Способ оценки состояния дорожных конструкций
Владельцы патента RU 2350918:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к методам и средствам диагностики состояния дорожных конструкций. Способ заключается в том, что измеряют спектр виброскорости на определенном участке дороги от проезжающего транспорта виброизмерителем, а после некоторого срока эксплуатации повторно измеряют спектр виброскорости на том же участке. Затем определяют диагностический признак как разницу площадей измеренных спектров виброскорости и сравнивают диагностический признак с экспериментально полученным значением разницы площадей спектров виброскорости, равным 5 мм/с. Если диагностический признак не превышает экспериментально полученного значения, то техническое состояние дороги удовлетворительное, в противном случае проводят более детальные исследования состояния дороги. Технический результат заключается в повышении достоверности результатов диагностики и оперативности оценки состояния дорожных конструкций. 3 ил.
Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных дорог, а именно к методам и средствам диагностики состояния дорожных конструкций.
Известен способ испытаний дорожных конструкций методом кратковременного воздействия установкой динамического нагружения типа УДН-НК МАДИ, при котором фиксируется величина упругого прогиба в центре приложения нагрузки и на основании которого рассчитывается общий модуль упругости (ОДН 218.1.052-2002. Оценка прочности нежестких дорожных одежд. Москва, 2003 - С.20).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что нагрузка на дорогу является тарированной.
Известен способ оценки состояния дорожных конструкций спектральным анализом волновых полей при тарированном ударном воздействии, при котором тарированное ударное воздействие рассматривается в качестве источника волнового поля с известными амплитудно-временной и амплитудно-частотной характеристиками; на основании данных амплитудно-временных зависимостей ускорений производится вычисление амплитудно-временных зависимостей перемещений, спектральных и количественных характеристик волнового поля: интеграл по амплитудам ускорений в интервале продолжительности сигнала отклика и интегральная оценка спектральной характеристики; на основании сопоставительных зависимостей комплекса предложенных параметров в различных контрольных точках, исходя из характера изменения экстремумов спектральных характеристик, продолжительностей сигналов откликов, коэффициентов затухания по значениям амплитуд ускорений и перемещений, а также предложенных количественных показателей оценивается состояние отдельных элементов дорожной конструкции: слоев покрытия, основания и земляного полотна (см. патент РФ №2279653, 10.07.2006 г.).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что для создания нагрузки требуется применение специальных механизмов, и для измерений необходима громоздкая система датчиков со сложной схемой их установки.
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ испытаний дорожных конструкций воздействием движущегося автомобиля, при котором измеряются виброперемещения поверхности покрытия на определенном расстоянии от полосы наката, затем на основании измеренных данных рассчитывается максимальное значение перемещения в области контакта колеса с поверхностью покрытия, в результате определяется общий динамический модуль упругости (Белоногов Л.Б., Кычкин В.И., Путин К.Г. Вибродиагностика прочности дорожных одежд нежесткого типа. Пермь, 1999. Депонировано в ВИНИТИ. УДК 625.75:658.562). Данный способ принят в качестве прототипа.
Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением - измерение параметра виброколебаний от проезжающего транспорта виброизмерителем, определение диагностического признака.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе происходит фиксирование виброперемещений, что не позволяет в полной мере оценить отклик дорожной конструкции на вибрационное воздействие транспортных средств. Кроме того, в качестве параметра, характеризующего общее техническое состояние дорожной конструкции, используется модуль упругости, а данный диагностический признак не позволяет учесть влияние дефектов и неровности покрытия.
Задачей изобретения является повышение достоверности результатов диагностики и оперативности оценки состояния дорожных конструкций.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе оценки состояния дорожных конструкций, включающем измерение параметра виброколебаний от проезжающего транспорта виброизмерителем и определение диагностического признака, в качестве параметра виброколебаний используют спектр виброскорости, а диагностический признак определяют как разницу площадей спектров виброскорости первоначального и актуального состояний дороги, сравнивают диагностический признак с экспериментально полученным значением разницы площадей спектров виброскорости, равным 5 мм/с, если диагностический признак не превышает экспериментально полученного значения, то техническое состояние дороги удовлетворительное, в противном случае проводят более детальные исследования состояния дороги.
Признаки, отличительные от признаков прототипа, - использование в качестве параметра виброколебаний спектра виброскорости; определение диагностического признака как разницы площадей спектров виброскорости первоначального и актуального состояний дороги; сравнение диагностического признака с экспериментально полученным значением разницы площадей спектров виброскорости, равным 5 мм/с.
Указанные выше отличительные признаки позволяют учитывать эксплуатационное вибрационное воздействие транспортных средств и влияние состояния покрытия на общее техническое состояние дороги. Благодаря этому повышаются достоверность результатов диагностики и оперативность оценки состояния дорожных конструкций.
Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности «новизна».
Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ поясняется фиг.1-3.
На фиг.1 показана площадь первоначального измерения спектра виброскорости.
На фиг.2 - площадь актуального измерения спектра виброскорости.
На фиг.3 - разность площадей спектров виброскорости первоначального и актуального измерений.
Способ оценки состояния дорожных конструкций осуществляется следующим образом.
Для генерации в дорожной конструкции колебаний используют реальную нагрузку от колес проезжающего автомобиля, так называемый пассивный способ нагружения. Известно, что вибросигнал от конструкции содержит большое количество информации о ее техническом состоянии. В грунте, слоях и на покрытии формируется адекватный отклик на данную нагрузку, проявляющийся в затухающих колебаниях элементов.
Измеряемые виброколебания являются результатом проезда автомобильного транспорта. Каждому конкретному техническому состоянию дорожной конструкции будет соответствовать свой спектр виброскорости. Рост уровня виброскорости означает деградацию свойств конструкции. Сначала проводят запись спектра виброскорости для определенного участка дороги, получают некий эталон спектра. Регистрацию спектров виброскорости осуществляют одноканальным виброизмерителем, предназначенным для оценки вибрации промышленного оборудования. Транспортное средство для проведения измерений должно иметь один тип, массу и скорость движения, то есть должно быть эталонным. Далее после некоторого срока эксплуатации делают повторную запись спектра на том же участке при проезде эталонного автомобиля. Рассчитывают площади спектров виброскорости первоначального и актуального состояний дороги. Площадь спектра первоначального состояния дороги будет равна
где Vэтi - уровень виброскорости на i-й частоте,
f - шаг по частоте.
Площадь спектра актуального состояния дороги будет равна
где VAi - уровень виброскорости на i-й частоте для актуального спектра,
f - шаг по частоте.
Определяют разницу площадей спектров виброскорости первоначального и актуального состояний для данного участка дороги. В результате получают некоторую величину, пропорциональную техническому состоянию дорожной конструкции. Разница площадей спектров виброскорости является интегральным диагностическим признаком. Интегральный диагностический признак равен
Повышение уровня виброскорости дорожной конструкции является следствием наличия внутреннего или поверхностного дефекта, то есть невозможности полностью поглощать энергию колебаний от проезжающего транспорта. Следовательно, избыток этой энергии сопровождается наличием повышенного уровня виброскорости, который можно зарегистрировать с помощью виброизмерителя. Разница площадей спектров виброскорости может служить индикатором избытка энергии, проявляющегося в виде колебания точки поверхности покрытия вблизи с полосой наката проезжающего транспорта.
Для реализации и подтверждения предлагаемого способа была поставлена серия экспериментальных исследований. Для проведения исследований была выбрана автомобильная дорога «Кукуштан-Чайковский», соответствующая II категории. Использовался отчет по техническому состоянию данной автомобильной дороги, подготовленный Дорожным комитетом Пермского края.
При проведении анализа результатов экспериментальных исследований было установлено, что значение разницы площадей спектров виброскорости не должно превышать 5 мм/с, в противном случае необходимо проводить более детальные исследования состояния дороги.
Для создания адекватной сравнительной нагрузки требуются идентичные условия проведения измерений. Такими условиями являются тип автомобиля, его масса, скорость движения и расстояние установки датчика от полосы наката. Следовательно, необходимо принять эталонный автомобиль. При проведении измерений необходимо выдерживать определенную скорость. Автомобиль должен быть технически исправен, давление в шинах должно соответствовать требованиям завода-изготовителя. Особое внимание необходимо уделить состоянию подвески колес, опорам силового агрегата и выхлопной системы, чтобы они не вносили дополнительных погрешностей при измерении. Анализ данных эксперимента показал, что наиболее удобными и наглядными являются испытания на низких скоростях движения автомобиля (30 км/ч), это обусловлено более низкой частотой генерируемых колебаний и более высоким уровнем виброскорости на плохих участках дороги.
Изобретение позволило создать способ оценки состояния дорожных конструкций, обладающий повышенной достоверностью результатов диагностики и оперативностью оценки.
Способ оценки состояния дорожных конструкций, включающий измерение параметра виброколебаний от проезжающего транспорта виброизмерителем и определение диагностического признака, отличающийся тем, что в качестве параметра виброколебаний используют спектр виброскорости, а диагностический признак определяют как разницу площадей спектров виброскорости первоначального и актуального состояний дороги, сравнивают диагностический признак с экспериментально полученным значением разницы площадей спектров виброскорости, равным 5 мм/с, если диагностический признак не превышает экспериментально полученного значения, то техническое состояние дороги удовлетворительное, в противном случае проводят более детальные исследования состояния дороги.
