水泥混凝土路面板的動(dòng)力特性試驗(yàn)分析

周榆 周彥慶 劉晉林 吳江

湖南城市學(xué)院土木工程學(xué)院（413000）

水泥混凝土路面板的動(dòng)力特性試驗(yàn)分析

周榆 周彥慶 劉晉林 吳江

湖南城市學(xué)院土木工程學(xué)院（413000）

水泥混凝土路面板的脫空程度不同時(shí)，其振動(dòng)特性存在差異性。通過在水泥混凝土路面板頂布設(shè)傳感器，對其進(jìn)行瞬態(tài)沖擊獲得不同脫空程度下路面板的加速度、速度、位移時(shí)程曲線，并對其動(dòng)力特性變化情況進(jìn)行了分析。通過這些試驗(yàn)研究，為以后的水泥混凝土路面板脫空檢測提供一定的參考。

脫空；動(dòng)力特性；瞬態(tài)沖擊；DASP

水泥混凝土路面是高級路面，它具有較高的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性和良好的平整度、粗糙度，能夠適應(yīng)繁重和快速交通的要求，在我國道路網(wǎng)中占有相當(dāng)大的比重。但是在路面板塊與板塊之間的接縫位置，由于車輛的重復(fù)作用和雨水的滲入，板下基礎(chǔ)容易產(chǎn)生一定的塑性變形和唧泥，導(dǎo)致板底脫空。目前，由于脫空導(dǎo)致的水泥混凝土路面斷板是影響我國混凝土路面使用性能和壽命的主要病害。為了便于對脫空部位壓漿或封底修復(fù)，必須對脫空部位和脫空程度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測和判斷。人工敲擊混凝土路面聽聲法由于受到人的主觀判斷，且需要熟練的工人操作，準(zhǔn)確性難以保證并且難以推廣。落錘式彎沉儀(FWD)和探地雷達(dá)測試技術(shù)[1]雖然應(yīng)用比較廣泛，但設(shè)備昂貴維護(hù)費(fèi)用高，且很難定量的分析脫空面積，其檢測結(jié)果的可靠性也有待進(jìn)一步深化。聲振法[2-3]檢測是激勵(lì)被測試件產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)（聲波），通過測量其振動(dòng)的聲學(xué)特征來判定脫空情況的技術(shù)。聲振法在檢測混凝土路面板脫空上有一定的突破，但其操作比較復(fù)雜并且用于實(shí)際工程中時(shí)的可靠度還有待進(jìn)一步的研究確定。

水泥混凝土路面板在不同的脫空程度下，檔期受到瞬態(tài)激勵(lì)時(shí)，路面板振動(dòng)所產(chǎn)生的加速度、速度、位移等動(dòng)力特性參數(shù)是有差異的，通過對不同脫空面積的路面板進(jìn)行試驗(yàn)，分析和比較各種脫空情況下的加速度、速度、位移的變化情況，為以后混凝土路面板的脫空檢測及評價(jià)提供一定的參考。

1 試驗(yàn)方案

在試驗(yàn)室地基上澆筑長寬為3.0m×3.0m、厚度為0.15m的水泥混凝土板作為試驗(yàn)路面板。采用將邊角地基逐步掏空的方式設(shè)置不同的三角形脫空面積,該試驗(yàn)共設(shè)置了:0、312.5 cm2、2 500 cm2、5 000 cm2、7 500 cm2、11 250 cm2等六種不同的脫空面積，脫空面積與試驗(yàn)板的面積比（S脫空/S）分別為0.000 0、0.003 5、0.027 8、0.055 6、0.083 4、0.125 0。沿脫空角對角線布設(shè)5個(gè)拾振器（如圖1所示），1#布設(shè)在脫空角，5#布設(shè)在板中心位置，陰影部分為脫空區(qū)域。

本次測試拾震器采用壓電式傳感器，數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)采用北京東方振動(dòng)和噪聲研究所DASP系統(tǒng)。信號采集與分析系統(tǒng)包括拾震器、放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等。采用力錘在脫空角的對角位置A點(diǎn)（見圖1）進(jìn)行瞬態(tài)沖擊激振，使試驗(yàn)路面板產(chǎn)生振動(dòng)，通過對其響應(yīng)信號進(jìn)行采集并分析處理，得到混凝土板在不同脫空狀態(tài)下的動(dòng)力特性。

圖1 試驗(yàn)路面板及其拾振器布設(shè)圖

2 路面板振動(dòng)動(dòng)力特性分析

用DASP系統(tǒng)中的時(shí)域分析法對拾振器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域分析，得到6種不同脫空面積比情況下1#～5#拾振器位置的振動(dòng)信號強(qiáng)度峰值。為了數(shù)據(jù)便于分析,每次激勵(lì)結(jié)果以板中心5#點(diǎn)位置信號強(qiáng)度峰值為基準(zhǔn),對其他測點(diǎn)進(jìn)行歸一化處理?？紤]到1#位置的特殊性，本次試驗(yàn)以1#點(diǎn)為重點(diǎn)對象進(jìn)行分析，主要考慮其在不同脫空面積比下的加速度、速度、位移歸一化值的變化情況。

2.1 加速度分析

圖2為1#位置在不同脫空面積比時(shí)加速度歸一化值變化情況。由圖2可以看出，隨著脫空面積比的增大，1#位置的加速度歸一化值也在逐步減小，當(dāng)脫空面積比大于0.08時(shí)，其值變化趨小，近乎直線；脫空面積比小于0.08時(shí)，脫空板角的加速度歸一化值與脫空面積比有著較好的線性關(guān)系；脫空板角的加速度歸一化值，沒有脫空時(shí)為2.0左右，當(dāng)脫空面積比較大時(shí)，其值趨于1.0。

圖21 #位置在不同脫空面積比時(shí)的加速度歸一化值

2.2 速度分析

圖3為1#位置在不同脫空面積比時(shí)速度歸一化值變化情況。由圖3可以看出，隨著脫空面積比的增大,脫空板角位置的速度歸一化值在逐步增大，但當(dāng)脫空面積比大于0.08時(shí)，其值變化趨緩；當(dāng)脫空面積比大于0.08時(shí)，脫空板角的速度歸一化值與脫空面積比近乎線性關(guān)系。

圖31 #位置在不同脫空面積比時(shí)速度的歸一化值

2.3 位移分析

圖41 #位置在不同脫空面積比時(shí)唯一歸一化值變化情況

圖4為1#位置在不同脫空面積比時(shí)唯一歸一化值變化情況。與圖4中可以看出，隨著脫空程度的增加，1#位置的位移歸一化值逐步增大，二者近乎成線性關(guān)系，當(dāng)脫空面積比大于0.06時(shí)，隨著脫空面積比的繼續(xù)增大,其位移歸一化值增速趨緩；當(dāng)脫空面積為0時(shí)，在脫空板角位置的位移歸一化值近為1.0，當(dāng)脫空面積比大于0.16時(shí)，位移歸一化值趨于4.0。

綜合分析比較加速度、速度、位移歸一化值隨脫空面積比的變化情況，可以發(fā)現(xiàn)在脫空面積比較小時(shí),隨著水泥混凝土路面板的脫空面積比的增大，板角的動(dòng)力特征歸一化值變化較大，其值與脫空面積比近似成線性關(guān)系;隨著脫空面積比的繼續(xù)增大，動(dòng)力特征歸一化值變化趨緩。

3 結(jié)論

1）隨著脫空面積比的增大，1#位置的加速度歸一化值也在逐步減小,當(dāng)脫空面積比大于0.08時(shí),其值變化趨小，近乎直線；脫空面積比小于0.08時(shí)，脫空板角的加速度歸一化值與脫空面積比有著較好的線性關(guān)系。

2）隨著脫空面積比的增大，脫空板角位置的速度歸一化值在逐步增大，但當(dāng)脫空面積比大于0.08時(shí)，其值變化趨緩；當(dāng)脫空面積比大于0.08時(shí)，脫空板角的速度歸一化值與脫空面積比近乎線性關(guān)系。

3）隨著脫空程度的增加，1#位置的位移歸一化值逐步增大，二者近乎成線性關(guān)系，當(dāng)脫空面積比大于0.06時(shí)，隨著脫空面積比的繼續(xù)增大，其位移歸一化值增速趨緩。

[1]梁新政,潘衛(wèi)育,徐宏.路面無損檢測技術(shù)新發(fā)展[J].公路, 2002,09.

[2]彭永恒,陳靜云,潘寶峰,等.聲振法對剛性路面板脫空狀況檢測應(yīng)用的研究[J].公路交通科技,2005,22(3):54～57.

[3]彭永恒,張肖寧,羅躍綱.給予頻率下降率的剛性路面脫空自適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別研究[J].公路,2004(2):50～53.

（201211527002），湖南省大學(xué)生研究性與創(chuàng)新性項(xiàng)目。

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目