高性能混凝土桩的应力波波速试验研究.pdf
《高性能混凝土桩的应力波波速试验研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高性能混凝土桩的应力波波速试验研究.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第2 8卷第 1 期 2 0 1 1年 3月 土木工程与管理学报 J o u rna l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g a n d Ma n a g e me n t V0 1 2 8 N o 1 Ma r 2 011 高性 能混凝土桩 的应 力波 波速试 验研 究 胡在良, 张佰战 ( 中国铁 道科学研究 院铁道建筑研究 所 , 北京1 0 0 0 8 1 ) 摘 要: 本文根据弹性理论推导了高性能混凝土声波与低应变波速的简化计算公式, 并对其波速比进行分析探 讨, 根据铁路工程常用的基桩高性能混凝土配合比, 制作了C 2 5C 5 0六种强度等级的模
2、型桩进行了波速与强 度试验研究。结果表明 : 波速 与强 度均随龄期 的增 长而增 长 , 且存在 较好 的相关性 , 波 速在 1 0 d前 迅速增 长 , 2 8 d以后趋 于定值 , 而强度在 2 8 d以后仍 继续增 长 ; 声波 波速与低应变波速 的比值 随龄期 的增长而增长 , 本次 试验波速 比介于 1 0 4 91 1 0 9, 平 均值 1 0 7 5, 与工程调研结果吻合 。当龄期大 于 7 d时 , 桩身材料阻尼的影 响 较小, 适合工程基桩完整性检测。 关键词 : 基桩 ; 高性能混凝土 ; 应 力波 ; 波速 ; 强度 中图分类号 : T U 4 7 3 1 6 文献
3、标 识码 : A 文章编 号 : 2 0 9 5 - 0 9 8 5 ( 2 0 1 1 ) 0 1 - 0 0 5 9 - 0 5 随着我国高速铁路、 客运专线 的兴建 , 高性能 混凝土在铁路工程 中得到 了广泛应用 , 桥梁基 桩 也大量采用高性能混凝土 , 相应地 , 对高性能混凝 土基桩的质量检测提出了新 的要求 。针对普通混 凝土 , 有关检测规程给 出了混凝 土桩应力波波 速 经验值 , 该 波速范 围对普 通混凝 土较为适用 , 但高性能混凝土波速明显高于此波速范围。国内 一 些专家学者针对普通混凝土检测波速开展 了相 关研究 , 并取得了一定成果 “J 。目前, 有关高性 能
4、混凝土检测波速问题报道较少 。 为研究高性能混凝土桩 的应力波波速 , 本 文 利用弹性理论进行应力波波速分析 , 并依据 目前 高速铁路常用的高性能混凝土配合 比, 制作模 型 桩进行应力波波速及强度试验 , 研究 高性能混凝 土应力波波速随龄期 、 强度的变 化规律及其相关 关系 。 1 理论分析 在弹性材料 中应力与应 变是线性关 系 , 因而 存在一个不变的材料常数 , 即弹性模量。而混凝 土不是真实的弹性材料 , 兼有弹、 黏、 塑三性, 在不 同的应力阶段 , 应力 应变关系 的材料模量是一 个变数 , 高性能混凝土 的应力 一应变 曲线直到破 坏几乎一直为线性 , 因而对高性能混
5、凝土可以用 一 个确定的常数 作为 弹性模量 。将 混凝 土材 料视为弹性介质 , 假定混凝土为连续、 均匀、 各 向 同性的完全弹性材料 , 其应力与应变 的关 系符合 虎克定律。 1 1 一维弹性杆件中的应力波波速 对于沿杆纵向传播 的应力波, 由于横 向影响 较小可以忽略 , 即可 以假定应力波在杆中的传播 为一维的, 其仅有轴向作用力及沿轴向的运动 , 在 运动时横截面仍保持为平 面, 且截面上应 力均匀 分布。 当杆 的顶部受到一激振力后 , 杆 内产生纵 向 应力波 , 由杆的顶端 向杆的底部传播 , 一维波动方 程为 : 粤: 。 z ( 1 ) O t _ 。 式中, 为沿 方
6、向的位移 , c = , E、 P分别为 介质材料的弹性模量 、 密度。 式 ( 1 ) 一维波动方程的达郎贝尔解为 : ( , ) = c t )+ g ( + c ) ( 2 ) 式 ( 2 ) 中 , 厂 、 g分别为 ( c t ) 、 ( +c t ) 的任意 函 数 。 厂( 一c t ) 为下行波 , 沿 轴向下正 向传播 , g ( + c t ) 为上行波 , 沿 轴 向上负向传播 , 传播速 度 为 c 。 1 2 无限弹性体 中的应力波波速 在无限理想弹性体中 , 取其中任意一立方微 体 , 根据弹性力学理论及牛顿第二运动定律, 可推 导出其运动方程为 J : 收稿 日期
7、 : 2 0 1 0 1 2 1 3 作者简介 :胡在 良( 1 9 7 8 一 ) , 男 , 内蒙古呼和浩特人 , 助理研究员 , 硕士 , 研究方向为岩土工程检测( E m a i l : h u z a i l i a n g 1 6 3 c o rn) 6 O 土木工程与管理学报 2 0 1 1年 : ( 十 + ) p I 十 + p O t= 1 1 ( + + ) 一 ( + ) ( 一 ) I 缸 。 a 。 az p = + l z 1 ( + + ) a 一 ( 1 ) ( 一 ) I a , 。 a ( 3 ) 式中, 为泊松 比; u u : 分别为 x , y 、
8、方 向的 位移。 令 体积 应变占 : 警 + 誓 + , 。 : d o y 0 I z = E P ( 1 + ) ( 1 一 ) 。 对方程组式 ( 3 ) 中的三式分别对 x , y 、 z 微分 并相加得: O t 2 ( + 雾+ 参 ) ( 4 ) 一 【 + + J (4 式( 4 ) 中, c 表示体 积变化大小 的传播速度, 即无 限大弹性介质 中的纵波速度。 1 3 高性能混凝土桩的应力波波速 无论是声波透射法 , 还是高、 低应变法 , 都是 通过对桩施加一定的荷载 , 从而在桩 中混凝土内 产生压缩应力波( 纵波) 的传播 , 通过传感器测量 这种压缩波在混凝土中的传
9、播时间来得到混凝土 的纵波波速 】 。在低应变法检测中, 锤击激振频 率 厂较低 , 瞬态激励脉冲有效高频分量 的波长远 大于桩的横向尺寸 , 且桩横 向尺寸远小于纵向尺 寸 , 可将桩视为弹性一维杆件。因此 , 基桩低应变 波速 表达为 : =, K p ( 5 ) 在声波透射 法检测中, 当频率厂选择的足够 高而使声波的波长小于混凝土试件横向最小尺寸 的一半时, 声波在试件 中传播的速度将与无限大 均匀介质中的相当。因此 , 混凝土声波波速 表 达 为 : I u = E( 1 一 ) ( 1 + ) ( 1一 ) ( 6 ) 式 ( 5 )( 6 ) 中与波速直 接相关的参数为混凝土 弹
10、性模量、 密度、 泊松 比。其中 , 弹性模量和砂浆 及集 料 的弹 性 模 量、 集 料 用 量 有 关 。资 料 表 明 J , 高性能混凝土有很低的水胶 比和较多的 矿物细掺 料, 砂浆 的孔隙率很低, 弹性模量较高。 因此高性能混凝土的应力波波速高于普通混凝土。 1 4超声 波与低应 变的 波速关 系 将式( 6 ) 与式( 5 ) 相 比, 计算声波与低应变波 速 比 : = v , = , ( 1 一 ) ( 1 + z ) ( 1 2 )( 7 ) 波速 比 是反映声波波速与低应变波速关 系及波速增长规律的重要参数。国内一些专家学 者针对普通混凝土超声波波速与低应变波速关系 做过
11、理论分析及试验研究。陈龙珠等人基于 k e l - v i n v o i g t 粘弹性力学模型 , 假定泊松 比 = 0 2 不变的情况下, 分析得出混凝土桩 的超声波波速 与 1 0 5 4倍低应变动测波速之 比为 1 0 31 1 2 , 并随着材料粘性系数 和激振频率的增大而增大, 但随着混凝土龄期 、 弹性模量 和强度等级的增加 而减小, 折算为声波低应变波速 比值 后 =1 0 8 6 1 1 8 。王爱 民等人通过对 C 2 0C 3 0混凝土进 行测试得出 , 低应变反射波波速大约是超声波 波速的 8 0 , 折算为比值 =1 2 5 。 文献 5 研究表 明, 在正常使用状
12、态下, 高性 能混凝土的泊松 比与普通混凝土的泊松比相差不 大( 普通混凝土 的泊松 比为 0 1 8左 右) , 范围在 0 1 4 0 2 3之间, 且混凝土早期泊松 比较低。本 文基于应力 波波 速的弹性理论 分析, 通过公 式 ( 7 ) 计算波速 比, 分析两种检测方法的波速关系 , 取 分别为 0 1 4 、 0 1 8 、 0 2 3计算得到波速比 居 y 分别为 1 0 2 4 、 1 0 4 2 、 1 0 7 7 , 可见声波波速大于 低应变波速, 由高性能混凝土早期泊松 比较低可 知波速比 随龄期 的增长而增长。 2 模型制备与试 验 2 1 模型制备 本次试验根据铁路工
13、程常用的基桩高性能混 凝土配合 比, 制作 C 2 5一C 5 0六 种强度等级模型 桩及标准立方体试块。所有原材料的质量均满足 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准 的要 求 , 其中碎石为 5 2 5 r u i n连续级配, 4 2 5 # 普通硅 酸盐水泥 , 减水剂掺量 为 0 8 1 0 。以 C 3 0 为例 , 各原材料配合 比为 : 每立方米混凝土 中水 1 5 4 k g 、 水泥 2 1 6 k g 、 砂 7 4 6 k g 、 碎石 1 0 7 4 k g 、 粉煤 灰 1 4 4 k g 、 减水剂 0 8 。 为 了能有效模拟工程基桩 , 满足一维波动理 论条件 ,
14、 模型桩几何尺寸选定为 2 0 c m 2 0 c m 2 5 0 c m, 每种强度等级混凝土制作 2根 , 共 1 2根。 模型桩采用钢模浇筑并用振动棒振捣密实, 无质 量缺陷 , 室内自然养护。 与模型桩同时同条件制作边长 1 5 0 l a i n的标 准立方体试件 , 每一强度等级分别按 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d 、 5 6 d预留试件 , 每龄期 2组, 采用与模型桩 同条 件养护 ; 另外预 留 2组试件标准养护至 2 8 d进行 抗压强度试验。每组制作 3个试件, 试验结果取 第 1 期 胡在 良等 :高性能混凝 土桩的应力波波速试验研究 6l 两组试件 的平均值
15、 。 2 2 波 速与 强度试 验 波速试验仪器采用 目前铁路工程基桩检测中 常用的设备 , 低应变法测试 采用 武汉岩海公 司生 产的 R S 一 1 6 1 6 K( S ) 型基桩 动测仪及 配套 的加 速 度传感器 , 激振设备采用课题组 自行研 制的适合 模型桩测试的高频激振器。超声波法测试采用武 汉岩海公司生产的 R S S T 0 1 C非金属声 波检测仪 和 5 0 k H z 纵波平面换能器。 每种强度等级模型桩分别在 3 d 、 7 d 、 1 0 d 、 1 4 d 、 2 1 d 、 2 8 d 、 5 6 d进行低应变及超声波波速测 试。低应变法测试激振点选在杆件一端
16、顶面的中 心 , 传感器布置在激振点至杆件顶 面边缘 的中点 附近 , 每根模型桩采集波形要求具有较好 的一致 性 , 波形数不少于 6个 , 取 2根模型桩 的平均波速 作为混凝土试件的低应变波速 ; 声 速测量采用对 测法 , 每根桩沿桩长方向在两侧对称布置 3个测 点 , 采集 3组波形并记录声速 , 两根模型桩的平均 声速作为声波波速 , 波速测试点布置见图 1 。7 d 、 1 4 d 、 2 8 d 、 5 6 d对预留试件进行立方体抗压强度 试验。 超声波测试点 低应变传感器 量 三 三三 激 振 王 Q 翌 J 2 I 2 塑 J 王 Q m J 图 1 模型桩测 点布 置 3
17、结果与分析 3 1 抗 压强 度分 析 由同条件养护混凝土标准立方体试件抗压强 度试验结果 , 绘制混凝土抗 压强度随龄期 的增 长 曲线, 见图 2 。 一 矮 龄 期 , d 图 2 混凝 土抗压强 度随龄期增长 曲线 C 2 5一C 5 0高性能混凝土 7 d 、 1 4 d 、 2 8 d的试 件抗 压 强 度 分 别 达 到 5 6 d强 度 的 4 5 6 7 5 4 、 5 9 1 8 6 2 、 7 3 3 9 6 4 , 平 均 值为 5 8 6 、 7 3 2 、 8 4 6 。混凝 土抗压 强度 随龄期 的增长而增长 , 其增长速率随龄期的增长 而变小 , 2 8 d5
18、6 d强度增长量为 3 6 2 6 7 。 C 2 5C 5 0高性 能混凝土标准养 护试件 2 8 d 抗 压强 度 为 : 3 5 0 MP a 、 3 8 6 MP a 、 4 1 8 MP a 、 5 0 7 MP a 、 5 5 9 MP a 、 6 8 9 MP a , 达 到 设 计 强 度 值 的 1 1 9 4 1 3 9 8 , 符合混凝土配合 比设计要求。 课题组对部分在建铁路 2 O座桥梁基桩高性能混 凝土抗压强度报告进行 了调研 。 。 , 其 2 8 d抗压 强度与设计强度的比值为 1 0 7 7 1 6 5 7 , 与 本次模型试验配制的高性能混凝土抗压强度的结
19、果分布基本吻合。 3 2波速 随 龄期 的增 长规律 无论是声波法还是低应变法测试 , 早期 波速 增长较快 , 波速随龄期的增长而增长, 其增长速率 也 随龄期 的增 长而变小 , 1 0 d前波速迅 速增长 , 1 02 8 d波速增长速率变缓 , 2 8 d5 6 d波速增 长较小 , 基本趋于稳定 , 见图 3图 4 。 4 6 0 0 4 4 0 0 4 2 00 饕4 0 o 0 3 8 0 0 3 6 0 0 三 日 趣 图4 声波波速随龄期增长曲线 将龄期为 3 d 、 7 d 、 1 0 d 、 1 4 d 、 2 8 d实测 的波 速与 5 6 d波速进行 比较 , 研究应
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 性能 混凝土 应力 波速 试验 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【c****e】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【c****e】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。