하강 중량 디플렉터

Falling weight deflectometer
낙하 중량 디플렉터, 트럭에 의해 견인

낙하 중량 편향계(FWD)는 토목 공학자들이 고속도로, 지방 도로, 공항 포장, 항구 지역, 철도 선로 등에서 포장의 물리적 특성을 평가하기 위해 사용하는 시험 장치다. FWD에서 획득한 데이터는 주로 포장 구조 용량을 추정하거나, 오버레이 설계를 용이하게 하거나, 포장 과부하 여부를 판단하는 데 사용된다. FWD는 설계에 따라 견인 가능한 트레일러에 포함되거나 트럭이나 밴과 같은 자주 주행 차량에 내장될 수 있다. 포괄적 도로조사 차량은 일반적으로 무거운 트럭에 장착된 FWD와 지상 관통 레이더 및 충격 감쇠기로 구성된다.

시험 중, FWD는 포장 표면을 롤링 차량 바퀴에 의해 발생하는 하중을 시뮬레이션하는 하중 펄스로 시험한다. 하중 펄스는 펄스를 형성하는 "버퍼"에 큰 무게를 떨어뜨려 생성된 후 원형 하중 플레이트를 통해 포장도로 전달된다. 다양한 센서로부터 데이터를 수집하여 포장 특성 시험 후 분석에 사용한다. 하중 펄스에 반응하여 포장의 변형을 측정하기 위해 편향 센서를 사용한다. 일부 FWD에서 적용된 부하 펄스의 크기는 시스템 설계에 의해 결정되는 가정된 상수 값이며, 다른 FWD에서는 부하 셀에 의해 힘이 측정된다.

하중판은 고체 또는 분할될 수 있다. 분할된 하중판은 평평하지 않은 표면에 하중을 보다 고르게 분산시키기 위해 포장 형태에 적응한다. 하중판 직경은 일반적으로 도로의 경우 300mm, 공항의 경우 450mm이며, 도로시험용 하중은 약 40kN으로 하중판 아래의 약 567kPa 압력(유럽 표준에 따라 50kN / 707kPa)이 발생한다.

부하충격계

부하 충격 시스템에는 단질량과 이중질량의 두 가지 유형이 있다.[1][2]

단일 질량 시스템에서는 하중 판에 연결된 단일 버퍼에[clarification needed] 중량을 떨어뜨려 시험 중인 표면에 놓는다. 단일 질량 FWD는 일반적으로 더 작고, 더 빠르고, 덜 비싸지만, 부드러운 토양에 사용할 경우 포장재의 질량 관성으로 인해 포장 용량을 과대평가할 수 있다.[3]

이중 질량 시스템에서 무게는 첫 번째 완충재, 두 번째 완충재, 두 번째 완충재로 구성된 조립체로 떨어진다.[note 1] 이렇게 하면 휠 하중을 보다 정밀하게 시뮬레이션할 수 있는 장시간의 하중 지속시간이 발생하며, 부드러운 토양 위에 지어진 포장재에서 재현성이 더 높고 보다 정확한 결과를 얻을 수 있다.[4][5]

또한 하강 중량과 중간 중량을 함께 잠글 수 있는 단일/이중 질량 시스템이 결합되어 150 kN의 짧은 펄스를 제공한다. 잠금 해제 모드에서 FWD는 50 kN의 긴 펄스를 제공하는 이중 질량 시스템으로 작동한다.

모든 시스템에서 하중 펄스 형태와 상승 시간은 중심 편향의 피크 값에 최대 10%~20%[6]까지 영향을 미칠 수 있기 때문에 중요하다.

처짐 센서

하중 펄스에 반응하여 포장의 변형을 측정하기 위해 편향 센서를 사용한다. 센서는 일반적인 오프셋 0, 200, 300, 450, 600, 900, 1200 및 1500mm에서 로드 플레이트 중심에서 방사형으로 장착된다(이 오프셋에서 측정한 편향은 D0, D200, D300 등으로 표시됨).

지오폰과 힘-균형 지진계 등 두 가지 유형의 편향 센서가 사용된다. 지진계는 교정 장치가 내장되어 있고 편향 측정 범위가 더 높다(5mm 대 2mm). 지오폰은 교정장치가 내장되어 있지 않고 초기 오차가 통합되어[clarification needed] 있기 때문에 충격 직전 교란에도 민감하지만 지진계보다 훨씬 저렴하다.

분석

FWD 데이터는 포장 구조물의 강성 관련 매개변수를 계산하는 데 가장 많이 사용된다. 표면 편향에 기초하여 다층계통(예: 하위계급 위에 베이스코스를 얹은 아스팔트 콘크리트)에서 개별층의 탄성모듈리를 계산하는 과정을 밀폐형 용액이 없기 때문에 "백계산"이라고 한다. 대신에 초기 모듈리를 가정하고 표면 처짐을 계산한 다음 모듈리를 반복적으로 조정하여 측정된 편향에 수렴한다. 이 과정은 현대의 컴퓨터에서는 빠르지만 계산적으로 집약적이다. 그것은 꽤 오해의 소지가 있는 결과를 줄 수 있고 경험이 풍부한 분석가가 필요하다. 일반적으로 사용되는 백계산 소프트웨어는 다음과 같다.

  • BACFAA(연방항공청)
  • 클레버칼크 (워싱턴 대학교)
  • ELMOD(Dynatest)
  • 에버계산(WSDOT)
  • KGPBACK(Geotran)
  • 미치백(미치건 DOT)
  • 계수(TxDOT)
  • PVD(KUAB)
  • 프리맥스 디자인 / 로시 디자인(스웨코, 전 칼 브로)

많은 분석가들은 본질적으로 경험적인 관련 매개변수를 계산하기 위해 단순화된 방법을 사용한다. 가장 일반적인 것은 부하 플레이트(D0) 중심에서의 최대 편향으로, 벤켈만 빔 편향과 같은 경험적 조치와 관련이 있다(두 장치의 차이에 대한 사소한 조정 후). 역사적으로 일부에서는 곡률 반지름(D0-D200)을 사용했지만, 300mm 직경의 강철 적재판이 200mm에서 중심(D0)과 D200 센서 사이의 편향 볼의 모양에 영향을 미치는 것이 분명하기 때문에 지금은 이 방법이 선호되지 않는다. 그러나 이것은 굴절된 그릇의 모양에 대한 많은 유용한 정보가 낭비된다는 것을 의미한다. 호락과 에메리는 이 정보를 사용하는 지수를 발표하였다: BLI=D0-D300과 베이스코스 성능, MLI = D300-D600과 서브베이스 성능, LLI=D600-D900과 하위 등급 성능의 지표를 제공한다. 이러한 지수와 다른 유사한 지수를 형상 인자로 알려져 있다. 또한 FWD 데이터는 엔지니어가 포장 길이를 균일한 섹션으로 나누는 데 매우 유용할 수 있다.

FWD 데이터는 인접 콘크리트 슬래브 사이의 하중 전달 정도를 계산하고 슬래브 아래의 공극을 검출하는 데도 사용할 수 있다.

기타 모델

경량 편향계(LWD)는 주로 시공 중 상황 베이스와 하위 등급 모듈리에서 시험하는 데 사용되는 휴대용 낙하 편향계다. LWD 측정은 동위원소 측정 방법보다 빠르며 기준 측정이 필요하지 않다. 이 장비는 방사능 선원이 없고 1인 1조로 운영이 가능해 현장 데이터 분석과 보고서 인쇄가 가능하다.[7] 일부 LWD는 부하전지가 없고 공칭 부하값을 가정하는 반면, 다른 LWD는 실제 부하를 측정하기 위해 부하전지를 사용한다. 시스템에 따라, LWD는 중앙에 단일 지오폰이 위치하거나 일반적으로 300mm와 600mm 위치에 위치하는 두 개의 지오폰이 위치할 수 있다.

FFWD(Fast Falling Weight Detectometer, FFWD)는 FWD로 유압식보다는 공압식 또는 전기식 액츄에이터가 있어 기계학 속도가 몇 배 빨라진다.

중량 편향계(HWD)는 하중이 더 높은 하강 중량 편향계(일반적으로 300 kN ~ 600 kN)로 주로 공항 포장 시험용으로 사용된다. 일반적인 오해는 공항의 중형 항공기 처리 능력을 시험하기 위해 더 높은 하중이 필요하다는 것이지만, 사실 시험 방법은 건설의 강도를 시험하기 위한 것이 아니라 건설의 재료 특성을 찾기 위한 것이다.

RWD(Rolling Weight Detectometer)는 FWD보다 훨씬 빠른 속도(최대 55mph)로 데이터를 수집할 수 있는 디플렉터로서 교통 통제와 차선 폐쇄 없이 데이터를 수집할 수 있다.[8] 트레일러 아래 빔에 장착된 레이저 측정 장치가 장착된 트랙터 트레일러로 구현된다. 측정을 위해 일시 정지하는 FWD와 달리, RWD는 이동하는 동안 편향 데이터를 수집한다.[9]

시험 재료는 ASTM D 4694에 기술되어 있으며, 시험 방법은 ASTM D 4695.140에 정의되어 있다.

메모들

  1. ^ 이중질량 체계에서는 두 불평등한 질량의 탄성 충돌로 운동력 보존의 법칙에 근거한 운영 원리가 있다.

참조

  1. ^ "KUAB two-mass FWD". Iowa State University. Retrieved 12 March 2014.
  2. ^ "KUAB two-mass FWD patent". Google patents. Retrieved 6 July 2015.
  3. ^ Crovetti, JA; Shahin, MY; Touma, BE. "Comparison of Two Falling Weight Deflectometer Devices, Dynatest 8000 and KUAB 2M-FWD". ASTM International. doi:10.1520/STP19799S. {{cite journal}}: Cite 저널은 필요로 한다. journal= (도움말)
  4. ^ Meier, Roger W. "Backcalculation of Flexible Pavement Moduli from Falling Weight Deflectometer Data Using Artificial Neural Networks". US Army Corps of Engineers. Retrieved 24 January 2017.
  5. ^ Shahin, M.Y. (2007). Pavement Management for Airports, Roads, and Parking Lots (2 ed.). US: Springer. ISBN 0387234659.
  6. ^ "Testing Different FWD Loading Times". Bulletin. Stockholm, Sweden: Department of Highway Engineering, Royal Institute of Technology. 8. 1980.
  7. ^ "Light Weight Deflectometer YouTube Video". Cooper Technology. Archived from the original on 2014-07-05. Retrieved 3 March 2014.
  8. ^ Elbagalati, Omar; Elseifi, Mostafa A.; Gaspard, Kevin; Zhang, Zhongjie (16 June 2017). "Development of an Artificial Neural Network Model to Predict Subgrade Resilient Modulus from Continuous Deflection Testing". Canadian Journal of Civil Engineering. doi:10.1139/cjce-2017-0132.
  9. ^ "Megascale RWD patent". Google patents. Retrieved 29 October 2015.