Дефектометр падающим грузом (FWD) для оценки прочности дорожного покрытия: трассы, аэродромы, ж/д пути. Анализ несущей способности и проектирование ремонта.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Устройство для дорожных испытаний
Road testing device
Дефлектометр падающего веса (FWD) – это испытательное устройство, используемое инженерами-строителями для оценки физических свойств дорожного покрытия на автомагистралях, местных дорогах, аэродромных покрытиях, в портовых зонах, на железнодорожных путях и в других местах. Данные, получаемые с помощью FWD, в основном используются для оценки несущей способности дорожного покрытия, для облегчения проектирования усиленных слоев или определения наличия перегрузок. В зависимости от конструкции, FWD может быть размещен в прицепе или встроен в самоходное транспортное средство, такое как грузовик или фургон. Комплексные автомобили для обследования дорог обычно состоят из FWD, установленного на тяжелом грузовике, вместе с георадаром и улавливателем ударной энергии. Во время испытаний FWD воздействует на поверхность дорожного покрытия импульсом нагрузки, имитирующим нагрузку от колеса движущегося транспортного средства. Импульс нагрузки создается путем сброса большого веса на "амортизатор", который формирует импульс, а затем передается на дорожное покрытие через круглую нагрузочную плиту. Данные собираются с различных датчиков для последующего анализа свойств дорожного покрытия. Датчики прогиба используются для измерения деформации дорожного покрытия в ответ на импульс нагрузки. В некоторых FWD величина импульса нагрузки является заданным постоянным значением, определяемым конструкцией системы; в других сила измеряется с помощью тензодатчиков. Нагрузочная плита может быть цельной или сегментированной. Сегментированные нагрузочные плиты адаптируются к форме дорожного покрытия для более равномерного распределения нагрузки на неровных поверхностях. Диаметр нагрузочной плиты обычно составляет 300 мм для дорог и 450 мм для аэродромов, а нагрузка при дорожных испытаниях составляет около 40 кН, создавая давление около 567 кПа под нагрузочной плитой (50 кН / 707 кПа в соответствии с европейским стандартом).
A falling weight deflectometer (FWD) is a testing device used by civil engineers to evaluate the physical properties of pavement in highways, local roads, airport pavements, harbor areas, railway tracks and elsewhere. The data acquired from FWDs is primarily used to estimate pavement structural capacity, to facilitate overlay design or determine if a pavement is being overloaded. Depending on its design, a FWD may be contained within a towable trailer or it may be built into a self propelled vehicle such as a truck or van. Comprehensive road survey vehicles typically consist of a FWD mounted on a heavy truck together with a ground penetrating radar and impact attenuator. During testing, a FWD subjects the pavement surface to a load pulse which simulates the load produced by a rolling vehicle wheel. The load pulse is produced by dropping a large weight onto a "buffer" which shapes the pulse, and then transmitted to the pavement through a circular load plate. Data are acquired from various sensors for use in post test analysis of pavement properties. Deflection sensors are used to measure the deformation of the pavement in response to the load pulse. In some FWDs the magnitude of the applied load pulse is an assumed constant value determined by system design; in others the force is measured by load cells. The load plate may be solid or segmented. Segmented load plates adapt to the shape of the pavement to more evenly distribute the load on uneven surfaces. The load plate diameter is typically 300 mm diameter on roads and 450 mm on airports, and the load for road testing is about 40 kN, producing about 567 kPa pressure under the load plate (50 kN / 707 kPa according to European standard).
Система удара при нагрузке
Существует два различных типа систем ударной нагрузки: одномассовая и двухмассовая. В одномассовой системе вес падает на один буфер, соединенный с нагрузочной плитой, которая, в свою очередь, опирается на испытываемую поверхность. Одномассовые установки ДВД обычно меньше, быстрее и дешевле, но при использовании на слабых грунтах могут переоценивать несущую способность покрытий из-за инерции массы материала покрытия. В двухмассовой системе вес падает на конструкцию, состоящую из первого буфера, второго веса и второго буфера. Это создает более длительную продолжительность нагрузки, которая точнее имитирует нагрузку от колеса, обеспечивает более высокую воспроизводимость и дает более точные результаты на покрытиях, построенных на слабых грунтах. Существуют также комбинированные одно/двухмассовые системы, в которых падающий вес и промежуточный вес могут быть зафиксированы вместе, обеспечивая импульс 150 кН короткой длительности. В разблокированном режиме установка ДВД работает как двухмассовая система, обеспечивая импульс длиной 50 кН. Во всех системах форма импульса нагрузки и время нарастания важны, поскольку они могут влиять на пиковые значения прогиба в центре на 10–20%.
There are two different types of load impact systems; single mass and double mass. In a single mass system, a weight is dropped onto a single buffer connected to a load plate, which in turn rests on the surface being tested. Single mass FWDs are typically smaller, faster and less expensive but, when used on soft soils, may overestimate the capacity of pavements due to the mass inertia of the pavement material. In a double mass system, the weight drops onto an assembly consisting of a first buffer, a second weight, and a second buffer. This produces a longer loading duration that more precisely simulates a wheel load, and yields higher reproducibility and gives a more accurate result on pavements built on soft soils. There are also combined single/double mass systems where the falling weight and middle weight can be locked together giving 150 kN short pulse. In unlocked mode the FWD works as a double mass system giving 50 kN long pulse. In all systems, the load pulse shape and rise time is important because it can affect the peak values of center deflection by as much as 10% to 20%.
Датчики отклонения
Датчики прогиба используются для измерения деформации дорожного покрытия в ответ на импульс нагрузки. Датчики устанавливаются радиально от центра нагрузочной плиты на типичных расстояниях 0, 200, 300, 450, 600, 900, 1200 и 1500 мм (прогибы, измеренные на этих расстояниях, обозначаются D0, D200, D300 и т.д.). Используются два типа датчиков прогиба: геофоны и сейсмометры с балансировкой сил. Сейсмометры оснащены встроенными калибровочными устройствами и имеют больший диапазон измерения прогиба (5 мм против 2 мм). Геофоны не имеют встроенных калибровочных устройств и более чувствительны к помехам непосредственно перед воздействием, поскольку начальная погрешность накапливается, но при этом значительно дешевле сейсмометров.
Deflection sensors are used to measure the deformation of the pavement in response to the load pulse. The sensors are mounted radially from the center of the load plate at typical offsets of 0, 200, 300, 450, 600, 900, 1200 and 1500 mm (the deflections measured at these offsets are denoted D0, D200, D300, etc.). Two types of deflection sensors are used: geophones and force balance seismometers. Seismometers have built in calibration devices and higher deflection measurement ranges (5 mm vs 2 mm). Geophones lack built in calibration devices and are more sensitive to disturbances immediately before the impact since the initial error is integrated, but are much less expensive than seismometers.
Другие модели
Dynatest была первой компанией, разработавшей дефлектометр легкого веса (LWD). Дефлектометр легкого веса – это портативный дефлектометр с падающим грузом, используемый преимущественно для определения модулей основания и подстилки непосредственно на строительной площадке. Измерение с помощью LWD выполняется быстрее, чем изотопный метод, и не требует опорных измерений. Оборудование не содержит радиоактивных источников и может обслуживаться одним человеком, что позволяет проводить анализ данных и печатать отчеты непосредственно на месте. Некоторые LWD не оснащены датчиком нагрузки и используют номинальное значение нагрузки, в то время как другие используют датчик нагрузки для измерения фактической нагрузки. В зависимости от конструкции, LWD может иметь один геофон, расположенный в центре, или два геофона, обычно расположенных на расстоянии 300 и 600 мм. Дефлектометр с быстрым падением груза (FFWD) – это FWD с пневматическими или электрическими приводами вместо гидравлических, что значительно увеличивает скорость работы механизма. Дефлектометр с высоким весом (HWD) – это дефлектометр с падающим грузом, который создает более высокие нагрузки (обычно от 300 до 600 кН) и используется преимущественно для испытания покрытий аэродромов. Распространено заблуждение, что для проверки способности аэродрома выдерживать тяжелые самолеты необходимы более высокие нагрузки, однако на самом деле методы испытаний предназначены не для оценки прочности конструкции, а для определения свойств материалов, из которых она построена. Дефлектометр с катящимся весом (RWD) – это дефлектометр, способный собирать данные с гораздо большей скоростью (до 90 км/ч), чем FWD, что позволяет проводить измерения без организации дорожного движения и перекрытия полос. Он выполнен в виде тягача с прицепом, на балке под прицепом которого установлены лазерные измерительные устройства. В отличие от FWD, который останавливается для проведения измерений, RWD собирает данные об отклонениях во время движения. Требования к испытательным материалам описаны в ASTM D 4694, а методика испытаний – в ASTM D 4695.140.
Dynatest was the first company to develop the Light Weight Deflectometer (LWD) The Light Weight Deflectometer is a portable falling weight deflectometer used primarily to test in situ base and subgrade moduli during construction. LWD measurement is faster than the isotope measuring method and requires no reference measurements. The equipment has no radioactive sources and can be operated by one person, allowing for on site data analysis and report printing. Some LWDs have no load cell and assume a nominal load value, whereas others employ a load cell to measure the actual load. Depending on the system, a LWD may have a single geophone located in the centre or it may have two geophones, typically located at 300 and 600 mm positions. A Fast Falling Weight Deflectometer (FFWD) is a FWD with pneumatic or electric actuators rather than hydraulic, making the mechanics several times faster. A Heavy Weight Deflectometer (HWD) is a falling weight deflectometer that has higher loads (typically 300 kN to 600 kN), used primarily for testing airport pavements. A common misconception is that higher loads are needed to test an airport's capability to handle heavy aircraft, but in fact, the testing methods are not designed to test the strength of the construction but to find the material properties of the construction. A Rolling Weight Deflectometer (RWD) is a deflectometer that can gather data at a much higher speed (as high as 55 mph) than the FWD, which allows the data to be collected without traffic control and lane closure. It is a implemented as a tractor trailer with laser measuring devices mounted on a beam under the trailer. Unlike the FWD, which pauses to make measurements, a RWD gathers deflection data while it travels. The test materials are described in ASTM D 4694, and the test method is defined in ASTM D 4695.140