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水泥路面接缝传力杆偏差检测及对比分析
发布日期:2018-01-01  来源:公路交通科技   浏览次数:52
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接缝传荷能力对水泥混凝土路面使用性能有着重要影响,横缝处设置传力杆能够明显提高板间传荷能力,降低板边和板角处竖向变形,从而延缓错台发展速度,保证水泥路面的长期使用性能。国外一些现场调查结果也表明,接缝设置传力杆后,水泥路面错台和板角的开裂率都能够明显降低[1-3]。
近几年我国开始将传力杆布设到重载交通水泥路面横向缩缝位置,由于传力杆自动植入设备(Dowel Bar Inserter)能够明显提高施工效率,DBI方法2006年在广东省首先应用,目前DBI方法是我国水泥路面接缝传力杆主要采用的施工工艺。然而,在施工过程中由于多种因素的影响,传力杆并不能准确达到理想的设计位置,导致传力杆偏差的发生[4-6]。
因此,很多研究开始分析偏差的传力杆对路面使用性能的影响。例如,Yu 等人在1998年通过调查发现传力杆偏差发生后对路面使用性能有着较大影响[1]。2005年,Lechner等人通过室内试验和理论分析发现传力杆埋入深度<5cm时,接缝传荷能力将明显降低,>10cm时对接缝传荷影响较小[7]。Leong等人在2006年通过现场调查发现传力杆竖向和水平偏转对接缝处的剥落病害有着重要影响[8]。随着传力杆在我国接缝水泥路面的广泛应用,我国研究者也开始关注传力杆偏差问题,2009年蔡海斌通过有限元模型分析了传力杆偏差后对界面应力和传荷能力的影响[9],2011年彭鹏,田波等人通过室内拔出和重复弯曲试验分析了不同偏转程度的传力杆的工作性能状况[10]。
上述分析表明,传力杆偏差程度已经成为影响水泥路面板间传荷能力变化的关键因素。因此,为了降低传力杆偏差的不利影响,研究人员开始针对传力杆偏差的允许范围进行研究。例如,2001年Lev Khazanovich等人在美国明尼苏达州交通部支持下通过有限元和现场调查分析了传力杆偏差的可接受范围[11]。2006年,Milind L. Prabhu等人通过室内试验总结了传力杆偏差控制的建议值[12]。同时,许多研究机构开始颁布相应的传力杆偏差控制指南,例如2007年,FHWA美国联邦公路管理局在多个工程实践的基础上提出了传力杆偏差控制标准[13],2013年,美国水泥路面协会ACPA针对DBI设备的广泛应用,提出了DBI植入传力杆的偏差控制标准[14]。
虽然传力杆植入工艺DBI已经在我国开始广泛应用,然而,关于我国的传力杆偏差状况尚缺少实际数据分析。为此,本文采用德国生产的专门用于传力杆三维定位检测分析的MITSCAN2设备对北黑高速公路典型路段(108条接缝)进行现场检测,基于美国ACPA的传力杆偏差控制指南进行评估分析,并与美国伊利诺伊州的2条路段的实际检测结果(23条接缝)进行了对比分析。

2 传力杆偏差类型
1986年,美国学者Tayabij针对传力杆偏差问题,将其划分为5种类型[15],如图1所示。















图1 传力杆偏差的五种类型
由图1可以看到,传力杆偏差的五种类型分别是:1)水平偏转;2)水平移动;3)竖向偏转;4)竖向移动;5)纵向移动。需要说明的是,传力杆施工过程中发生的偏差是五种基本偏差类型的组合。

3 传力杆偏差控制标准
目前,美国和加拿大关于传力杆偏差控制标准的研究较多,相应的技术协会也提出了不同的标准,例如加拿大安大略省2006年颁布了传力杆偏差的控制指标,随着DBI施工工艺在美国的广泛应用,美国水泥路面协会ACPA在2013年提出了针对DBI工艺的传力杆偏差控制指南[14],如表1所示。
表1加拿大和美国水泥路面协会颁布的传力杆偏差控制指标
传力杆偏差类型 可接受水平 不可接受水平
加拿大2006 美国ACPA 加拿大2006 美国ACPA2007
水平和竖向偏转 < 15 mm < 15 mm > 25 mm > 25 mm
纵向移动 < 40 mm < 50 mm > 50 mm > 125mm
竖向移动 传力杆中心在板厚中心处±25mm 传力杆中心在板厚中心处±25mm 板顶或板底混凝土最小覆盖厚度<75mm 板顶或板底混凝土最小覆盖厚度<75mm
由表1可以看到,两种方法的主要差别是关于纵向移动的控制指标有差别,同时两种方法都没有给出水平移动偏差的控制指标,这主要是已有研究表明水平移动偏差对水泥路面接缝行为的影响并不明显,因此在评估接缝传力杆偏差时都忽略了该种偏差类型。参照表1中的两种偏差控制指标,本文给出了所采用的评估标准,如表2所示。
表2本项目采用的评估标准
传力杆偏差类型 可接受水平 不可接受水平
水平和竖向偏转 < 15 mm > 25 mm
纵向移动 < 40 mm > 125mm
竖向移动 传力杆中心在板厚中心处±25mm 传力杆中心距离板厚中心处>65mm
(依据路面厚度260mm和最小覆盖厚度75mm反算)
4 现场调查
自从传力杆应用以来,研究者开始尝试用不同的检测方法来获得传力杆位置,例如回弹信号、钢筋定位仪、探地雷达等,然而这些方法均不能准确提供传力杆的三维空间位置并给出偏差量值。2001年,德国针对传力杆的三维位置检测,将电磁断层扫描技术用于传力杆偏差检测,获得了较好的效果,并开发了相应的检测设备MITSCAN2,该设备不仅能检测现有水泥路面,甚至可以检测新浇筑水泥路面中的传力杆位置[12]。2003年,lev Khazanovich等人第一次应用MITSCAN2检测了美国加利佛尼亚州的水泥路面传力杆状况[16],美国联邦公路局对该设备进行了评估,认为该设备能够获取传力杆的准确位置[17]。2006年,Shabbir Hossain等人在美国弗吉尼亚州进行了应用,认为该设备具有界面友好,检测数据准确等优点[18]。上述应用表明,在传力杆偏差检测方面,MITSCAN2设备是唯一的能够获取传力杆空间位置,并给出相应五种偏差类型的设备,因此本文中也采用该设备完成了北黑高速公路接缝传力杆偏差的检测。
北黑高速公路是黑龙江省修筑的第一条缩缝均布设传力杆的水泥路面,传力杆的植入方式采用DBI工艺。采用MITSCAN2设备共计完成了六个典型路段(每个路段约1km)的142条接缝的传力杆偏差检测,现场检测及程序输出结果如图2所示。
 
 
 
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