第３７卷第９期 ・ｌ５６・ ２ ０ １ １年３月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ ＶｏＪ．３７ Ｎｏ．９ Ｍａｒ． ２０１１ 文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）０９—０１５６—０２ 振动原理在道路测试中的应用 黄庆祥 摘要：以检测原理中的振动原理为例，提出道路检测中振动原理的概念，详细讲解振动原理，分析振动检测的主要仪 、 器，以促进我国检测设备的研制与开发和我国道路检测新学科的持续发展。 关键词：振动原理，道路，强度，弯沉 中图分类号：Ｕ４１５ 文献标识码：Ａ 除了用锤击方法测出压实层反弹位移量的方法外，还有一种 Ｏ 引言 方法，就是用锤击法测出路基的锤击凹陷，这种凹陷变形反映了 随着交通事业的迅速发展，特别是高等级公路的发展十分迅 很 速，使得路基路面质量控制的程序越来越完善，要求的检测水平 压实土的抗力性能，而这种抗力又与压实土的回弹模量有关， 越来越高，而一般的检测已不能满足高等级公路检测的需要。虽 明显，回弹模量愈大，或土体愈坚实，则凹陷应愈浅，反之，愈深。用这种方法与测定土体反弹量一样，同样也能确定压实土 然，为适应高等级公路质量检测的需要，少数省区引进了一些检 显然，特别对路面面层来说，其压实层的凹陷量 测设备，但像我们这样一个大国，靠引进设备来解决问题不是一 体的强度。对路面来说，个方向，因而，我们应该掌握现行检测仪器的原理，自己研制与开 只有１ ｍｍ左右的数量级，一般不易量出。因而，对于路面面层适 宜的方法是测量它的反弹位移量，对于路面基层要视情况来定。 发，使主要检测设备国产化。道路测试中按检测原理，检测设备 分有振动检测、超声波检测、射线检测和激光检测等几种，本文选 ３振动检测的主要仪器 便携落锤式路面弯沉快速测定仪 取振动技术，分析振动原理和振动检测的主要设备，说明振动原 ３．１３．１．１ 仪器主要结构 理在道路测试中的应用。 １ 振动原理的概念及特点 道路中振动检测技术是用向地面瞬态锤击来测定它的强度 １）便携式机械测振结构。 便携式机械测振结构是最简易的一种结构形式。该结构制 价格便宜，操作容易，是我国公路路面定点弯沉强度检查 与压实度（或密实度）的一种方法。路基路面在受到锤击后即刻 作方便，主体结构组成如图１所示。 就得到凹陷变形，或者产生一种传递振动波。这种凹陷或传递振 的一种适宜的现场测试仪器，动波即为检测所需要的主要参数，由于这种参数是依靠锤击后道 路产生振动获得，因而，简称为振动检测技术。 在国内外利用锤击的方法来得到路基路面检测数据，主要集 中在路基路面的强度与压实度方面。从理论上讲，无论是路基、 路面均可用锤击的方法测定它们的强度和压实度（或密实度），但 实际上，目前国内外只限于测定它们的强度。 １００ ａ）机械式测振架 ．ｂ）圃钢球 ｃ）塑料垫板 ２振动原理综述 锤击式路基路面强度检测原理：用一定质量与形状的钢锤， 注：ｌ～千分表；２一小粱；３一小梁弯角；４＿底撑架；５一测杆；６＿一吸振弹簧 图１ ＢＬ．Ｉ型便携式落锤弯沉仪结构与部件图（单位．，ｔｉｎ） 由图１可知，便携式落锤弯沉仪是由机械式测振架、圆钢球 由一定高度自由落下，即在路基路面上产生一种冲击波。由于冲 与落锤撞击垫板三部分组成，测振架长可为１００ ｃｍ，底撑长为 击时间短，因此，这种波一般是脉冲波或尖峰波，这种冲击波随即 １５ ｃｍ，三支与地面成３０。；弹簧吸振能力大于９０％；钢球直径为 被精密位移传感器或千分表所接受，就产生了脉冲反弹位移量。 ５ ｃｍ一８ ｃｍ；锤质量可为２ ｋｇ一３ ｋｇ；塑料垫板既薄且硬，耐击力强， 对传统施工方法的冲击和变革；对于填筑质量控制方面的作用和 进行推广应用。 意义更加明晁。如果能在信息化传输方面与计算机实现连接，将 参考文献： 使质量控制尤其是监理对质量的控制方法、手段更加趋于完善。 ［１］ 杨永辉，唐寻．路基压实度的测试方法和影响因素的探析 该系统值得在将来的高速铁路路基填筑过程运用更完善的方法 ［Ｊ］．山西建筑，２０１０，３６（８）：２７６－２７７． Ｔｈｅ ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ＸＩＥ Ｗｅｉ－ｐｉｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｇｕｏ・ｑｉａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ＂ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓｅｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｒｏａｄｂｅｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔａｋｅ ｈｅｔ ｅｘａｍｐｌｅ ｏｆ Ｌａｎｚｈｏｕ・Ｘｉｎｊｉａｎｇ ｒａｉｌｗａｙ ｓｅｅ— ｏｎｄ・ｌｉｎｅ ｓｕｂｇｒａｄｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｈｉｌｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｒｏａｄｂｅｄ，ｔｈｕｓ ｗｅ ｈａｖｅ ａ ｆｕｒｔｈｅｒ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ａｂｏｕｔ ｉｎｔｅＨｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ＳＯ ｔｈａｔ ｔｏ ｌａｉｄ ａ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏａｄｂｅｄ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ，ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ 收稿日期：２０１０—１２—１０ 作者简介：黄庆祥（１９８３－），男，助理工程师，山西省交通科学研究院，山西太原０３０００６ 第３７卷第９期 ２ ０ １ １年３月 黄庆祥：振动原理在道路测试中的应用 ・ｌ５７・ 安置塑料垫板的目的为保护路面不受直接冲击，尺寸可为 本仪中，测梁长２５ ｍ，传感部分用速度型传感器，全梁布置５个，间 １０ ｃｍ×１０ ｃｍ×０．３ ｃｍ。记数器为特制的千分表，即当千分表记 隔为０．５ ｍ，包括击板底部１个，共６个速度型传感器，一次能测６ 数后，表针不会回零。 个弯沉数据。第四部分是落锤和击板部分，如图２ｄ）所示。除了 四部分结构外，还有一套软件系统，主要是处理数据、存储与显 ２）便携式电子测振结构。 便携式电子测振结构与机械测振结构相似，区别在于机械式 示、打印等。 测振结构用的是特制千分表，而电子测振结构用的是位移传感 ３．２．２仪器工作基本原理 器。由于电磁灵敏度高，因此，位移计式测振结构的测量精度高， 落锤式自动弯沉测定仪的基本工作原理如图３所示。按图３ 很适宜于水泥混凝土结构的强度测定。 将测定车开到测定地点，将一切准备工作做好后，工作人员在驾驶 便携式落锤弯沉仪的结构与机械式测振所不同的只是换上 室操作测定按钮，将液压升降架放下，测架随之落到路面，操纵按 了位移传感器，这种位移传感器可选择量程１ ｃｍ～２ ｅｍ即可。位 钮，使液压升降架上的电磁铁去磁，与测架脱钩，升起液压架，此 移传感器的工作原理是：当脉冲反弹力驱动时，位移传转换器中 时测架５个速度传感器至待测状态。与前述同时，操纵落锤系统 的动变压器开始工作，增加的电流在Ａ／Ｄ转换器中进行模数转 液压部分，使击板下垂到路面，同样也处于待测状态。此时，按下 换，其数字电流进入液晶记算器显示。 按钮，电磁铁去磁，落锤与吸铁脱钩，自由下落，击至铁板，如锤头 ３．１．２仪器工作基本原理 质量为５ ０００ ｋｇ，铁板触地面积为７００ ｅｍ ，则锤击一下的压强为 将一个重２ ｋｇ左右的钢球，在１ ｍ高的高度处自由落下，球 ０．７ ＭＰａ，这相当于我国《公路柔性路面设计规范》选定的标准黄 体落在离测力杆的尾端Ｏ位置的５ ｃｍ～７ ｃｍ处，对地面的冲击 河汽车对路面产生的单位压力。此时，６个速度传感器同时记录 波使路面产生脉冲反弹，驱使测杆向上移动，即在特制千分表或 到下沉时的速度，送人数据处理装置，并对速度进行积分，得到中 然后存储、打印与数字显示。 位移计算器里记入了反弹位移量，这种反弹位移量即表示了路面 心弯沉值与弯沉盆，的弯沉强度。如果事先知道了“反弹位移量与弯沉值”的关系曲 线，即能通过反弹位移量反求得到路面弯沉值。 ３．２车载落锤式路面弯沉快速测定仪 车载落锤式路面弯沉快速测定仪是目前国际上最先进的一 种路面弯沉强度无损检测设备之一。车载落锤式分拖挂落锤式 （或外载式）与内载落锤式两种。 ３．２．１ 仪器主要结构 图３车载落锤式弯沉仪工作原理框图 ４结语 高等级公路的迅速发展，对道路测试技术提出越来越高的要 在一般情况下，外载拖挂式为常用，以该种仪器为例，来叙述 其主要结构。图２为拖式结构方框图。 求。本文提出道路检测中振动原理的概念，详细讲解振动原理， 分析振动检测的主要仪器。从理论上讲，无论是路基、路面均可 用锤击的方法测定它们的强度和压实度（或密实度），但实际上， 目前国内外只限于测定它们的强度。 ｃ）弯沉盆测梁与传感器 参考文献： ［１］ ＪＴＧ Ｅ６０－２００８，公路路基路面现场测试规程［Ｓ］． ［２】 李友好．路面弯沉检测设备应用技术及其相关性分析［Ｊ］． 山西交通科技，２００３，１０（Ｓ１）：２３－２５． ［３］ 蔺满盈．路面自动弯沉仪数据采集系统［Ｊ］．陕西公路， ｂ）液压升降架ｄ）落锤与击板 １９９５，９（３）：６０—６２． 注：１一操纵盘；２一拖车；３一液压筒；４一升降架；５一电磁铁；６一传感器 ７一测梁；８一电磁铁；９一电线；１Ｏ一落锤；１ｌ一击板 ［４］ 闵 江，任秉旭．水泥混凝土路面强度现场快速测试技术研 究报告［Ｒ］．交通部科学研究院西安公路仪器设备． ［５］顾炳其（技术指导盛安连）．路基压实度快速测定仪研制报 图２拖挂式落锤弯沉仪结构方框图（单位：ｍ） 告［Ｒ］．西安：西安公路交通大学，１９９６． 由图２看出，拖挂式落锤弯沉仪的结构主要由四部分组成： ［６］ 洪斌．路基路面弯沉检测技术［Ｊ］．施工机械＆施工技 第一部分是操纵盘，如图２ａ）所示。它由一批按钮组成。它操作 液压缸，使测架升降，同时，操纵落锤下落与提升，另外还控制打 印输出等。第二部分是液压升降架，如图２ｂ）所示。它是由液压 筒、升降架、电磁铁等组成，整套架子固定在拖车上，升降受液压 筒控制。第三部分由弯沉盆测梁和传感器组成，如图２ｅ）所示。在 术，２００９（１１）：４２—４４． ［７］ 赵志强，郭小宏．简述路面弯沉的测试［Ｊ］．交通标准化：公 路工程与运输，２００８，１８６（１２）：１８７—１８９． Ｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｉｎ ｒｏａｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ＨＵＡＮＧ Ｑｉｎｇ－ｘｉａｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ，ｒａｉｓｅ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｉｎ ｒｏａｄ—ｄｅｔｅｃｔｅｄ．ｄｅｔａｉｌｓ ａｃｃｏｕｎｔ ｏｆ出ｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ａｎａ１） ｚｅｓ ｔＩｌｅ ｍａｉｎ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｉｎ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ—ｔｅｓｔ，ＳＯ ｔ｝ｌａｔ ｐｒｏｍｏｔｅ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅ— ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｏｕｒ ｔｅｓｔ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｎｅｗ ｓｕｂｊｅｃｔ ｏｎ ｒｏａｄ—ｔｅｓｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｒｏａｄ—ｔｅｓｔ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ
