Измерительный зонд для мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции

Полезная модель относится к области мониторинга автомобильных дорог в процессе их эксплуатации, в частности к наблюдению за накоплением остаточных и обратимых деформаций в земляном полотне и конструктивных слоях дорожной одежды.
Известны аналоги, предназначенные для замера вертикального перемещения покрытия автомобильной дороги, такие как длиннобазовый рычажный прогибомер модели КП-204 (ОДН 218.1.052-2002 Оценка прочности нежестких дорожных одежд, п.2.4.4.), состоящий из пространственной трубчатой фермы, индикатора.
Комплекс автоматизированного мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкций» (см. RU № 68694 G 01 N 3/02 опубликовано 27.11.2007 г.).
Наиболее близким является «Устройство для мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции» (см. RU № 121585 G 01 N 3/02 опубликовано 27.10.2012 г.), включающее измерительное устройство в виде зонда с размещенными внутри датчиками и снаружи магнитными сборками, состоящими каждая из двух кольцевых магнитов с межслойным диском, при этом зонд содержит внешнюю цельную металлическую трубку и внутреннюю металлопластиковую трубку с измерительными датчиками, в верхней части металлопластиковой трубки расположен разъем для подключения к персональному компьютеру и передачи данных, полость между измерительными датчиками и металлопластиковой трубкой заполнено кремнийорганическим компаундом.
Недостатком данного устройства является нарушение целостности работы слоев дорожной конструкции в непосредственной области от межслойных дисков. Экспериментально установлено, что межслойный диск препятствует формированию межслойного сцепления в слоях оснований и покрытий дорожных одежд за счет недостаточной адгезии асфальтобетона и материалов конструктивных слоев из укрепленных минеральным смесей к стальному диску.
Задачей полезной модели является обеспечить целостность и однородность работы дорожной конструкции непосредственно в площади взаимодействия металлического диска со смежными конструктивными слоями.
Сущность полезной модели заключается в том, что измерительный зонд для мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции, включающий внешнюю цельную металлическую трубку, с размещенными снаружи магнитными сборками, состоящими каждая из двух кольцевых магнитов с межслойным диском, и внутреннюю металлопластиковую трубку с измерительными датчиками и разъемом для подключения к персональному компьютеру, полость между измерительными датчиками и металлопластиковой трубкой заполнена кремнийорганическим компаундом, при этом межслойный диск магнитной сборки выполнен с технологическими сквозными отверстиями продолговатой формы шириной не менее 10 мм.
Техническим результатом является уменьшение степени влияния стальных дисков на напряженно-деформированное состояние дорожной конструкции, повышение межслойного сцепления, увеличение плотности не связных материалов, а также однородности дорожной конструкции в области магнитных сборок.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 – схема расположения зонда в дорожной конструкции, фиг.2 –конструкция зонда с указанием основных компонентов и измерительных датчиков, фиг 3 – стальной межслойный диск со сквозными технологическими отверстиями.
Измерительный зонд для мониторинга накопления остаточных деформаций в элементах дорожной конструкции представляет собой измерительное устройство в виде тонкостенной трубки с размещенными внутри измерительными датчиками и снаружи магнитными сборками и помещенного в конструкцию дорожной одежды 1. Зонд состоит из внешней цельной металлической трубки 2 и внутренней металлопластиковой трубки 3 с закрепленными в ней на специальном каркасе измерительными датчиками 4. На внешнюю металлическую трубку 2 помещены магнитные сборки 5, состоящие из двух кольцевых магнитов 6 в металлической оболочке и межслойных дисков 7, в которых проделаны сквозные технологические отверстия продолговатой формы 8, нижний торец зонда имеет заостренную форму, свободно погружаемый в грунт, и плоский верхний торец, совмещенный с поверхностью дорожного покрытия 9 с завинченной пробкой 10, открывающий доступ к разъему 11 для подключения к персональному компьютеру. Внутренняя полость 12 между металлопластиковой трубкой 3 и электронными компонентами и измерительными датчиками 4 заполнена кремнийорганическим компаундом. Диаметр металлопластиковой трубки 3 меньше внутреннего диаметра металлической трубки 2 на 1 мм для свободного размещения при монтаже.
Внешняя металлическая трубка 2 может быть изготовлена из титана (нержавеющая стали, латуни). Разница между диаметрами внешней и внутренней трубок составляет 1 мм. Материал и параметры конструкции выбраны с учетом требуемой прочности (изгибной), минимального влияния на процессы деформирования дорожной конструкции, магнитной прозрачности и долговечности. Зонды устанавливаются с необходимым интервалом и остаются в дорожной конструкции.
Межслойные металлические диски 7 выполнены в единой конструкции с магнитной сборкой 5 и нанизаны на вертикальную металлическую трубу 2. Количество дисков 7 может быть различным и соответствует количеству слоев дорожной конструкции 1. Зазор между поверхностью внешней металлической трубкой 2 зонда и внутренней поверхностью магнитной сборки 5 составляет 1 мм, он не может быть меньшим для обеспечения скольжения магнитной сборки 5 вдоль зонда, и не может быть большим для уменьшения влияния горизонтального смещения сборки 5 на величину магнитного поля в точке измерения. Внутри магнитной сборки 5 находятся кольцевые магниты 6 из сплава SmCo или NdFeB.
Способ измерения вертикальных перемещений состоит в замере изменения уровня магнитного поля, создаваемого магнитной сборкой 5, относительно измерительного датчика 4 по мере перемещения диска 7.
Размер и форма технологических отверстий 8 выбрана таким образом, чтобы обеспечить заклинку каменного материала в технологические отверстия, и в тоже время сохранить жесткость и деформативную устойчивость диска 7.
Ширина технологического отверстия должна быть в пределах размера фракции 10-20 мм каменного материала, так как данная фракция наиболее часто входит в состав смесей дорожно-строительных материалов.
Технологические отверстия будут обеспечивать лучшую заполняемость материалом конструктивного слоя области между металлической трубкой и межслойным диском, что, в свою очередь, будет способствовать повышению плотности, а, следовательно, и прочности дорожной конструкции. Кроме того, технологические отверстия будут способствовать взаимному проникновению и контактированию материалов смежных слоев и тем самым способствовать повышению межслойного сцепления.
Закладка устройства начинается с момента завершения строительства земляного полотна. Первым этапом работ является бурение скважины диаметром, равным диаметру внешней металлической трубки 2, и глубиной, равной длине зонда. В свою очередь длина зонда зависит от толщины дорожной одежды 1 и заглубления зонда в грунт земляного полотна. Затем в подготовленную скважину помещается внешняя металлическая трубка 2. Последующие этапы закладки совпадают с устройством слоев дорожной одежды и заключаются в поднятии зонда на высоту укладываемого слоя специальным подъемным устройством и нанизывание на внешнюю металлическую трубку 2 магнитных сборок 5 с межслойными дисками 7. Поднятие металлической трубки 2 зонда производится до поверхности дорожного покрытия 9, и затем в нее помещают металлопластиковую трубку 3 с измерительными датчиками 4.
Измерительные датчики 4 надежно защищены от воздействия влаги, что повышает их надежность и долговечность.
Устройство позволяет с высокой точностью получать сведения о перемещениях слоев дорожной конструкции и между ними в процессе эксплуатации автомобильной дороги.