落錘式彎沉儀

落錘式彎沉儀(FallingWeightDeflectormeter，簡稱FWD)產生於上世紀70年代初，是一種脈衝動力彎沉儀，它模擬汽車荷載對路面施加瞬時衝擊作用，得到路面瞬時變形情況。其測量結果比較精確，且信息量大。與傳統的貝克曼梁測量彎沉相比，具有使用方便、快速、安全、節省人力、模擬實際情況施加動態荷載，適於長距離、連續測定的特點。美國聯邦公路局經過分析對比，確認FWD是較好的路面承載能力動載評定設備，並選定FWD作為實施SHRP計劃時路面強度評定的重要設備。殼牌石油公司已正式將FWD納入殼牌路面設計手冊。我國從80年代中後期從國外引進FWD，至今已有十年多時間，在此期間圍繞FWD的開發和應用，在大量的理論和試驗研究工作中已取得了一些重要成果，《路基路面現場測試規程》(JTJ 059 — 95)中已將FWD列為彎沉檢測設備 ^[1]  。

FWD由拖車（包括加載系統和位移傳感器）與微機控制系統（包括控制及數據採集處理部分）組成。其工作原理是：在計算機控制下，把一定質量的重錘由液壓傳動裝置提升至一定高度後自由落下，衝擊力作用於承載板上並傳遞到路面，從而對路面施加脈衝荷載，導致路面表面產生瞬時變形，分佈於距測點不同距離的傳感器檢測結構層表面的變形，記錄系統將信號傳輸至計算機，即測定在動態荷載作用下產生的動態彎沉及彎沉盆。測試數據可用於反算路面結構層模量，從而科學地評價路面的承載能力。

檢測對不同路面結構，採用不同彎沉盆半徑。路基或柔性基層瀝青路面，傳感器分佈在距荷載中心2.5m範圍內即可；採用半剛性基層瀝青路面結構的高等級公路，彎沉影響半徑以3～5m為宜，傳感器應佈置在距荷載中心3～4m範圍內，在計算機控制下自動量測,所有測試數據均可顯示在屏幕上或打印或存儲在電腦中。可輸出作用荷載、彎沉（盆）、路表温度、彎沉平均值、測點間距、標準差、變異係數及代表彎沉值、評估結果等數據。

1、衝擊荷載：可達到120KN（可擴展）；出廠時設置為50KN；

2、動態力測量範圍：0～120KN（可擴展）；

3、荷載測量精度：1%；

4、荷載脈衝形狀：半正弦波；

5、位移測量範圍：±5mm；

6、彎沉精度：2%；

7、彎沉分辨率：1µm；

8、位移傳感器個數：1只；

9、每點測試速度：小於20秒/點，（啓用快速測量軟件可縮小至15秒/點）；

10、 提錘方式：液壓；

11、 承載板升、降方式：液壓；

12、 行走速度：～120km/h（視路面狀況而定）；

13、 DMI距離傳感器精度：0.1%；

14、 重量：總重量約450kg；

15、 外形尺寸：高1.3 米 , 其他尺寸依據用户提供的車型而定。

1. 配筆記本電腦，在牽引車中只需通過USB線即可實現全自動測量；

2. 具有“傻瓜一鍵式”功能，即通過一個外置的按鍵開關或電腦功能鍵或鼠標即可完全自動測量工作。

3. 軟件包可對數據進行一系列工程處理:

a) 可進行與貝克曼梁的比對, 自動尋找最佳轉換系數；

b) 根據交通部的有關規定自動計算彎沉代表值、方差及生成相關表格；

c) 自動進行數據的歸一化處理；

d) 可進行數據格式轉換，把各測點數據轉換為樁號數據。

e) 故障提示功能；

f) 可做温度修正.

4. 落錘高度控制：連續高度控制及位置高度控制兩種方式。

5. 野外供電：具有蓄電池組及牽引車兩種方式。每種均能保證8小時以上的供電時間。

6. 系統配備野外極限故障發生時將承載板應急抬離地面的功能。

7. 系統具備液壓鎖和機械鎖並行的兩種保險裝置。

8. 可配備車型：全順、瑞風、金盃、福田、各類皮卡等。

9. 採用軍用產品高可靠性的原理和方法。

我國現行規範《公路路基路面現場測試規程》(JTJ 059-95)中規定的道路結構承載能力評價的方法有：貝克曼梁測定路基路面回彈彎沉儀試驗方法(T0951-95)、自動彎沉儀測定路面彎沉試驗方法(T0952— 95)和落錘式彎沉儀測定路面彎沉試驗方法(T0953-95)。

貝克曼梁在我國已作為路面設計彎沉指標測定的標準方法已使用多年，在我國結構承載力評價中應用最為普遍。自動彎沉儀是利用貝克曼梁測定原理快速連續測定的設備，其原型是法國LCPC的洛克魯瓦型，英國對其進行了改進，我國在研製開發時，考慮到我國普遍使用半剛性基層，為減少支點彎沉的影響，測臂的長度從1.7m加長到2.4m。自動彎沉儀基本上仍屬於靜態測定的範疇，但它測定的是總彎沉，與貝克曼梁測定的靜態回彈彎沉有所不同，因此在應用中要進行換算，而各地區各種路面結構及路基條件下相關關係不同，應分別研究，因此，自動彎沉儀的使用受到很大限制，應用不太廣泛。

貝克曼梁作為廣泛應用的彎沉檢測設備，仍存在着一些問題:測定的彎沉基本上是靜態彎沉，與汽車荷載實際情況有所不同，難以對結構承載力作出準確地評價;測定受測試車與人為因素影響較大，測試精度較低，且測試速度很慢，工作量大，無法滿足大面積快速檢測與路面管理系統(PMS)數據採集為需要 ^[1]  。