不同检测方法对混凝土波速的影响研究.pdf
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1、J o u r n a l ofE n g i n e e r i n g G e o lo g y 工程地质学报 1 0 0 4 9 6 6 5 2 0 0 7 1 5 ( 0 1 ) - 0 1 2 4 - 0 5 不 同检测方法对混凝土波速的影响研究 沙玲 杜时贵 陈龙珠 ( 浙江建设职业技术学院杭州3 1 1 2 3 1 ) ( 上海交通大学安全与防灾工程研究所上海2 0 0 0 3 0 ) 摘要为建立超声波法和低应变反射波法检测所得混凝土基桩波速的相互转换关系, 本文给出了标准线性固体模型下粘 弹性介质的三维和一维纵波速度之比及其实用简化公式, 并且通过实验得出, 混凝土构件的超声波
2、速与 1 0 5 4倍低应变动测 波速之比处于 1 0 3 1 1 2 , 具体数值会随着混凝土龄期、 弹性模量和强度等级的增加而有所减小。 关键词 混凝土粘弹性波速超声波法低应变反射波法 中圈分类号: T U 4 3 7 文献标识码: A RATI o oF CoNCRETE W AVE VELoCI Tm S M EAS URED W I TH TW o TES T M ETHoDS S HA L i n g DU S h i g u i C HE N L o n g z h u ( ( 1 ) Z h e j i a n g C o l l e g e o fC o n s t r u
3、c t i o n , H a n g z h o u 3 1 1 2 3 1 ) ( (I n s t ofE n g S a f e t y a n d D i s a s t e r P r e v e n t i o n , S h a n g h a i J i a o t o ng U n i v e r s i t y , S h a n g hai 2 0 0 0 3 0 ) Ab s t r a c t i s p a p e r i s t o e s t a b l i s h a r e l a t i o n s h i p b e t we e n wa v e v
4、 e l o c i t i e s o f c o n c r e t e p i l e s h a f t me a s u r e d wi t h t h e u l t r a s o n i c w a v e me tho d a n d the l o ws t r a i n r e f l e c t e d w a v e me t h o d I t p r o p o s e s a s i mp l i fi e d f o r mu l a f o r t h e r a t i o o f w a v e v e l o c i t y i n i n fi
5、n i t e me d i u m t o t h a t i n o n e d i me n s i o n a l b a r T h e v i s c o e l a s t i c the o r y b a s e d o n s t a n d ard l i n e ar s o 1 i d mo d e l i s a d o p t e d i n the f o rm u l a t i o n o f the f o rm u l a E x p e r i me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t t h e r a t i
6、 o o f t h e u h r aso n i c w a v e v e l o c i t y t o the 1 0 5 4 t i me d l o ws t r a i n r e f l e c t e d wa v e v e l o c i t y r ang e s f r o m 1 0 3 t o 1 1 2 Th e r a t i o d e c r e a s e s w i th i n c reasi n g i n t h e a g e 。the Yo u n g s mo d u l u s a n d t h e s tre n g t h o f
7、 c o n c r e t e Ke y wo r d s C o n c r e t e 。Vi s c o e l a s t i c i t y 。W a v e v e l o c i t y。U l tr a s o n i c w a v e me tho d。L o ws tr a i n r e f l e c t e d w a v e me th一 0 d 1 引 言 自2 0 世纪9 0年代初开始, 随着计算机及其辅 助测试技术的发展和普及 , 检测基桩质量的低应变 法和超声波透射法技术在我国各地得到了广泛的应 用, 其中反射波法更因其快速便捷成为了各类混凝 土基桩检测
8、的一种普及应用方法 J , 而超声波透射 法则因须事先埋设测管而一般适用于钻孔灌注 桩 J 。实践证明, 由于激振方法和所用传感器类型 不同, 对同一根基桩, 由低应变反射波法检测获得的 混凝土纵波速度一般较超声波法的明显偏低。然 而, 由于对它们的差别至今缺乏深入的研究, 将这两 者之间进行可靠的定量转换 目前尚存在困难, 继而 十 收稿日期: 2 0 0 6 0 4 1 3 ; 收到修改稿 日 期: 2 0 0 6 0 5 1 7 第一作者简介: 沙玲( 1 9 7 0一) 。 女 , 讲师, 岩土工程专业 E m a i l : c o n g c o n 9 2 2 5 1 6 3 c
9、 o n l 维普资讯 http:/ 1 5 ( 1 ) 沙玲等: 不同检测方法对混凝土波速的影响研究 妨碍了在工程中很好地综合利用这两种方法的检测 资料进行混凝土桩身完整性评判。例如, 对长、 直径 大的钻孔灌注桩或多节预制桩, 工程上用低应变反 射波法检测时, 常常会因桩端反射信号不易准确识 别而难以确定出桩的平均波速和桩身缺陷的准确深 度。但若能实现这两种方法所得波速的转换, 则可 以借助埋管声波透射法或桩顶部一定长度内桩身超 声波的实测波速来推算低应变反射波法的桩身平均 波速, 上述工程问题便能够迎刃而解。文献 3 利 用弹性波理论和实验方法对此已做过一些有益的试 探。 为尝试解决好低
10、应变反射波法和超声波法所得 混凝土波速的相互转换问题 , 作者 已在相关文章 中 用 K e l v inV o ig t 粘弹性固体模型研究了混凝 土一维和三维纵波速度随龄期、 振动频率的变化规 律。本文将采用实验方法和标准线性固体模型对此 问题作进一步讨论。 2 实验 2 1 测试 系统 图 1 和图2分别是本文为检测混凝土试件纵波 速度而采用的低应变反射波法和超声波法的示意 图。图 1的实验仪器采用武汉岩海公 司的 R s一 1 6 1 6 K桩基动测仪和 R S V 1 4 1 I 型高阻尼速度传感 器, 激振采用硬塑料锤。图 2的实验仪器采用该公 司的 R S S T O 1 C非金
11、属声波检测仪和 5 0 k H z 纵波 平面换能器。 手 锤 图1 低应变反射波法检测混凝土杆件的波速 F i g 1 肠 e v e l o c i t i e s o f c o n c r e t e b a r s删髓 t h e l o ws t r a i n r e fl e c t e d wa v e t e s t 低应变法动测中的激振点选在杆件一端顶面的 中心, 传感器布置在激振点至杆件顶面边缘的中点 附近; 检测时进行多次重复锤击, 将重复性好的波形 试块 图2 超声波法检测混凝土立方试块的波速 F i g 2 Wa v e v e l o c i t i e s o
12、 f c o n c ret e c u b i c b l ock s wi t h t h e u l t r a s o n i c wa v e t e s t 予以保存并由此分析混凝土的纵波速度 ; 为增加测 试分析数据, 每个试块的超声波波速测点采用 5对, 并取其平均声时来计算混凝土的超声波速度。如果 某测点的声时偏差超过这一平均声时的 2 , 则该 试块将予以废除, 以此来保证检测结果的可靠性。 2 2 混凝土试件制作 为了使实测超声波的传播速度可看成是无限大 均匀介质中的纵波波速, 根据 5 0 k H z 超声波频率和 混凝土波速范围, 这里将超声波试块选定为边长 1 5
13、0 m m的标准立方体; 同时为了满足一维波动理论 条件, 根据所用锤击主频率 ( 根据不同龄期对混凝 土试件的实测信号进行频谱分析, 其主频率处于0 1 一 l k H z 量级) 和混凝土波速范围, 低应变反射波法 的试件选定为截面边长 1 5 0 m m、 长度 2 0 0 0 m m的混 凝土杆件。试块和杆件的制作过程均按相关混凝土 规范的要求进行。 考虑到普通混凝土灌注桩的常用强度等级, 实 验对混凝土试件所采用 的设计强度等级为 C 1 5 、 C 2 5 、 C 3 0和 C 4 0 共4种。各试件经浇筑成型后在室 内自然条件下养护, 并在龄期为3 2 8 d ( 含7 d 、
14、1 4 d 、 2 1 d ) 时分别用超声波法和低应变动测法进行波速 测试。根据实验, 这 4种立方体试块在 2 8 d 龄期时 的实际抗压强度分别为 1 7 4 M P a 、 2 9 1 M P a 、 3 4 4 M P a 和4 6 2 M P a 。为节省篇幅, 这里仅例举强度等 级 C 3 0的各原材料配合比情况: 每立方米混凝土中 水 1 9 5 k g , 水泥3 3 0 k g , 中砂6 9 5 k g , 石子 1 1 8 0 k g , 水 泥强度等级为4 2 5 M P a 。 维普资讯 http:/ J o u r n a l o fE n g i n e e r
15、 i n g G e o l o g y 工程地质学报2 0 0 7 2 3 实验数据及其分析 由低应变反射波法和超声波法测得各组试件的 平均纵波速度( 精确至 O O 1 k m s ) 随龄期的变化 关系分别如图 3 所示。由图 3可见, 随着龄期的增 加, 各强度等级的混凝土杆件的低应变动测波速和 试块超声波速均随之增长, 但大约在 1 0 d 之后其增 长速率将逐渐减缓。这与混凝土强度随龄期增长的 规律基本相似。 4 4 4 2 4 O 3 8 3 6 3 4 3 2 3 0 2 8 2 6 星 0 4 8 1 2 1 6 2 O 2 4 2 8 3 2 t d 图3 混凝土杆件和混凝
16、土试块的波速随龄期的变化 F i g 3 Wa v e v e l o c i t i e s o f c o n c r e t e b a r s v a r i e d a n d c o n c r e t e b l ock s v a r i e d w i t h a s i n g t i me a 混凝土杆件低应变动测 波速 _ b 混凝 土试块超声 波速 图4是按图3 实验数据计算得到的波速比K ( K = 1 0 5 4 ) 随龄期的变化曲线。由图可见的 规律性: ( 1 ) 即使对混凝土杆件的低应变动测波速进行 了三维几何尺寸效应修正, 各强度等级试件的波速 比K仍大于
17、1 ; ( 2 ) 实验数据表明, 对各强度等级的混凝土试 件, 其波速比K随龄期的增加而有所减小; ( 3 ) 实验数据表明, 在相同龄期下, 混凝土试件 的波速比K随强度等级的增加而有所减小。 0 4 8 1 2 1 6 2 0 2 4 2 8 3 2 t d 图4 混凝土波速比K随龄期的变化关系 F i g 4 T h e d e fi n e d r a t i o K o f c o n c r e t e v a r i e dwith a g i n gt i me 3 理论分析 鉴于这两种测试方法均使混凝土材料产生微弱 的振动, 本文便将其视为线粘弹性介质, 具体采用如 图5所
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