CN113916408A - 一种测量混凝土结构内部应力的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种测量混凝土结构内部应力的方法，其检测弹性模量：采用与混凝土构件相同配比的混凝土制作第一混凝土试件，测量第一混凝土试件不同龄期的抗拉弹性模量E（t）；检测应变差异：检测第一振弦式应变计与不同龄期的混凝土构件之间的差异应变ε差（t）；检测混凝土构件的综合应变：测量混凝土构件各点的综合应变ε综（t）；混凝土构件内部应力检测：将测得的综合应变ε综（t）剔除第一振弦式应变计与混凝土热膨胀系数差别带来的差异应变ε差（t），然后结合不同龄期下混凝土构件的抗拉弹性模量E（t），得到不同龄期时混凝土构件的内部应力。本申请能够有效的减小混凝土构件内部应力检测的误差。

Description

一种测量混凝土结构内部应力的方法
技术领域
本申请涉及工程检测方法的领域，尤其是涉及一种测量混凝土结构内部应力的方法。
背景技术
混凝土构件由于混凝土水化热、自身体积变形、收缩徐变及受外界环境温度变化的影响，混凝土构件会发生膨胀与收缩，混凝土构件的变形受到周围的构件，如剪力墙或混凝土柱的约束，不能自由发生应变而在混凝土构件中产生应力。当混凝土构件内的应力大于混凝土构件的抗拉强度时，混凝土构件就将出现裂缝。因此在施工前以及施工后需要检测混凝土构件内部的应力，反应混凝土构件内部的情况。
在检测混凝土构件内部应力时，可以通过一些计算公式来计算顶板由于自身及外界影响变形受到约束而产生的的应力大小，但计算结果一般与现场实际不尽相符，需要结合现场实时监测，读取混凝土构件的相关实时数据，同时剔除误差，进一步真实反映出实际混凝土构件中的情况。
目前测量混凝土构件的变形一般使用埋入振弦式应变计，振弦式应变计读取的数值，在混凝土构件温度没有变化的情况下，该数值对应为混凝土构件应变大小。
但在测量混凝土构件中应力时，由于混凝土水化热温度实时变化，振弦式应变计测量得到的应变实际为混凝土实际应变与其他修正变形的叠加，例如振弦式应变计自身随温度变化产生的不同应变，与混凝土构件实际的应变存在一定的差异，导致混凝土构件内部的应力检测存在一定的误差。
发明内容
为了减小混凝土构件内部应力检测的误差，本申请提供一种测量混凝土结构内部应力的方法。
本申请提供的一种测量混凝土结构内部应力的方法，采用如下的技术方案：
一种测量混凝土结构内部应力的方法，包括以下步骤：
检测弹性模量：采用与混凝土构件相同配比的混凝土制作第一混凝土试件，通过非金属超声检测仪进行超声波试验，测量第一混凝土试件不同龄期的抗拉弹性模量E（t）；
检测应变差异：选取第一振弦式应变计，并制作多个第二混凝土试件，将第一振弦式应变计埋入第二混凝土试件中，结合混凝土构件芯部的温度变化，检测第一振弦式应变计与不同龄期的混凝土构件之间的差异应变ε差（t）；
检测混凝土构件的综合应变：选取多个第二振弦式应变计并分别埋入混凝土构件的不同位置，测量混凝土构件各点由于混凝土水化反应及自身体积变形而产生的综合应变ε综（t）；
混凝土构件内部应力检测：将测得的综合应变ε综（t）剔除第一振弦式应变计与混凝土热膨胀系数差别带来的差异应变ε差（t），然后结合不同龄期下混凝土构件的抗拉弹性模量E（t），根据虎克定律σ=Eε得到不同龄期时混凝土构件的内部应力。
通过采用上述技术方案，能够通过检测混凝土不同龄期的弹性模量，然后通过检测不同龄期时振弦式应变计的差异应变，计算出混凝土构件实际的应变，再结合不同龄期的弹性模量，能够有效的减小振弦式应变计自身应变产生的误差，从而减小检测混凝土构件时的误差。
可选的，检测弹性模量具体步骤如下：
第一混凝土试件制作有多个，将第一混凝土试件放置于现场做同条件养护；
针对所述试件，利用非金属超声检测仪读取第一混凝土试件不同龄期的平均波速值，从而得出混凝土不同龄期的抗拉弹性模量E（t）。
通过采用上述技术方案，将第一混凝土试件采用现场相同条件养护，能够有效的减小第一混凝土试件与混凝土构件实际固化时结构的应变以及结构的变化的差异，从而使得第一混凝土试件与混凝土构件不同龄期的弹性模量接近，从而有效的缩减应力检测的误差。
可选的，所述第一混凝土试件的规格为550*100*100mm。
可选的，检测应变差异具体步骤如下：
将第二混凝土试件放入恒温水箱，根据不同龄期混凝土构件中第二振弦式应变计测量的芯部的温度，对应的控制恒温水箱内温度与混凝土构件芯部的温度一致；
保持第二混凝土试件在恒温水箱中随温度的变化不受约束自由变形，针对不同龄期时，读取第二混凝土试件中第一振弦式应变计的数值，从而得到第一振弦式应变计与不同龄期的混凝土构件之间的差异应变ε差（t）。
通过采用上述技术方案，恒温水箱能够结合混凝土构件内部的第二振弦式应变计检测混凝土构件芯部的温度，使得恒温水箱内养护第二混凝土外部养护的温度与芯部的温度一致，从而减小因内外部温度不一致，导致第二混凝土因温度导致的应变，并通过使得第二混凝土试件保持不受约束的状态，能够使得第二混凝土试件内第一振弦式应变计的应变为差异应变，即第一振弦式应变计在不同温度下自身的应变，从而能够在计算混凝土实际应变时，能够相对更加精确的检测到混凝土构件不同龄期时的应变，从而进一步优化混凝土构件内部应力的检测。
可选的，第二混凝土试件的规格为100*100*300mm。
可选的，恒温水箱的底部设置滑槽，滑槽内部放置多个滚珠，多个滚珠上放置至少两个滑车，将第二混凝土试件放置于多个滑车上方处于无约束自由变形的状态。
通过采用上述技术方案，在第二混凝土试件发生应变时，滑车能够通过滚珠沿滑槽滑动，使得第二混凝土试件保持不受约束的状态。
可选的，检测混凝土构件的综合应变具体步骤如下：混凝土构件内的第二振弦式应变计设置有十个，并分别编号为①~⑩；
其中①~⑩号第二振弦式应变计均固定在混凝土构件厚度方向的中间位置处；同时第二振弦式应变计呈水平布置。
通过采用上述技术方案，十个第二振弦式应变计设置于混凝土构件厚度方向的中间位置，且十个第二振弦式应变计呈水平布置，能够有效的检测混凝土构件不同位置的应变。
可选的，①~⑩号第二振弦式应变计分为四组，四组分别设置有1、2、3、4个第二振弦式应变计，其中设置有一个的一组第二振弦式应变计位于混凝土构件的中心位置，并且四组第二振弦式应变计自混凝土构件的中心至边沿分布，并且不同组内第二振弦式应变计的数量依次增多。
通过采用上述技术方案，能够保持相对较少的第二振弦式应变计的情况下，相对较为充分的检测混凝土构件各个部位的应变。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
在检测混凝土构件内部的应力时，能够通过检测混凝土不同龄期的弹性模量，然后通过检测不同龄期时振弦式应变计的差异应变，计算出混凝土构件实际的应变，再结合不同龄期的弹性模量，能够有效的减小振弦式应变计自身应变产生的误差，从而减小检测混凝土构件时的误差。
附图说明
图1是本申请实施例的流程图。
图2是本申请实施例检测第一混凝土试件不同龄期弹性模量的检测装置。
图3是本申请实施例检测差异应变的检测装置。
图4是本申请实施例第二振弦式应变计的放置结构示意图。
图5是本申请实施例第二振弦式应变计的平面布置图。
图6是本申请实施例中抗拉弹性模量E（t）随龄期t变化曲线图。
图7是本申请实施例中差异应变ε差（t）随龄期t变化曲线图。
图8是本申请实施例中混凝土内部应力σt随时间的变化曲线图一。
图9是本申请实施例中混凝土内部应力σt随时间的变化曲线图二。
图10是本申请实施例中混凝土内部应力σt随时间的变化曲线图三。
图11是本申请实施例中混凝土内部应力σt随时间的变化曲线图四。
图12是本申请实施例中混凝土内部应力σt随时间的变化曲线图五。
附图标记说明：1、第一混凝土试件；11、非金属超声检测仪；2、第二混凝土试件；3、第一振弦式应变计；4、第二振弦式应变计；5、恒温水箱；51、滑槽；52、滚珠；53、滑车。
具体实施方式
以下结合附图1-12对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种测量混凝土结构内部应力的方法。参照图1和图2，一种测量混凝土结构内部应力的方法包括以下步骤：
检测弹性模量：采用与混凝土构件相同配比的混凝土制作第一混凝土试件1，并与施工现场的混凝土构件做相同养护，通过非金属超声检测仪11进行超声波试验，测量第一混凝土试件1不同龄期的抗拉弹性模量E（t）；
具体的步骤如下：第一混凝土试件1制作有多个，本申请实施例中设置为三个，且第一混凝土试件1的规格为550*100*100mm，将第一混凝土试件1放置于混凝土构件施工现场，并做同条件养护，以减小第一混凝土试件1与混凝土构件在固化过程中应变的差异；当然，第一混凝土试件1的规格也可以为其他，例如500*100*100mm等。
针对所述试件，利用非金属超声检测仪11读取第一混凝土试件1不同龄期的平均波速值，从而得出混凝土不同龄期的抗拉弹性模量E（t），并得到混凝土构件抗拉弹性模量E（t）随龄期t变化曲线图（见图6）。
参照3和图4，检测混凝土构件的综合应变：选取多个第二振弦式应变计4并分别埋入混凝土构件水平面的不同位置，并使得第二振弦式应变计4位于混凝土构件厚度方向的中部位置，测量混凝土构件各点由于混凝土水化反应及自身体积变形而产生的综合应变ε综（t）；
参照图5，第二振弦式应变计4在本申请实施例中设置为10个，将10个第二振弦式应变计4编号为①~⑩，并将10个第二振弦式应变计4分为四组，四组中第二振弦式应变计4的个数分别 1、2、3、4个。
优选的，①②③④号第二振弦式应变计4为第一组，⑤⑥⑦号第二振弦式应变计4为第二组，⑧⑨号第二振弦式应变计4为第三组，⑩号第二振弦式应变计4为第四组；使得第四组、第三组、第二组以及第一组的第二振弦式应变计4自混凝土构件的中心至边沿依次分布，并且第四组的第二振弦式应变计4位于混凝土构件的中心位置，从而达到通过第二振弦式应变计4检测混凝土构件芯部温度以及混凝土构件各部位在不同龄期的综合应变ε综（t）的目的。
参照图3，检测应变差异：选取第一振弦式应变计3，并制作多个第二混凝土试件2，本申请实施例中农第二混凝土试件2设置为三个，将第一振弦式应变计3埋入第二混凝土试件2中，结合第二振弦式应变计4检测混凝土构件芯部的温度变化，检测第一振弦式应变计3与不同龄期的混凝土构件之间的差异应变ε差（t），并得到差异应变ε差（t）随龄期t变化曲线图（见图7）；具体的，将其中一个第二振弦式应变计4的信号输出端电连接于恒温水箱5的温度控制箱的信号输入端，以达到恒温水箱5内的温度能够跟随混凝土构件芯部的温度做适应性变化。
具体步骤如下：将第二混凝土试件2放入恒温水箱5，根据不同龄期混凝土构件中第二振弦式应变计4测量的芯部的温度，对应的控制恒温水箱5内温度与混凝土构件芯部的温度一致；优选为第四组的第二振弦式应变计4的温度或10个第二振弦式应变计4所检测温度的平均值。
而在其他实施方式中，也可额外在混凝土构件的芯部预设振弦式应变计，并通过额外设置的振弦式应变计控制恒温水箱5内部的温度。保持第二混凝土试件2在恒温水箱5中随温度的变化不受约束自由变形，针对不同龄期时，读取第二混凝土试件2中第一振弦式应变计3的数值，从而得到第一振弦式应变计3与不同龄期的混凝土构件之间的差异应变ε差（t）。
参照图3，具体的，在恒温水箱5的底部开设多个滑槽51，多个滑槽51的延伸方向相互平行，滑槽51内部放置多个滚珠52，多个滚珠52上放置至少两个滑车53，将第二混凝土试件2放置于多个滑车53上方，使得第二混凝土试件2在应变时，能够通过滑车53带动滚珠52沿滑槽51滑移，而使得第二混凝土试件2处于无约束自由变形的状态。
混凝土构件内部应力检测：将测得的综合应变ε综（t）剔除第一振弦式应变计3与混凝土热膨胀系数差别带来的差异应变ε差（t），然后结合不同龄期下混凝土构件的抗拉弹性模量E（t），根据虎克定律σ=Eε得到不同龄期时混凝土构件的内部应力σt，并得到混凝土内部应力σt随时间的变化曲线图（见图8-图12）。
本申请实施例一种测量混凝土结构内部应力的方法的实施原理为：由于混凝土在固化过程中，芯部以及外部的温度不同，使得混凝土不同龄期的弹性模量E（t）均不同，通过非金属超声检测仪11全过程检测不同龄期时，混凝土构件的弹性模量E（t），此时，只需计算出不同龄期混凝土构件的实际应变，结合虎克定律即可得到不同龄期混凝土构件内部的实际应力；
同时由于混凝土固化时，由于温度不同，导致振弦式应变计本身的应变不同，通过将第二混凝土试件2采用在与混凝土构件芯部相同温度养护，使得第二混凝土试件2的内外部温度一致，从而使得因内外部温度差异导致的应变可以忽略不计，此时第二混凝土试件2内第一振弦式应变计3测得的应变为第一振弦式应变计3在混凝土固化过程中自身的应变；然后通过多个第二振弦式应变计4检测混凝土构件在固化过程中的应变，此时第二振弦式应变计4检测的应变为混凝土构件内载荷应变以及非载荷应变的综合值，通过综合应变ε综（t）减去差异应变ε差（t）即为混凝土构件内部的实际应变，并结合不同龄期弹性模量E（t）值，即可计算出不同时期混凝土构件内部的应力，能够有效的减小应力检测的误差。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种测量混凝土结构内部应力的方法，其特征在于：包括以下步骤：
检测弹性模量：采用与混凝土构件相同配比的混凝土制作第一混凝土试件（1），通过非金属超声检测仪（11）进行超声波试验，测量第一混凝土试件（1）不同龄期的抗拉弹性模量E（t）；
检测应变差异：选取第一振弦式应变计（3），并制作多个第二混凝土试件（2），将第一振弦式应变计（3）埋入第二混凝土试件（2）中，结合混凝土构件芯部的温度变化，检测第一振弦式应变计（3）与不同龄期的混凝土构件之间的差异应变ε差（t）；
检测混凝土构件的综合应变：选取多个第二振弦式应变计（4）并分别埋入混凝土构件的不同位置，测量混凝土构件各点由于混凝土水化反应及自身体积变形而产生的综合应变ε综（t）；
混凝土构件内部应力检测：将测得的综合应变ε综（t）剔除第一振弦式应变计（3）与混凝土热膨胀系数差别带来的差异应变ε差（t），然后结合不同龄期下混凝土构件的抗拉弹性模量E（t），根据虎克定律σ=Eε得到不同龄期时混凝土构件的内部应力。
2.根据权利要求1所述的一种测量混凝土结构内部应力的方法，其特征在于：检测弹性模量具体步骤如下：
第一混凝土试件（1）制作有多个，将第一混凝土试件（1）放置于现场做同条件养护；
针对所述试件，利用非金属超声检测仪（11）读取第一混凝土试件（1）不同龄期的平均波速值，从而得出混凝土不同龄期的抗拉弹性模量E（t）。
3.根据权利要求2所述的一种测量混凝土结构内部应力的方法，其特征在于：所述第一混凝土试件（1）的规格为550*100*100mm。
4.根据权利要求1所述的一种测量混凝土结构内部应力的方法，其特征在于：检测应变差异具体步骤如下：
将第二混凝土试件（2）放入恒温水箱（5），根据不同龄期混凝土构件中第二振弦式应变计（4）测量的芯部的温度，对应的控制恒温水箱（5）内温度与混凝土构件芯部的温度一致；
保持第二混凝土试件（2）在恒温水箱（5）中随温度的变化不受约束自由变形，针对不同龄期时，读取第二混凝土试件（2）中第一振弦式应变计（3）的数值，从而得到第一振弦式应变计（3）与不同龄期的混凝土构件之间的差异应变ε差（t）。
5.根据权利要求4所述的一种测量混凝土结构内部应力的方法，其特征在于：第二混凝土试件（2）的规格为100*100*300mm。
6.根据权利要求4所述的一种测量混凝土结构内部应力的方法，其特征在于：恒温水箱（5）的底部设置滑槽（51），滑槽（51）内部放置多个滚珠（52），多个滚珠（52）上放置至少两个滑车（53），将第二混凝土试件（2）放置于多个滑车（53）上方处于无约束自由变形的状态。
7.根据权利要求1所述的一种测量混凝土结构内部应力的方法，其特征在于：检测混凝土构件的综合应变具体步骤如下：混凝土构件内的第二振弦式应变计（4）设置有十个，并分别编号为①~⑩；
其中①~⑩号第二振弦式应变计（4）均固定在混凝土构件厚度方向的中间位置处；同时第二振弦式应变计（4）呈水平布置。
8.根据权利要求7所述的一种测量混凝土结构内部应力的方法，其特征在于：①~⑩号第二振弦式应变计（4）分为四组，四组分别设置有1、2、3、4个第二振弦式应变计（4），其中设置有一个的一组第二振弦式应变计（4）位于混凝土构件的中心位置，并且四组第二振弦式应变计（4）自混凝土构件的中心至边沿分布，并且不同组内第二振弦式应变计（4）的数量依次增多。
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