基于分布式光纤形状传感的沥青混合料车辙变形监测研究

来源：中国血液净化杂志2023年第3期北京时间：

作者：张冀雯, 马宪永, 赵含, 刘志杨, 董泽蛟

单位：1. 哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院, 黑龙江 哈尔滨 150090;2. 吉林省交通规划设计院, 吉林 长春 130021;3. 深圳大学 土木与交通工程学院, 广东 深圳 518060"],"fundList_en":["National Key R & D Program of China (2018YFB1600100); National Natural Science Foundation of China (U20A20315, 52008139, 52108410); China Postdoctoral Science Foundation (2022T150165, 2020M670915); Heilongjiang Provincial Postdoctoral Science Foundation (LBH-Z19222); Jilin Provincial Department of Transportation Science and Technology Project (2020-1-10); Fundamental Research Funds for the Central Universities

摘要：车辙是沥青路面典型的病害形式，其现有的检测及评估方法大多存在表观性。因此，对沥青路面结构内部车辙的演变过程、横断面形状进行监测和评估具有重要意义。引入分布光纤形状传感技术，研发了可用于沥青路面的柔性分布式光纤形状传感器，通过理论分析和标定试验明确了其形状测试原理。将分布式光纤形状传感器植入车辙试件，采用光频域反射设备（OFDR）对室内车辙试验进行了加载全过程的实时监测，获取了沿车辙横断面上各测点的时程应变数据。进而，采用空间曲线理论中的Frenet-serret方程，提出基于分布式光纤传感技术的车辙横断面二维形状重构算法，得到发生累积变形时分布式光纤形状传感器的形态演变曲线。提取重构曲线中荷载作用位置处的位移与车辙仪位移传感器数据进行对比，平均相对误差仅为0.981%，证实上述方法可以实现车辙变形的准确监测。最后基于重构得到的车辙横断面形状，分析车辙变形的演变规律，结果表明其与沥青路面永久变形发展阶段中的压密、流动过程具有较好的对应关系。创新性地提出了基于分布式光纤形状传感技术的沥青混合料车辙变形监测方法，有助于明晰沥青路面结构内部车辙类病害的发展规律和横断面形态，为道路基础设施全寿命周期内服役性能的评估和管养提供了新思路。

关键词：道路工程,变形重构,分布式光纤形状传感,车辙,结构健康监测

基金资助：国家重点研发计划项目（2018YFB1600100）；国家自然科学基金项目（U20A20315，52008139，52108410）；中国博士后科学基金项目（2022T150165，2020M670915）；黑龙江省博士后科学基金项目（LBH-Z19222）；吉林省交通运输厅科技项目（2020-1-10）；中央高校基本科研业务费专项资金项目