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(duì)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(duì)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(cè)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(jí)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(guó)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(guó)混凝土路面使用性能和壽命的主要病害。為了便于對(duì)脫空部位壓漿或封底修復(fù)，必須對(duì)脫空部位和脫空程度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)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(cè)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(cè)結(jié)果的可靠性也有待進(jìn)一步深化。聲振法[2-3]檢測(cè)是激勵(lì)被測(cè)試件產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)（聲波），通過測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)及評(píng)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(zhǎng)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(duì)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(cè)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(hào)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(duì)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(duì)其響應(yīng)信號(hào)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(duì)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(hào)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(hào)強(qiáng)度峰值為基準(zhǔn),對(duì)其他測(cè)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(duì)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(cè)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(duì)剛性路面板脫空狀況檢測(cè)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(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目