水泥混凝土路面板的动力特性试验分析

周榆 周彦庆 刘晋林 吴江

湖南城市学院土木工程学院（413000）

水泥混凝土路面板的动力特性试验分析

周榆 周彦庆 刘晋林 吴江

湖南城市学院土木工程学院（413000）

水泥混凝土路面板的脱空程度不同时，其振动特性存在差异性。通过在水泥混凝土路面板顶布设传感器，对其进行瞬态冲击获得不同脱空程度下路面板的加速度、速度、位移时程曲线，并对其动力特性变化情况进行了分析。通过这些试验研究，为以后的水泥混凝土路面板脱空检测提供一定的参考。

脱空；动力特性；瞬态冲击；DASP

水泥混凝土路面是高级路面，它具有较高的强度、稳定性、耐久性和良好的平整度、粗糙度，能够适应繁重和快速交通的要求，在我国道路网中占有相当大的比重。但是在路面板块与板块之间的接缝位置，由于车辆的重复作用和雨水的渗入，板下基础容易产生一定的塑性变形和唧泥，导致板底脱空。目前，由于脱空导致的水泥混凝土路面断板是影响我国混凝土路面使用性能和寿命的主要病害。为了便于对脱空部位压浆或封底修复，必须对脱空部位和脱空程度进行准确的检测和判断。人工敲击混凝土路面听声法由于受到人的主观判断，且需要熟练的工人操作，准确性难以保证并且难以推广。落锤式弯沉仪(FWD)和探地雷达测试技术[1]虽然应用比较广泛，但设备昂贵维护费用高，且很难定量的分析脱空面积，其检测结果的可靠性也有待进一步深化。声振法[2-3]检测是激励被测试件产生机械振动（声波），通过测量其振动的声学特征来判定脱空情况的技术。声振法在检测混凝土路面板脱空上有一定的突破，但其操作比较复杂并且用于实际工程中时的可靠度还有待进一步的研究确定。

水泥混凝土路面板在不同的脱空程度下，档期受到瞬态激励时，路面板振动所产生的加速度、速度、位移等动力特性参数是有差异的，通过对不同脱空面积的路面板进行试验，分析和比较各种脱空情况下的加速度、速度、位移的变化情况，为以后混凝土路面板的脱空检测及评价提供一定的参考。

1 试验方案

在试验室地基上浇筑长宽为3.0m×3.0m、厚度为0.15m的水泥混凝土板作为试验路面板。采用将边角地基逐步掏空的方式设置不同的三角形脱空面积,该试验共设置了:0、312.5 cm2、2 500 cm2、5 000 cm2、7 500 cm2、11 250 cm2等六种不同的脱空面积，脱空面积与试验板的面积比（S脱空/S）分别为0.000 0、0.003 5、0.027 8、0.055 6、0.083 4、0.125 0。沿脱空角对角线布设5个拾振器（如图1所示），1#布设在脱空角，5#布设在板中心位置，阴影部分为脱空区域。

本次测试拾震器采用压电式传感器，数据采集及分析系统采用北京东方振动和噪声研究所DASP系统。信号采集与分析系统包括拾震器、放大器、数据采集系统与数据分析系统等。采用力锤在脱空角的对角位置A点（见图1）进行瞬态冲击激振，使试验路面板产生振动，通过对其响应信号进行采集并分析处理，得到混凝土板在不同脱空状态下的动力特性。

图1 试验路面板及其拾振器布设图

2 路面板振动动力特性分析

用DASP系统中的时域分析法对拾振器所采集的数据进行时域分析，得到6种不同脱空面积比情况下1#～5#拾振器位置的振动信号强度峰值。为了数据便于分析,每次激励结果以板中心5#点位置信号强度峰值为基准,对其他测点进行归一化处理。考虑到1#位置的特殊性，本次试验以1#点为重点对象进行分析，主要考虑其在不同脱空面积比下的加速度、速度、位移归一化值的变化情况。

2.1 加速度分析

图2为1#位置在不同脱空面积比时加速度归一化值变化情况。由图2可以看出，随着脱空面积比的增大，1#位置的加速度归一化值也在逐步减小，当脱空面积比大于0.08时，其值变化趋小，近乎直线；脱空面积比小于0.08时，脱空板角的加速度归一化值与脱空面积比有着较好的线性关系；脱空板角的加速度归一化值，没有脱空时为2.0左右，当脱空面积比较大时，其值趋于1.0。

图21 #位置在不同脱空面积比时的加速度归一化值

2.2 速度分析

图3为1#位置在不同脱空面积比时速度归一化值变化情况。由图3可以看出，随着脱空面积比的增大,脱空板角位置的速度归一化值在逐步增大，但当脱空面积比大于0.08时，其值变化趋缓；当脱空面积比大于0.08时，脱空板角的速度归一化值与脱空面积比近乎线性关系。

图31 #位置在不同脱空面积比时速度的归一化值

2.3 位移分析

图41 #位置在不同脱空面积比时唯一归一化值变化情况

图4为1#位置在不同脱空面积比时唯一归一化值变化情况。与图4中可以看出，随着脱空程度的增加，1#位置的位移归一化值逐步增大，二者近乎成线性关系，当脱空面积比大于0.06时，随着脱空面积比的继续增大,其位移归一化值增速趋缓；当脱空面积为0时，在脱空板角位置的位移归一化值近为1.0，当脱空面积比大于0.16时，位移归一化值趋于4.0。

综合分析比较加速度、速度、位移归一化值随脱空面积比的变化情况，可以发现在脱空面积比较小时,随着水泥混凝土路面板的脱空面积比的增大，板角的动力特征归一化值变化较大，其值与脱空面积比近似成线性关系;随着脱空面积比的继续增大，动力特征归一化值变化趋缓。

3 结论

1）随着脱空面积比的增大，1#位置的加速度归一化值也在逐步减小,当脱空面积比大于0.08时,其值变化趋小，近乎直线；脱空面积比小于0.08时，脱空板角的加速度归一化值与脱空面积比有着较好的线性关系。

2）随着脱空面积比的增大，脱空板角位置的速度归一化值在逐步增大，但当脱空面积比大于0.08时，其值变化趋缓；当脱空面积比大于0.08时，脱空板角的速度归一化值与脱空面积比近乎线性关系。

3）随着脱空程度的增加，1#位置的位移归一化值逐步增大，二者近乎成线性关系，当脱空面积比大于0.06时，随着脱空面积比的继续增大，其位移归一化值增速趋缓。

[1]梁新政,潘卫育,徐宏.路面无损检测技术新发展[J].公路, 2002,09.

[2]彭永恒,陈静云,潘宝峰,等.声振法对刚性路面板脱空状况检测应用的研究[J].公路交通科技,2005,22(3):54～57.

[3]彭永恒,张肖宁,罗跃纲.给予频率下降率的刚性路面脱空自适应神经网络识别研究[J].公路,2004(2):50～53.

（201211527002），湖南省大学生研究性与创新性项目。

国家级大学生创新创业训练计划项目