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基于碳纤维混凝土(粗骨料)压敏性的交通测速系统研究

韦文兵  
【摘要】: 本课题是国家自然科学基金项目“用于交通监测系统的智能混凝土的电特性及测试方法研究”的一部分。车辆超速行驶是造成交通事故的主要原因。传统的车速监测主要是依靠雷达装置等比较昂贵的设备来实施,成本既高,又限制了测点的数量。本文提出了一种全新的方法,基于碳纤维混凝土(粗骨料)的压敏性来构造车速监测系统。 本文的研究工作涉及材料学、结构学、电工学和信号分析与处理等多个学科。首先,总结了原有碳纤维水泥砂浆试验经验,研究并改善了粗骨料碳纤维混凝土的配方及制备工艺。其次,通过试验,探讨了碳纤维含量、水灰比、骨料粒径、龄期、极化效应、电极形式等对碳纤维混凝土导电性、稳定性的影响;研究了碳纤维掺量、加载方向等对碳纤维混凝土机敏性的影响;并研究了在弹性范围、循环荷载作用下,材料的压敏性。最后,提出了交通测速系统的工作原理,制定了实验方案,制作实验构件,进行了车速测量的模拟试验。特别讨论了加载方案、电极布置方案,电阻测试方法,信号采集和处理的方法等。 本文所提出的采用智能材料的车速监测系统,具有明显的创新性。实验结果表明,本文所提出的系统工作原理是可行的。碳纤维混凝土既是结构材料,又是功能材料;该系统不仅可以监测车速,进一步还可监测车重和车流量,以及道路变形和损伤情况;而且系统成本低廉,综合功能又强,因此具有广阔的应用前景。本文所采用的研究方法、揭示的规律和现象,亦有重要的学术价值。


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