声振法在混凝土路面脱空检测中的应用

论文摘要

由于水泥混凝土路面具有刚度大、稳定性好、承载能力强、使用寿命长以及施工简便等优点,越来越受到各国公路建设者的青睐。但随着混凝土路面板使用性能的逐渐下降,各种病害也相继出现,其中,脱空是水泥混凝土路面板最常见的病害。如何采用有效的方法检测混凝土路面板下是否存在脱空,以及如何准确判定脱空面积的大小及其脱空位置,成为了路面养护与维修工作的关键所在。由于脱空机理十分复杂及影响因素众多,采取准确有效的方法进行刚性路面板下地基脱空状况的评定仍然是很困难的,目前仍然缺少完备有效的评定方法。本文提出利用声振法对混凝土路面板进行脱空检测。声振法即声振检测技术,是激励被测试件产生声波,通过测量其振动波形的声学特征来判定试件质量的技术。在实际工程中,可以把混凝土路面板看成是一个声学谐振子,脱空看成是对其谐振模式的扰动。首先利用ANSYS软件对混凝土路面板进行模态分析,建立了脱空与路面板振动频率的关系,为脱空检测方法提供了理论依据。脱空检测方法原理如下：首先建立声谐振子扰动特性测试系统,利用测试系统采集混凝土路面板自振的声音信号,利用matlab软件对声音信号进行特征处理,并提取出路面板的自振频率,最后利用自适应神经网络进行混凝土路面板的脱空面积判定。其中,声音信号的采集、分析处理以及运用自适应神经网络判断脱空都是基于Mat lab软件完成的。检测方法结合相关的实验数据,取得了很好的效果。结论表明,声振法结合BP神经网络系统可严格、快速地识别混凝土路面板脱空；同时也为研究混凝土路面板的其他常见缺陷(如裂缝、空洞等)提供了理论和应用基础。本文研究成果为评定混凝土路面脱空提供了一个新的思路,具有较大的理论意义和工程价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 水泥混凝土路面现状
• 1.2 课题的提出
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 基于经验的脱空检测法
• 1.3.2 基于落锤式弯沉仪（FWD）的脱空检测方法
• 1.3.3 基于探地雷达（GPR）的脱空检测法
• 1.3.4 其他检测方法
• 1.4 本文主要研究内容及意义
• 第二章 混凝土路面的脱空机理及危害
• 2.1 脱空形成机理
• 2.2 影响脱空的因素
• 2.3 脱空的危害及预防措施
• 第三章 薄板自由振动理论
• 3.1 薄板自由振动
• 3.1.1 薄板自由振动微分方程
• 3.1.2 矩形薄板的自由振动解析解
• 3.1.2.1 四边简支薄板的自由振动解
• 3.1.2.2 四边固定薄板的自由振动解
• 3.1.2.3 对边简支对边固定矩形板自由振动解
• 3.2 winkler地基上矩形薄板的自由振动
• 3.2.1 Winkler地基模型
• 3.2.2 Winkler地基上薄板自由振动的基本方程
• 3.3 本章小结
• 第四章 脱空水泥混凝土路面的自由振动
• 4.1 薄板振动有限元脱空模型的建立
• 4.2 路面板下地基基床系数的测定
• 4.2.1 影响基床系数的因素
• 4.2.2 基床系数K的取值分析
• 4.2.3 基床系数K的确定方法
• 4.2.3.1 室内土工试验
• 4.2.3.2 原位测试
• 4.2.3.3 经验公式
• 4.2.3.4 经验值
• 4.3 脱空混凝土路面的自由振动
• 4.3.1 混凝土路面板有限元网格划分方案
• 4.3.2 winkler地基上ANSYS建模过程
• 4.3.2.1 路面板完全脱空时的振动基频
• 4.3.2.2 winkler地基上的路面板振动基频
• 4.3.3 winkler地基上不同脱空面积的振动
• 4.3.3.1 脱空区形状的简化
• 4.3.3.2 不同脱空面积的振动基频
• 4.4 本章小结
• 第五章 脱空检测方法
• 5.1 前言
• 5.2 脱空检测实验系统
• 5.3 声音信号的采集与处理
• 5.3.1 声音信号的采集
• 5.3.2 声音信号的处理
• 5.3.3 应用实例
• 5.4 脱空识别
• 5.4.1 BP神经网络算法
• 5.4.1.1 概述
• 5.4.1.2 数学描述
• 5.4.2 脱空识别参数的选取
• 5.5 实例分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢