專利名稱：一種路面及橋面鋪裝材料阻尼特性參數(shù)的測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于道路工程領(lǐng)域，是一種路面及橋面鋪裝材料阻尼特性參數(shù)的測(cè)試方法，涉及路面及橋面鋪裝材料阻尼特性參數(shù)的測(cè)試，適用于鋪裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與研究、室內(nèi)試驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)工程檢測(cè)。
背景技術(shù)：
在路面結(jié)構(gòu)和橋面鋪裝體系的動(dòng)力分析中，必須建立剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣，其中阻尼矩陣是確定道路路面或橋面體系的振動(dòng)特性的重要?jiǎng)恿?shù)之一。首先，阻尼消耗能量，使振動(dòng)衰減，對(duì)道路路面和橋梁的安全具有特殊意義；其次阻尼的大小直接關(guān)系到道路路面或橋面鋪裝體系在動(dòng)荷載作用下的振動(dòng)強(qiáng)弱；研究路面、橋面鋪裝材料的阻尼是準(zhǔn)確的計(jì)算鋪裝動(dòng)力響應(yīng)的關(guān)鍵之一。但是阻尼矩陣比較復(fù)雜，通常在結(jié)構(gòu)分析中將 阻尼分為結(jié)構(gòu)阻尼包括結(jié)構(gòu)之間的連接摩擦等，材料阻尼或稱粘性阻尼主要是材料的固有特性，以及其它阻尼，其它阻尼包括空氣動(dòng)力阻尼和附加阻尼器阻尼等。目前國(guó)內(nèi)外研究路面、橋面鋪裝材料阻尼的相關(guān)文獻(xiàn)較少，并且在結(jié)合橋梁分析的研究中通常都忽略橋面鋪裝阻尼，在路面結(jié)構(gòu)計(jì)算中對(duì)于浙青混合料一般也是直接給出假設(shè)的阻尼系數(shù)或阻尼比，一些國(guó)內(nèi)學(xué)者直接設(shè)定路面混合料阻尼參數(shù)的范圍，并在其中取值作為分析參數(shù)，一些國(guó)外學(xué)者則認(rèn)為路面材料的阻尼和模量有很強(qiáng)的相關(guān)性，假設(shè)材料阻尼直接正比于材料的模量，進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)分析。本發(fā)明的一種路面及橋面鋪裝材料阻尼特性參數(shù)的測(cè)試方法主要研究橋面鋪裝材料阻尼特性參數(shù)的測(cè)試求解方法，通過(guò)對(duì)梁理論的分析，建立適合于橋面鋪裝阻尼測(cè)試的試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵约靶盘?hào)采集和處理方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種路面及橋面鋪裝材料阻尼特性參數(shù)的測(cè)試方法，由本發(fā)明可以得到合理、精確的路面或橋面鋪裝材料阻尼特性參數(shù)。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種路面及橋面鋪裝材料阻尼特性參數(shù)的測(cè)試方法，其特征在于，包括如下步驟步驟I :試驗(yàn)前參數(shù)的確定步驟I. I :通過(guò)路面或橋面的不平度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，即沿行車方向不同位置處行車道表面的高程，計(jì)算得到空間頻率的范圍，具體步驟如下沿行車方向,對(duì)Ikm路面或橋面進(jìn)行不平度測(cè)試,得到高程序列{D(m)},m = 0,l,2，…N-1，N為所測(cè)高程總點(diǎn)數(shù)，對(duì)該高程序列進(jìn)行離散時(shí)間序列傅里葉變換，得到
權(quán)利要求
1.一種路面及橋面鋪裝材料阻尼特性參數(shù)的測(cè)試方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟I:試驗(yàn)前參數(shù)的確定 步驟1.1:通過(guò)路面或橋面的不平度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，即沿行車方向不同位置處行車道表面的高程，計(jì)算得到空間頻率的范圍，具體步驟如下 沿行車方向，對(duì)Ikm路面或橋面進(jìn)行不平度測(cè)試，得到高程序列{D(m)}，m = O，1,2,…N-l，N為所測(cè)高程總點(diǎn)數(shù)，對(duì)該高程序列進(jìn)行離散時(shí)間序列傅里葉變換，得到 I jV-I-jkO m a = — X D(m)e 0 k N m=0O JT 其中，Ofj= j，N為所測(cè)高程總點(diǎn)數(shù)，ak為離散時(shí)間序列傅里葉變換系數(shù)，k = 0，l，2，…N-1， 對(duì)求得的離散時(shí)間序列傅里葉變換系數(shù)ak，k = 0,1,2,…N-1，進(jìn)行歸一化，也就是依次將離散時(shí)間序列傅里葉變換系數(shù)ak除以ak序列中的最大值，得到ak，選擇大于I %的所有ak，假設(shè)其中下標(biāo)的最小值為kmin，下標(biāo)的最大值為k_，則空間頻率n的范圍為 ---，單位為 m1，10007V 10007V 步驟I. 2 :確定通行車輛的行車速度范圍 根據(jù)道路或橋梁收費(fèi)站或車輛監(jiān)測(cè)點(diǎn)的車流數(shù)據(jù)，選擇每日平均交通量中所占比例最大的車型作為代表性車型，通過(guò)車速監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，獲得代表性車型的行車速度V的范圍Vniin v_，即為通行車輛的行車速度范圍， 步驟I. 3 :確定阻尼測(cè)試時(shí)需要考慮的車輛荷載激振的時(shí)間頻率范圍 根據(jù)步驟I. I得到的空間頻率n的范圍 和步驟I. 2得到的通行車輛行車速度V的范圍Vmin V_，確定車輛荷載激振的時(shí)間頻率范圍，所述的車輛荷載激振的時(shí)間頻率范圍可以根據(jù)如下公式計(jì)算確定f = nv 其中，n為空間頻率，V為行車速度，f為時(shí)間頻率，所述的車輛荷載激振的時(shí)間頻率范圍用圓頻率表不為Q = 2 Ti f = 2Jinv 其中，Q為圓頻率， 步驟I. 4 :從待測(cè)路面或橋面上取一根長(zhǎng)寬比大于5且小于20的鋪裝材料長(zhǎng)梁作為試件，鋪裝材料長(zhǎng)梁橫截面的寬度和高度均大于鋪裝材料中集料規(guī)格尺寸的2^^咅且不大于1OOmm, 步驟I. 5 :在步驟I. 3中確定的阻尼測(cè)試時(shí)需要考慮的車輛荷載激振的時(shí)間頻率范圍內(nèi)，采用有限元方法計(jì)算得到鋪裝材料長(zhǎng)梁在車輛荷載激振的時(shí)間頻率范圍內(nèi)的N'階模態(tài)振型，所述N'階模態(tài)振型包括第I階模態(tài)振型，第2階模態(tài)振型，第3階模態(tài)振型，……，第N'階模態(tài)振型，N'為模態(tài)振型階數(shù)，第I階模態(tài)振型，第2階模態(tài)振型，第3階模態(tài)振型，……，第N'階模態(tài)振型所對(duì)應(yīng)的模態(tài)振型向量依次分別為K，{V }2，}3，……，{^ }N,，并同時(shí)計(jì)算出每一階模態(tài)振型對(duì)應(yīng)的無(wú)阻尼自振頻率Q1, Q2,Ω βj ······, Ω , 有限元方法計(jì)算得到鋪裝材料長(zhǎng)梁的N'階模態(tài)振型的具體步驟如下 步驟I. 5. I :定義單元類型為梁?jiǎn)卧⑦M(jìn)行梁?jiǎn)卧獙?shí)常數(shù)的設(shè)置，具體包括鋪裝材料長(zhǎng)梁橫截面的面積、慣性矩、高度，其中鋪裝材料長(zhǎng)梁橫截面的高度為h，面積為A = bh，慣性矩為/zz =f，b為鋪裝材料長(zhǎng)梁的寬度，鋪裝材料長(zhǎng)梁的長(zhǎng)度為L(zhǎng),，并定義鋪裝材料長(zhǎng) 12梁的材料屬性，包括彈性模量和密度，其中，按《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTGE20-2011)中T0715-2011浙青混合料彎曲試驗(yàn)，測(cè)定其彈性模量，并按《公路工程浙青及浙青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20-2011)中T0706-2011壓實(shí)浙青混合料密度試驗(yàn)，即水中重法，測(cè)定其密度，根據(jù)鋪裝材料長(zhǎng)梁的尺寸進(jìn)行建模并劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)為W，具體如下令V為+取整，網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)W在如下范圍取值[X']，O 步驟I. 5. 2 :將鋪裝材料長(zhǎng)梁兩端的邊界條件設(shè)為簡(jiǎn)支，并定義分析類型為模態(tài)分析，進(jìn)行分析參數(shù)的設(shè)置， 步驟I. 5. 3 :進(jìn)行求解和結(jié)果分析， 步驟2 :阻尼測(cè)試 步驟2. I :采用壓電材料傳感器，作為激振力發(fā)射端，又兼作為響應(yīng)信號(hào)接收端，分別同時(shí)連接到信號(hào)發(fā)生器和存儲(chǔ)器， 步驟2. 2 :令r = 1，r為所測(cè)試的模態(tài)振型的階次， 步驟2. 3 :根據(jù)第r階模態(tài)振型，在鋪裝材料長(zhǎng)梁上布設(shè)r個(gè)壓電材料傳感器，其中，r < N'，所述壓電材料傳感器布設(shè)的具體位置為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種路面及橋面鋪裝材料阻尼特性參數(shù)的測(cè)試方法，其特征在于，步驟3. 5完成后，繼續(xù)以下步驟，進(jìn)行實(shí)測(cè)振型的檢驗(yàn) 根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，依次可得第I階模態(tài)振型，第2階模態(tài)振型，第3階模態(tài)振型，……，第r階模態(tài)振型……，第N'階模態(tài)振型的頻響函數(shù)如公式(I)所示
全文摘要
一種路面及橋面鋪裝材料阻尼特性參數(shù)的測(cè)試方法。其主要目的在于精確地測(cè)出路面或橋面鋪裝材料的阻尼比。其實(shí)現(xiàn)步驟為根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算確定阻尼測(cè)試時(shí)需考慮的車輛荷載激振的時(shí)間頻率范圍，取鋪裝材料長(zhǎng)梁，并用有限元方法計(jì)算得到鋪裝材料長(zhǎng)梁在車輛荷載激振時(shí)間頻率范圍內(nèi)的所有模態(tài)振型，及其各自對(duì)應(yīng)的無(wú)阻尼自振頻率。對(duì)計(jì)算得到的各階模態(tài)振型進(jìn)行測(cè)試，獲取各階模態(tài)振型對(duì)應(yīng)的激振信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)。根據(jù)所獲得的激振信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)計(jì)算得到各階模態(tài)振型的頻響函數(shù)，并繪制各階模態(tài)振型的頻響函數(shù)幅值與頻率的關(guān)系曲線，確定各階模態(tài)振型的阻尼自振頻率，從而計(jì)算出各階模態(tài)振型對(duì)應(yīng)的阻尼比。
文檔編號(hào)G01N29/12GK102621225SQ20121009686
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者何鐵軍, 夏井新, 張寧, 張曉春, 張磊, 朱浩然, 畢建新, 涂永明, 王華榮, 王文煒, 郭建華, 錢振東, 閔召輝 申請(qǐng)人:東南大學(xué)