CN104792677A - 一种考虑荷载作用的混凝土结构抗渗定量设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种考虑荷载作用的混凝土结构抗渗定量设计方法，包括以下步骤：1)获取混凝土持载状态下的超声波速-应力比关系；2)获取混凝土卸载状态下的超声波速-应力比关系；3)获取混凝土卸载状态下的抗渗水压-应力比关系；4)根据超声波速-应力比关系和抗渗水压-应力比关系获取抗渗水压-超声波速关系；5)根据超声波速-应力比关系和抗渗水压-超声波速关系获取抗渗水压-应力比关系；6)获取多组混凝土持载状态下的抗渗水压-应力比关系数据，去量纲化后拟合得到考虑荷载作用的混凝土结构抗渗设计计算公式；7)进行混凝土结构的抗渗设计。与现有技术相比，本发明具有设计全面、实用性高、定量化设计等优点。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程领域，尤其是涉及一种考虑荷载作用的混凝土结构抗渗定量设计方法。
背景技术
目前，我国对混凝土结构抗渗设计的方法不尽相同，但都没有考虑实际结构所受荷载作用对混凝土抗渗性能的影响，以针对建筑工程的《地下工程防水技术规范》为例，规范规定以结构埋深来确定混凝土抗渗水压要求，并以无应力状态下的逐级加压法来鉴定混凝土的抗渗水压是否满足要求。而实际工程结构所受的荷载作用会对混凝土产生微裂纹扩展等损伤影响，进而影响混凝土的抗渗性能，故现有的混凝土抗渗设计规定存在片面性。此外，在工程实际应用中通过掺入纤维的方式改善混凝土的抗渗性能时，大都只能依据试验结果确定纤维掺量，甚至仅依靠经验来确定纤维掺量，缺少定量设计依据，会对纤维混凝土抗渗的经济性及可靠性带来不利影响。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种设计全面、实用性高、定量化设计的考虑荷载作用的混凝土结构抗渗定量设计方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种考虑荷载作用的混凝土结构抗渗定量设计方法，包括以下步骤：
1)获取混凝土持载状态下的超声波速-应力比关系；
2)获取混凝土卸载状态下的超声波速-应力比关系；
3)获取混凝土卸载状态下的抗渗水压-应力比关系；
4)根据超声波速-应力比关系和抗渗水压-应力比关系获取抗渗水压-超声波速关系；
5)根据超声波速-应力比关系和抗渗水压-超声波速关系获取抗渗水压-应力比关系；
6)获取多组混凝土持载状态下的抗渗水压-应力比关系数据，去量纲化后拟合得到考虑荷载作用的混凝土结构抗渗设计计算公式为：
P＝f(P0,η,ω)＝P0(7.7η3-10.8η2+2.4η+0.99)(-0.05ω2+0.15ω+1)
其中，P为具有某一原始抗渗水压及纤维掺量的混凝土在一实际应力比状态下的实际抗渗水压，P0为通过《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定的逐级加压法测得的一组无应力状态素混凝土的抗渗水压(即原始抗渗水压)，抗渗水压是指按照逐级加压法抗渗试验，试件顶部出现渗水时的水压再减去0.1MPa，η为混凝土实际所受的持载状态应力比，ω为纤维混凝土的纤维掺量。需要说明的是，公式拟合过程中的所有量都是去量纲化的，而在去量纲化之前，原始抗渗水压P0、应力比η及纤维掺量ω的单位分别为MPa、1及kg/m3；
7)根据考虑荷载作用的混凝土结构抗渗设计计算公式进行混凝土结构的抗渗设计。
所述的步骤1)具体包括以下步骤：
对同一配比下的混凝土标准立方体试块，通过压力试压机，分别施加多组不同应力比水平的荷载，每组持载3分钟，并在持载状态下利用超声波仪测试混凝土超声波速，得到混凝土持载状态下的超声波速-应力比关系。
所述的步骤2)具体包括以下步骤：
对同一配比下的混凝土标准立方体试块，通过压力试压机，分别施加多组不同应力比水平的荷载，每组持载3分钟后卸载，卸载后利用超声波仪测试混凝土超声波速，得到混凝土卸载状态下的超声波速-应力比关系；
所述的步骤3)具体包括以下步骤：
对同一配比下的混凝土抗渗圆台试块，通过压力试压机，分别施加多组不同应力比水平的荷载，每组持载3分钟后卸载，卸载后利用抗渗仪按照逐级加压法测试混凝土的抗渗水压，得到混凝土卸载状态下的抗渗水压-应力比关系，
所述的步骤7)中的混凝土结构的抗渗设计包括以下两种类型：
当混凝土结构使用素混凝土浇筑时，根据工程抗渗水压要求、混凝土结构实际所受应力比及素混凝土纤维掺入量，可计算确定素混凝土所需要的原始抗渗水压；
当混凝土结构使用纤维混凝土浇筑时，代入工程抗渗水压要求、混凝土结构实际所受应力比及纤维混凝土对应的原始抗渗水压，可计算确定纤维混凝土的纤维掺量。
所述的步骤6)中的逐级加压法采用普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行操作。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、设计全面：本发明考虑了实际工程中的持续荷载作用对混凝土结构抗渗性能的影响，提出了得到实用的工程抗渗设计计算公式的有效途径，提高了抗渗设计的全面性和可靠性。
二、实用性高：本方法仍然使用现有的工程抗渗逐级加压试验方法用于确定混凝土无应力状态抗渗水压，用于抗渗设计计算，无需引入新的试验方法或仪器，可快速融入到实际工程运用。
三、定量化设计：本发明可针对混凝土结构所浇筑使用的混凝土类型，包括素混凝土和纤维混凝土，进行两种方式的定量抗渗设计，对于素混凝土，设计结果能够改变素混凝土的原始抗渗水压；对于纤维混凝土，设计结果体现为能够改变纤维混凝土的纤维掺入量。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为考虑荷载作用的混凝土结构抗渗设计拟合曲线。
图3为混凝土持载状态下的超声波速-应力比关系图。
图4为混凝土卸载状态下的超声波速-应力比关系图。
图5为混凝土卸载状态下的抗渗水压-应力比关系图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例：
如图1所示，一种考虑荷载作用的混凝土结构抗渗设计方法，包括如下步骤：
1)测试混凝土持载状态下的“超声波速-应力比”关系，如图3所示，记为关系①；
2)测试混凝土卸载状态下的“超声波速-应力比”关系，如图4所示，记为关系②；
3)测试混凝土卸载状态下的“抗渗水压-应力比”关系，如图5所示，记为关系③；
4)根据关系②③，将“应力比”作为推导中间量，即可得到混凝土的“抗渗水压-超声波速”关系，记为关系④；
5)根据关系①④，将“超声波速”作为推导中间量，即可得到混凝土持载状态下的“抗渗水压-应力比”关系，记为关系⑤；
6)如图2所示，针对多组不同原始抗渗水压P0及不同纤维掺量ω的混凝土，重复上述步骤，得到多组混凝土持载状态下的“抗渗水压-应力比”关系数据，拟合出考虑荷载作用的混凝土结构抗渗设计计算公式：
P＝f(P0,η,ω)＝P0(7.7η3-10.8η2+2.4η+0.99)(-0.05ω2+0.15ω+1)；
其中，P为具有某一原始抗渗水压及纤维掺量的混凝土在一实际应力比状态下的实际抗渗水压，P0为通过《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定的逐级加压法测得的一组无应力状态素混凝土的抗渗水压(即原始抗渗水压)，抗渗水压是指按照逐级加压法抗渗试验，试件顶部出现渗水时的水压再减去0.1MPa，η为混凝土实际所受的持载状态应力比，ω为纤维混凝土的纤维掺量。需要说明的是，公式拟合过程中的所有量都是去量纲化的，而在去量纲化之前，原始抗渗水压P0、应力比η及纤维掺量ω的单位分别为MPa、1及kg/m3；
7)根据公式①，进行考虑荷载作用的混凝土结构抗渗设计，根据混凝土结构所浇筑使用的混凝土类型不同，可分别进行以下抗渗设计；
如表1所示，当混凝土结构使用素混凝土浇筑时，利用如下假想数据演示设计计算过程：设工程抗渗等级要求为P8，即抗渗水压要求P＝0.8MPa、结构实际所受应力比η＝0.35及素混凝土纤维掺入量ω＝0，可计算确定素混凝土所需要的原始抗渗水压P0＝1.0MPa，即原始抗渗等级的设计要求为P10，比按现有规范设计的抗渗水压要求提高了2级。
表1
| 工程抗渗水压要求 | 应力比 | 纤维掺量 | 原始抗渗水压设计要求 |
| P8 | 0.35 | 0 | P10 |
如表2所示，当混凝土结构使用纤维混凝土浇筑时，利用如下假想数据演示设计计算过程：设工程抗渗等级要求为P8，即抗渗水压要求P＝0.8MPa、结构实际所受应力比η＝0.35及纤维混凝土对应的原始抗渗水压P0＝0.6MPa，可计算确定纤维混凝土的纤维掺量ω＝1kg/m3。
表2
| 工程抗渗水压要求 | 应力比 | 原始抗渗水压 | 纤维掺量设计要求 |
| P8 | 0.35 | P6 | 1kg/m3 |
Claims (6)
1.一种考虑荷载作用的混凝土结构抗渗定量设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取混凝土持载状态下的超声波速-应力比关系；
2)获取混凝土卸载状态下的超声波速-应力比关系；
3)获取混凝土卸载状态下的抗渗水压-应力比关系；
4)根据超声波速-应力比关系和抗渗水压-应力比关系获取抗渗水压-超声波速关系；
5)根据超声波速-应力比关系和抗渗水压-超声波速关系获取抗渗水压-应力比关系；
6)获取多组混凝土持载状态下的抗渗水压-应力比关系数据，去量纲化后拟合得到考虑荷载作用的混凝土结构抗渗设计计算公式为：
P＝f(P0,η,ω)＝P0(7.7η3-10.8η2+2.4η+0.99)(-0.05ω2+0.15ω+1)
其中，P为具有某一原始抗渗水压及纤维掺量的混凝土在一实际应力比状态下的实际抗渗水压，P0为通过普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准规定的逐级加压法测得的一组无应力状态素混凝土的抗渗水压，即原始抗渗水压，η为混凝土实际所受的持载状态应力比，ω为纤维混凝土的纤维掺量；
7)根据考虑荷载作用的混凝土结构抗渗设计计算公式进行混凝土结构的抗渗设计。
2.根据权利要求1所述的一种考虑荷载作用的混凝土结构抗渗定量设计方法，其特征在于，所述的步骤1)具体包括以下步骤：
对同一配比下的混凝土标准立方体试块，通过压力试压机，分别施加多组不同应力比水平的荷载，每组持载3分钟，并在持载状态下利用超声波仪测试混凝土超声波速，得到混凝土持载状态下的超声波速-应力比关系。
3.根据权利要求1所述的一种考虑荷载作用的混凝土结构抗渗定量设计方法，其特征在于，所述的步骤2)具体包括以下步骤：
对同一配比下的混凝土标准立方体试块，通过压力试压机，分别施加多组不同应力比水平的荷载，每组持载3分钟后卸载，卸载后利用超声波仪测试混凝土超声波速，得到混凝土卸载状态下的超声波速-应力比关系。
4.根据权利要求1所述的一种考虑荷载作用的混凝土结构抗渗定量设计方法，其特征在于，所述的步骤3)具体包括以下步骤：
对同一配比下的混凝土抗渗圆台试块，通过压力试压机，分别施加多组不同应力比水平的荷载，每组持载3分钟后卸载，卸载后利用抗渗仪按照逐级加压法测试混凝土的抗渗水压，得到混凝土卸载状态下的抗渗水压-应力比关系。
5.根据权利要求1所述的一种考虑荷载作用的混凝土结构抗渗定量设计方法，其特征在于，所述的步骤7)中的混凝土结构的抗渗设计包括以下两种类型：
当混凝土结构使用素混凝土浇筑时，根据工程抗渗水压要求、混凝土结构实际所受应力比及素混凝土纤维掺入量，可计算确定素混凝土所需要的原始抗渗水压；
当混凝土结构使用纤维混凝土浇筑时，代入工程抗渗水压要求、混凝土结构实际所受应力比及纤维混凝土对应的原始抗渗水压，可计算确定纤维混凝土的纤维掺量。
6.根据权利要求1所述的一种考虑荷载作用的混凝土结构抗渗定量设计方法，其特征在于，所述的步骤6)中的逐级加压法采用普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行操作。
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