способ оценки состояния дорожных конструкций при эксплуатационном вибрационном воздействии транспортных средств

Формула изобретения

Способ оценки состояния дорожных конструкций при эксплуатационном вибрационном воздействии транспортных средств, при котором на эксплуатируемой автомобильной дороге регистрируют характеристики деформирования дорожной конструкции при проезде транспортных средств, отличающийся тем, что характеристики деформирования регистрируют с помощью вибродатчиков, при этом датчики устанавливаются на поверхности различных элементов дорожной конструкции: дорожном покрытии, земляном полотне, грунтово-геологическом массиве с ориентацией по трем направлениям: вертикальному, поперечному к оси дороги, продольному, характеристики сохраняют в компьютере в виде оцифрованной амплитудно-временной характеристики ускорения и обрабатывают с использованием преобразования Фурье для получения амплитудно-частотных характеристик.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к методам и средствам диагностики состояния дорожных конструкций.

Известен способ визуальной оценки состояния дорожной конструкции, при котором фиксируются все дефекты поверхности проезжей части и земляного полотна автомобильной дороги (ОДН 218.0.006-2002. Правила диагностики и оценки состояния автомобильных дорог, М., 2002. С.139).

Известен способ оценки состояния дорожной конструкции инструментальными измерениями и испытаниями, в ходе которых определяются показатели эксплуатационного состояния дороги: прочность дорожной конструкции, продольная и поперечная ровность проезжей части (Эксплуатация автомобильных дорог и организация дорожного движения. М.: Транспорт, 1990. - 304 с.).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ оценки состояния дорожных конструкций по величине упругого деформирования (упругого прогиба) под движущимся колесом с использованием установки RDW, представляющей собой 14-метровый полуприцеп с измерительным оборудованием. Установка определяет параметры чаши прогиба путем сравнения профиля поверхности дороги до и во время нагружения задним колесом полуприцепа (Современные автоматизированные технические средства диагностики автомобильных дорог. - М., 2002. - 80 с.).

Однако, способ имеет следующие недостатки.

Ряд факторов влияет на достоверность результатов о состоянии дорожной конструкции, полученных рассматриваемым способом, среди которых следует отметить эксплуатационное состояние самого прицепа (состояние рессор, давление в шинах и т.д.), изменение нагрузки на колесо и геометрии контактной зоны вследствие колебаний прицепа при движении по покрытию с неровностями.

Способ не позволяет оценить состояние отдельных элементов дорожной конструкции (слои дорожной одежды, земляное полотно, грунтово-геологический массив), так как в ходе испытаний замеряются деформации всей дорожной конструкции в целом. При этом регистрируются только вертикальные деформации, в то время как при движении транспортных средств в дорожной конструкции возникают деформации в поперечном (к оси дороги) направлении и в продольном направлении, особенно при разгоне и торможении автомобиля.

Большое влияние на работу дорожных конструкций оказывает динамический характер воздействия движущихся транспортных средств, обусловленный неровностями дорожного покрытия и вибрацией автомобиля (собственные частоты колебаний двигателя автомобиля, кузова и колес). Фиксирование только перемещений поверхности дорожного покрытия при проезде автомобиля не позволяет в полной мере оценить реакцию (отклик) дорожной конструкции и ее элементов на реальное вибрационное воздействие транспортных средств.

Задачей изобретения является усовершенствование способа оценки состояния дорожных конструкций, позволяющее учитывать эксплуатационное вибрационное воздействие транспортных средств и исследовать состояние элементов дорожной конструкции.

Предлагаемый для достижения технический результат: обеспечить возможность оценки состояния дорожных конструкций на эксплуатируемых автомобильных дорогах при вибрационном (динамическом) воздействии транспортных средств, движущихся в транспортном потоке.

Сущность изобретения заключается в том, что способ оценки состояния дорожных конструкций при эксплуатационном вибрационном воздействии транспортных средств, при котором на эксплуатируемой автомобильной дороге регистрируют характеристики деформирования дорожной конструкции при проезде транспортных средств; при этом характеристики деформирования регистрируют с помощью вибродатчиков, установленных на поверхности различных элементов дорожной конструкции: дорожном покрытии, земляном полотне, грунтово-геологическом массиве с ориентацией по трем направлениям: вертикальному, поперечному к оси дороги, продольному; характеристики сохраняют в компьютере в виде оцифрованной амплитудно-временной характеристики ускорения и обрабатывают с использованием преобразования Фурье для получения амплитудно-частотных характеристик.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на

фиг.1 - схема расстановки датчиков при оценке состояния дорожной конструкции;

фиг.2 - амплитудно-временная характеристика ускорения, регистрируемая в ходе замеров при прохождении транспортного потока;

фиг.3 - амплитудно-частотная характеристика ускорения, полученная при обработке исходной информации с использованием преобразования Фурье.

Для проведения замеров используется виброизмерительный комплекс, включающий виброизмерительный прибор (1) со встроенным АЦП типа Е-440, низкочастотные вибродатчики - пьезоакселерометры (2), портативный компьютер типа ноутбук, программное обеспечение визуализации и анализа результатов измерений (3).

Специализированное программное обеспечение для обработки результатов измерений 3 позволяет получать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) ускорения, а также амплитудно-временные и амплитудно-частотные характеристики скорости и перемещения в точке установки вибродатчика.

Разработаны схемы расстановки датчиков. В ходе оценки состояния дорожной конструкции выполняются замеры виброизмерительным комплексом 1 характеристик деформирования дорожной конструкции при проезде транспортных средств. После обработки полученных результатов замеров о состоянии дорожной конструкции и ее элементов судят по следующим критериям:

1) соотношение амплитудных характеристик (ускорения, скорости, перемещения) различных элементов дорожной конструкции по трем направлениям;

2) анализ частотных характеристик (АЧХ) и добротности резонансных эффектов.

Оценку состояния дорожной конструкции выполняют в следующем порядке:

- согласно представленной на фиг.1 схеме расстановки датчиков на поверхности дорожного покрытия (на линии кромки проезжей части), на откосе земляного полотна, на геологогрунтовом массиве (возле подошвы насыпи) устанавливают вибродатчики 2;

- для обеспечения согласования вибродатчиков 2 с элементами дорожной конструкции (под согласованием понимается равенство амплитудных характеристик площадки установки датчика с самим датчиком в требуемом диапазоне частот) используются согласующие устройства; трехкомпонентные согласующие устройства позволяют регистририровать колебания по трем взаимоперпендикулярным направлениям;

- после установки в указанных точках датчики 2 подключаются к виброизмерительному прибору 1, который, в свою очередь, соединен с компьютером 3;

- включается запуск режима регистрации сигнала; регистрация сигнала осуществляется в течение заданного интервала времени (1 мин, 10 мин, 30 мин) при прохождении транспортного потока.

- Выполняется обработка исходной информации на ПЭВМ методами гармонического, статистического и корреляционного анализа, а также сопоставление амплитудных и частотных характеристик отклика различных элементов дорожной конструкции по соответствующим направлениям.

Анализ результатов проводится по вышеприведенным критериям.

1) Увеличение амплитуд колебаний на откосе и грунтовом массиве в поперечном направлении по сравнению с вертикальной составляющей при проезде транспортных средств свидетельствуют о недостаточной устойчивости грунта земляного полотна и его деформировании. Увеличение амплитуд колебаний в продольном направлении, регистрируемых на поверхности дорожного покрытия, указывает на значительные касательные напряжения в слоях покрытия и возможность сдвиговых деформаций.

2) Амплитудно-частотные характеристики позволяют выявить группы частот, на которых наблюдается значительный рост колебаний. Появление выраженных резонансных пиков указывает на снижение устойчивости слоев дорожной конструкции (покрытия, основания) к вибрационному воздействию транспортных средств.