基于贝克曼梁弯沉值的板底脱空判别方法
第21卷 第3期2008年9月
石家庄铁道学院学报(自然科学版)
Vol . 21 No . 3
Sep. 2008
JOURNAL OF SH I J I A ZHUANG RA I L WAY I N STITUTE (NATURAL SCIENCE )
基于贝克曼梁弯沉值的板底脱空判别方法
张文武, 刘志前, 王 伟
(重庆交通大学土木建筑学院, 重庆 400074)
摘要:F WD 检测混凝土板底脱空是国内外广泛使用的方法, 配备这种仪器。, 和板中弯沉, 根据威斯特卡德路面弯沉计算理论, , 建立判定板底脱空方法, 并进行了实例验证。
关键词:水泥混凝土路面; ; 中图分类号::167420300(2008) 0320059203、横向接缝, 在渗入水及行车作用下极易造成板底脱空。公路养护, 以决定是否需要压浆, 在何处压浆。另外, 混凝土板下灌浆后, 急需知
道板下空隙是否已被完全填充, 也就是如何对灌浆效果评价与验收。然而, 混凝土板底脱空判定一直是个难题。
[1, 2]
目前脱空常用判断方法有三种:(1) 直接观察法, 当观察到接缝错台、唧泥或重车驶过板块松动, 即表明板下脱空, 这种方法有一定主观性和不确定性; (2) 采用雷达探测仪法; (3) 弯沉检测法, F WD 法、贝克曼梁法。但目前F WD 和雷达探测仪公路养护管理部门配备较少, 使用贝克曼梁检测弯沉是现阶段
[3]
公路养护部门的主要方法。现行《公路水泥混凝土路面养护技术规范》(JT J073. 1—2001) 规定, 用黄河JN150后轴重100kN 、贝克曼梁(5. 4m ) 检测板角和板边弯沉, 凡弯沉值大于0. 2mm 即判定为脱空。但该法由于接缝传荷能力、地基状况等的影响而易导致不准。因此, 应综合考虑接缝传荷能力和地基状况, 研究基于贝克曼梁法检测弯沉
[4]
, 建立板底脱空判别方法, 以满足目前水泥混凝土路面养护的需要。
1 挠度公式
威斯特卡德于1925年最先运用温克勒地基上弹性薄板模式, 推演了由于车轮荷载作用所引起的混凝土板体荷载应力计算公式:
(1) 车轮荷载作用在板角隅时, 角隅顶点挠度为ω1=(1. 1-0. 88R /l ) P 1/Kl 2
(2) 车轮圆形均布荷载作用于无限大板中心时, 板中心挠度为
ω0=P /8Kl 2
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1/4
[5]
(1) (2)
式(1) 、式(2) 中, P 1, P 为轮载; K 为地基反应模量; l 为相对刚度半径, l =(Eh /12(1-μ) K ) , E 为路面板弹性模量, μ为路面板泊松比, h 为路面板厚度; R 为轮胎接地面圆半径。
由于板底脱空主要发生在板角, 根据贝克曼梁法检测的板中心挠度, 利用式(2) 先求出地基反应模量, 再将其代入式(1) , 即可求出板角隅顶点挠度, 然后将其与实测的板角隅弯沉进行比较, 即可判别是否板底脱空。即
ω0Eh K =3P (1-μ) /16
收稿日期:2008206206
作者简介:张文武 男 1981年出生 硕士研究生基金项目:重庆市科委攻关项目(200528347)
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(
3)
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则式(1) 可写成
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ω1=8ω0P 1{1. 1-0. 882R [9P 2(1-μ) /4ω02E 2h 6]1/4}/P
(
4)
2 接缝传荷能力
如图1所示, 当车轮荷载作用于缝边时, 直接承重板承
受的荷载为P 1, 板边产生挠度为ω1′; 非直接承受板承受了由接缝传来的荷载P 2, 板边产生的挠度为ω2′, 定义传荷系数为
(5) a =P 2/P 1则
P 1=P (6)
图1 从荷载应力计算理论来看, , 当路面结构、地基支承
于荷载条件相同的情况下, , 因此, 从理论上分析, 用挠度比值, 也是可取的, 即
ω1′(7) a =P 2/P 1=ω2′/
3 根据式(1) 、式(2) 、式(4) 、式(6) 、式(7) , 即可建立板底脱空判定方法。当不考虑地基反应模量的变
化时, 荷载作用于板边角隅时板边A 的挠度
222
ω1=8ω0ω1′ω02E 2h 6]1/4}/(ω1′) (8) {1. 1-0. 882R [9P (1-μ) /4+ω2′
利用贝克曼梁法测得ω0, ω1′, ω2′后, 即可求得ω1。考察以下几种情况:①若ω1′≤ω1, 可判定板底未脱空; ②若ω1′>ω1, 说明板底可能出现脱空。
4 工程实例
广西柳州至王灵高速公路于1998年12月通车, 随着营运年限的增加, 交通量加重等原因, 部分路段
[3]
病害现象较为严重。柳王高速公路K531+000～K531+700(左幅超车道) 按现行规范, 板边弯沉大于0. 2mm 时, 即判为脱空, 共确定135块脱空板。本着以“防”为主, 以“治”为补的原则, 采用压浆技术进行了板底脱空处治。
为了检验判断方法的准确性, 同时检验灌浆效果, 对试验路段分别用标准车(后轴重100k N ) 和贝克曼梁(5. 4m ) 、F WD 实测路面弯沉, 同时在横缝前板边缘处钻孔至板底, 然后往孔注满水, 观察水位变化
[3]
情况, 注水后很快消散则表明板底脱空。结果详见表1。作为对比, 将现行规范法也一并列入表中(柳王高速公路路面结构为:24c m 混凝土面层+18(或20) c m 二灰稳定碎石基层+18c m 级配碎石底基层。
) 。混凝土弹性模量按文献[6]的公式计算, 计算结果为30GPa 。
表1 实例验证结果表
板号
15
[**************]0ω0
45753445本文方法/(10-2mm ) ω1′ω2′[***********]0614101612本文方
ω1
12
[1**********]5养护规范判别法不脱空不脱空不脱空不脱空不脱空不脱空不脱空不脱空法判别脱空不脱空脱空不脱空不脱空脱空不脱空不脱空F WD 法
前板边钻孔后注水结果很快消散久未消散很快消散久未消散久未消散很快消散久未消散久未消散脱空不脱空脱空不脱空不脱空脱空不脱空脱空 由表1可看出, 9个判定中, 本文提出的判别法和F WD 法各有1次误判
, 该两种方法具有相同的准确
第3期率, 而现行规范
[3]
张文武等:基于贝克曼梁弯沉值的板底脱空判别方法
法误判较多, 3个判定为不脱空, 实际验证均为脱空, 而且是偏于不安全的。
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5 结语
(1) 由于接缝传荷能力、地基状况等的影响, 现行规范采用固定的弯沉值来判断板底是否脱空是欠准
确的。
(2) 根据威斯特卡德路面弯沉计算理论, 综合考虑接缝传荷能力和地基状况, 通过贝克曼梁实测板板中弯沉ω0、板边角隅弯沉ω1′, ω2′后, 计算求得角隅弯沉ω1。当ω1′≤ω1, 判定板底未脱空; 反之, 则板底可能出现脱空。
(3) 所建立的基于贝克曼梁弯沉值的脱空判断方法, 通过实例验证, 与F WD , 可用于指导工程实践。
参[1]黄立葵, 张学群. [, 2005, 30(4) :1452146. [2]曹才勇, 陈湘亮. [J ].湖南交通科技, 2006, 32(4) :60261.
[3]. 2001公路水泥混凝土路面养护技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2001. [4]林有贵, , , 等. 水泥混凝土路面板底脱空检测方法研究[J ].公路交通科技, 2005, 22(4) :21. [5]邓学钧, 陈荣生刚性路面设计[M].北京:人民交通出版社, 2005.
[6]中交公路规划设计院. JTG D40—2002 公路水泥混凝土路面设计规范[S].北京:人民交通出版社, 2003.
M ethod of Vo i d I den ti f i ca ti on Benea th Concrete Sl abs
Ba sed on Beckel m an Beam D eflecti on Va lue
Zhang W enwu, L i u Zh i q i a n, W ang W e i
(School of Civil Engineering &A rchitecture, Chongqing J iaot ong University, Chongqing 400074, China )
Abstract:W hile F WD is widely used t o identify v oids beneath concrete slabs in devel oped countries, only a fe w Chinese high way maintenance adm inistrative depart m ents are equi pped with this kind of instrument . I n this paper, based on the deflecti on at the transverse j oint and the center of slabs measured with Beckel m an Bea m , according t o W esterg oaxd ’, s theory of r oad deflecti on , considering j oint 2capacity and f oundati on status, the method of void identificati on is established, and it was experi m entally verified by field test .
Key words:concrete pave ment; Beckel m an Bea m; deflecti on value; void identificati on
(责任编辑 车轩玉
)