高性能混凝土桩的应力波波速试验研究

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1、第28卷第1期土木工程与管理学报V01．28No．12011年3月JournalofCivilEngineeringandManagementMar．2011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，北京100081)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C25～C50六种强度等级的模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10d前迅速增长，28d以后趋于定值，而强度在28d以后仍继续增长

2、；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1．049～1．109，平均值1．075，与工程调研结果吻合。当龄期大于7d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：TU473．16文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)01-0059-05随着我国高速铁路、客运专线的兴建，高性能料视为弹性介质，假定混凝土为连续、均匀、各向混凝土在铁路工程中得到了广泛应用，桥梁基桩同性的完全弹性材料，其应力与应变的关系符合也大量采用高性能混凝土，相应地，对高性能混凝虎克定律。土基桩的质量检测提出了新的要求。针对

3、普通混1．1一维弹性杆件中的应力波波速凝土，有关检测规程给出了混凝土桩应力波波速对于沿杆纵向传播的应力波，由于横向影响经验值⋯，该波速范围对普通混凝土较为适用，较小可以忽略，即可以假定应力波在杆中的传播但高性能混凝土波速明显高于此波速范围。国内为一维的，其仅有轴向作用力及沿轴向的运动，在一些专家学者针对普通混凝土检测波速开展了相运动时横截面仍保持为平面，且截面上应力均匀关研究，并取得了一定成果“J。目前，有关高性分布。能混凝土检测波速问题报道较少。当杆的顶部受到一激振力后，杆内产生纵向为研究高性能混凝土桩的应力波波速，本文应力波，由杆的顶端向杆的底部传播，一维波动方利用弹性理论进行应力波波速分

4、析，并依据目前程为：高速铁路常用的高性能混凝土配合比，制作模型粤Ot：_。z(＼1)／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式中，为沿方向的位移，c=，E、P分别为关系。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：1理论分析(，￡)=／<—ct)+g(+c)(2)式(2)中，厂、g分别为(—ct)、(+ct)的任意函在弹性材料中应力与应变是线性关系，因而数。厂(一ct)为下行波，沿轴向下正向传播，g存在一个不变的材料常数，即弹性模量。而混凝(+ct)为上行波，沿轴向上负向传播，传播速土不是真实的弹性材料，兼有弹、黏、塑三性，在不度

5、为c。同的应力阶段，应力～应变关系的材料模量是一1．2无限弹性体中的应力波波速个变数，高性能混凝土的应力一应变曲线直到破在无限理想弹性体中，取其中任意一立方微坏几乎一直为线性，因而对高性能混凝土可以用体，根据弹性力学理论及牛顿第二运动定律，可推一个确定的常数作为弹性模量。将混凝土材导出其运动方程为J：收稿日期：2010．12—13作者简介：胡在良(1978一)，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(Email：huzailiang@163．corn)·6O·土木工程与管理学报2011年波速比是反映声波波速与低应变波速关p：(I十+)』系及波速增长规律的重要参数。国内一

6、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pOt=一(1+)(1一)(I缸+。a+。az)／做过理论分析及试验研究。陈龙珠等人基于kel-vin—voigt粘弹性力学模型，假定泊松比=0．2p=+lz1a￡一(1)(一)(I+a，，+。a／)不变的情况下，分析得出混凝土桩的超声波波速(3)与1．054倍低应变动测波速之比为1．03～1．12，式中，为泊松比；uu：分别为x,y、方向的并随着材料粘性系数和激振频率的增大而增大，位移。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=1．086令体积应变占：警d+誓oy+，。：0Iz～1．18。王爱民等人通过对C

7、20～C30混凝土进／=]E行测试得出，低应变反射波波速大约是超声波^／P(1+)(1一)。波速的80％，折算为比值=1．25。对方程组式(3)中的三式分别对x,y、z微分文献[5]研究表明，在正常使用状态下，高性并相加得：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0．18左右)，范围在一Ot2(【+雾+参)J(4)0．14—0．23之间，且混凝土早期泊松比较低。本式(4)