态弯沉检测评价结果表明,基于FWD动态弯沉所反算的模量能更好地对路面结构层的强度进行评定。     

沥青路面FWD弯沉值温度修正理论研究

FWD(落锤式弯沉仪)在道路工程运用越来越广泛,其弯沉值的温度修正成为制约FWD运用的关键问题。由于沥青层材料和层位的原因,温度影响弯沉的实质是影响沥青层的模量。文章通过理论计算发现沥青层模量和路表弯沉呈双对数关系(1gD=a·1gE1+b),然而不同模量和厚度结构组合,系数数值不同。文章将分析系数与弯沉温度修正的关系,从不同沥青路面结构组合入手,计算发现不同模量、不同厚度组合对FWD弯沉值温度修正的影响,并分析产生这些影响的原因,有利于指导采集的FWD弯沉温度修正数据的统计分析。     

基于FWD弯沉盆参数的沥青路面土基模量评价方法研究

采用动力有限元方法模拟沥青路面在FWD作用下弯沉盆响应,分析土基模量与弯沉盆几何指标之间的关系以及路面开裂、层间滑移和刚性层深度等变量对弯沉盆的影响.计算结果表明:土基模量可由曲率指标CI_7和形状指标F_8确定;开裂和层间滑移对CI_7-F_8关系曲线没有影响;当刚性层深度小于7 m时,刚性层深度将对CI_7-F_8关系曲线产生影响.最后通过实体工程对评价方法进行了验证.     

刚性层深度及层间接触状态对FWD动载响应及反算结果的影响

基于弹性动力学平衡方程,进行Laplace、Hankel联合积分变换,利用传递矩阵的方法,可得任一深度处应力位移与表面应力位移关系。讨论了FWD动荷载形式下下卧刚性层埋深及层间接触状态对表面弯沉的影响。计算结果表明,下卧刚性层的埋深变化对动弯沉盆的形状影响不大,但对数值大小影响明显,下卧刚性层埋深较浅时,面层与土基模量反算结果明显偏大,基层反算结果却显著偏小。层间接触较差时,路面各结构层的反算模量都显著偏小。因此建议模量反算之前,首先对刚性层深度及层间接触状态进行分析,避免对反算模量结果造成很大影响。     

基于同伦方法的路面模量反算研究

根据最优化问题的极值条件 ,将模量反算转化为非线性映射求零点的问题 ,结合数值微分计算弯沉对模量的一阶和二阶偏导数 ,建立了基于同伦方法反算路面模量的数学模型 ;并采用 LI-YORKE算法求解微分方程初值问题跟踪同伦曲线 ,获得模量的反算结果 ,在此基础上编制了相应的模量反算程序。通过对 3种路面结构的落锤式弯沉仪 ( FWD)的实测弯沉盆进行模量反算 ,并与国内外其它反算程序比较 ,验证了同伦方法反算结果的精度和可靠性。同时 ,通过选取不同初始值进行反算比较 ,验证了同伦方法的大范围收敛性和反算结果的稳定性。结果表明 ,采用同伦方法进行路面模量反算有效地解决了常规最优化算法的初始值和局部收敛的问题 ,是一种精度好、速度快、效率高、结果稳定且大范围收敛的模量反算方法。     

水泥路面结构FWD测试模型的建立与验证研究

本文根据水泥路面结构的特点,建立了路面结构的有限元模型,基于三层理论体系的地基反应模量换算方法,构建FWD动态冲击测试模型,并计算了不同测试位置不同荷载等级下的弯沉盆数据,通过实际道路FWD实测验证,模型的输出结果可靠有效。     

基于FWD路表动态弯沉盆参数的路基模量评价研究

为客观地反映既有路基的承载能力状况,基于结构动力学基本理论,建立了沥青路面结构的动力有限元数值分析模型,分析了路基模量参数与路表动态弯沉盆参数指标的相关关系,据此构建了路基模量参数的预测分析模型,并探讨了层问非连续接触、路面横向开裂及刚性层深度等因素条件对路基模量预测结果的影响.结果表明:路表动态弯沉盆参数指标与路基模量之间具有良好的相关性,路基模量可由直接弯沉参数指标d9、形状参数指标F8以及结构层厚度联合确定;路面开裂及层间非连续接触行为对路基模量参数的预测结果没有影响;当路基内刚性层深度小于6 m时,路基模量预测分析结果明显偏大.研究结果为进一步推广FWD测试设备在路基结构性能评定中的广泛应用提供了技术保障.     

用FWD评价路面状况的试验研究

应用FWD和自动弯沉仪,以动态弯沉和反算模量平均值为指标实测了两个路面状况不同的段落,结果表明．路面状况与动态弯沉、反算模量关系密切;采用固定路基模量反算比改变路基模量反算时的路面状况差异更显著．并且此种差异与动态弯沉有较好的一致性,可采用FWD准确评价路面状况。     

考虑层间接触状态的路面动力响应解析解及参数反演

为了对现有路面结构FWD检测技术的改进提供相关参考，并进一步完善路面结构质量评价体系，从轴对称动力平衡方程出发，应用Hankel-Laplace积分变换，推导了考虑路面材料横观各向同性特性和路面结构层间接触状态的路面结构力学响应解析解，结合传递矩阵法提出了一种路面结构力学响应快速计算方法，并通过与ABAQUS计算结果的对比验证了所提理论推导的正确性。在此基础上，随机生成6 728组不同竖向模量、模量比、层间滑移系数以及结构层厚度的路面结构，计算其在FWD脉冲荷载作用下的表面位移响应，并应用BP神经网络以及实数编码的多种群遗传算法反演路面结构参数。研究结果表明：对BP神经网络而言，仅土基材料参数以及各结构层竖向模量的预测结果相对较为理想，其相关系数在0.75以上；较BP神经网络的预测结果，实数编码的多种群遗传算法对竖向模量的预测精度有了较大提高，相关系数基本达到0.95以上。但无论采用何种反演方法，对模量比以及层底滑移系数的预测效果均不理想。综上所述，所提出的解析解以及计算方法具有较高的计算精度以及较好的数值稳定性，能够实现路面结构力学响应的快速计算；同时，在进行路面参数反演计算时，应考虑路面结构的层间不完全连续状态以及材料的横观各向同性；而仅依靠路表弯沉数据进行参数反演的结果并不理想，有必要对现有检测技术进行相关改进。     

基于Rayleigh波频散特征的路基模量反演成像方法与试验研究

路基动态回弹模量是影响路基路面结构耐久性与稳定性的关键参数之一。为了实现路基动态回弹模量无损检测精细化,基于Rayleigh波在弹性层状体系中的传播特性,揭示了Rayleigh波在基准路基路面结构中的理论频散特征,并通过显式瞬态动力有限元方法对路基路面结构体系中Rayleigh波场响应进行了数值计算,结合频域波数域变换法与相位移法建立了路基路面结构中Rayleigh波频散曲线的联合提取方法。通过将提取的Rayleigh波频散曲线按自适应遗传算法反演的路面各结构层模量值作为已知约束条件,进一步对路基工作区细化分层,以此建立了路基工作区动态回弹模量的反演成像方法。通过在足尺道路试槽内点对点依次进行Rayleigh波、FWD、承载板和弯沉测试,建立了各测试结果之间的相关关系。研究结果表明：Rayleigh波反演的路基动态回弹模量与其他测试方法相应结果的判定系数R²均大于0.85,且反演成像结果能够全面、清晰地反映路基的承载能力与压实质量。研究成果可为路基路面工作特性智能感知方法与技术的发展提供理论参考。     

基于自适应信息遗传算法的路面模量反算研究

近年来,根据FWD实测弯沉盆来反算各层路面结构模量的技术在路面结构的质量评价中广为应用。如何利用FWD反算路面模量也相应成为各方研究的热点。在本文中,作者针对于模量反算中,目标函数在最优值附近表现为大片狭长平坦区域的特点,提出了一类反算新算法——自适应信息遗传算法,提出了根据信息量大小来决定算法是否进行自适应细分模量解空间的机制,以缩小算法后期反算中的搜索空间。此外,本文还改进了实数交叉算子,使用了新的探险策略,从而加强了新算法后期的局部搜索能力。随后的工程实例表明,这新机制、新策略的引入,能够在保持较高反算精度的前提条件下,大大提高模量反算的求解效率,从而更加有利于模量反算的工程实际应用。