CN114509191B - 一种基于开槽法测量混凝土工作应力的分步检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于开槽法测量混凝土工作应力的分步检测方法，该方法通过应变计/应变片测量开槽区域中心测点处混凝土的应变，所述开槽法的具体操作为在混凝土构件上切割横槽或方槽；所述分步检测方法通过设置合理的开槽分步距离（3~5mm），读取每一步开槽深度下的应变计/应变片读数，与数值模拟的结果相结合，利用多步优化结果反推测点处工作应力的值。本发明采用合理的分析步距和分析步数，通过开槽法测量混凝土应变释放值，解决了圆孔法孔内应变信息无法连续输出的问题，开槽深度小，操作简单，最大程度的减小测量误差，有利于大量应用于混凝土工作应力的测量。
Description
技术领域
本发明公开了一种基于开槽法测量混凝土工作应力的分步检测方法，属于结构检测领域。
背景技术
在混凝土结构的寿命期内，应力衰减、混凝土徐变、施工偏差和不均匀沉降会导致混凝土结构应力变化，内部应力的理论计算总是与实际应力相差很大，因此准确评估混凝土结构内的工作应力对于确保结构安全性和可靠性非常重要。现有混凝土结构的工作应力测量一直是一个难题，因为混凝土材料的不均匀性和随机性、应变测量技术等因素导致测量结果存在较大的离散性和误差。
应力释放法是通过对构件所测区域进行切割或钻孔，使所测区域的应力得到释放，测量应力释放前后测点处的应变变化量，经计算得到应力大小。应力释放法分为盲孔法、圆孔法和开槽法。在使用圆孔法或开槽法进行实际测量时，通常的做法是钻孔或开槽至零应力深度或应力完全释放深度，得到测点处释放应变，从而反推测点处的工作应力。但是这种方法测量得到的工作应力误差较大，分析其原因：第一，零应力深度与开槽形状、开槽间距、开槽长度等因素关系密切，在切割过程中开槽长度等因素容易发生变化，因此零应力深度也会随之变化，导致误差变大；第二，通常情况下，由于切割扰动等因素的影响，难以精确控制切割深度恰好达到零应力深度，导致误差存在。
开槽法与圆孔法相比，其优点在于可以将测点选取在槽内区域的中心位置，解决了圆孔法孔内应变信息不能连续输出的问题。圆孔法由于钻孔机器的影响，测点只能选取在圆孔外部区域，因此测量结果受测点与圆孔之间的距离影响较大，越靠近圆孔测量结果越精准，但同时会受切割扰动影响。
本发明提出了一种分步测量方法。设置合理的开槽分步距离，通过测量每一步开槽深度下的应力释放值，与数值模拟的结果相结合，利用多步优化结果反推测点处工作应力的值。分步检测方法与常规检测方法最大的区别在于不需要时刻关注应力完全释放深度的变化，而是可以采用合理的分析步距和分析步数，有效的结合数值模拟结果，最大程度的减小误差。
王柏生等在浙江大学学报上发表的《开槽法测试混凝土工作应力的试验研究》一文中指出，当开槽间距为150mm时，理论上开槽深度要达到55mm时中心测点的应力才能得到完全释放。因此采用常规方法进行混凝土工作应力的测量时，开槽深度大于55mm时测点处应力才能得到完全释放。所需开槽深度远远超过混凝土构件保护层厚度20mm～35mm，不光会损伤结构内部钢筋，还会受到切割扰动等影响导致结果误差较大。本文提出的分步测量方法，将多步测量结果与数值模拟结合起来，最大程度的减小了测量误差。
发明内容
针对上述技术问题，本发明运用应力释放的原理提出一种分步检测方法，在检测过程中，通过采用合理的分析步距和分析步数，结合数值模拟结果，开槽深度较小，开槽难度较小，操作简单，测量精准。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于开槽法测量混凝土工作应力的分步检测方法，包括：
S1：在混凝土构件表面标记开槽区域，将应变计\片安装在开槽区域中心测点处，并将应变计/应变片读数归零；
S2：设定开槽分步距离，根据标记切割开槽，开槽深度为选取的分步距离；
S3：切割完成后读取应变计/应变片读数；
S4：重复执行S2及S3共n次直至开槽完成；
S5：通过如下公式计算混凝土工作应力：
式中，σ表示工作应力；E表示弹性模量；n表示测量步数；αn表示数值模拟中第n步的应力释放率，其中α0＝0；εn表示实际测量中第n步的应变测量值其中ε0＝0。
进一步的，开槽长度L为50～250mm，开槽间距H为50～250mm,且开槽长度L大于等于开槽间距H。
进一步的，分步距离为3～5mm。
进一步的，n的取值范围为6～10。
进一步的，应变计/应变片通过胶粘的方法安装在开槽区域中心测点上位于上、下水平槽之间。
有益效果：
本发明提出了一种分步检测方法，设置合理的开槽分步距离，通过测量每一步开槽深度下的应力释放值，与数值模拟的结果相结合，利用多步优化结果反推测点处工作应力的值。分步检测方法不需要时刻关注应力完全释放深度的变化，而是可以采用合理的分析步距和分析步数，有效的结合数值模拟结果，最大程度的减小误差。
本方法用于混凝土构件工作应力的测量,采用常用的应变计/应变片，通过胶粘的方法安装在开槽区域中心测点处，解决了圆孔法孔内应变信息无法连续输出的问题，中心测点应力变化更灵敏和准确，受切割扰动等因素影响小。根据测量位置灵活选择开槽形状、开槽长度以及开槽间距，该方法应用于工程检测领域，开槽深度浅、操作简单、结果准确、适用范围广。
附图说明
图1为本发明开槽法测量混凝土工作应力的示意图；
其中，(a)为横槽示意图；(b)为方槽示意图。
具体实施方式
本发明方法中可以根据测量位置以及其他因素灵活选择开槽形状、开槽长度以及开槽间距；
所述检测方法采用工程领域常见的应变计/应变片，在本实施例中采用应变片，通过胶粘的方法安装在开槽区域中心测点上位于上、下水平槽之间。
本实施例中，作为优选，采用5mm规格的混凝土应变片，粘贴在上、下水平槽之间的中心测点上。
本实施例中，开槽形状选取横槽，开槽长度L选取100mm，开槽间距H选取100mm。
本实施例中，开槽分步距离选取5mm，分析步数选取6步，由数值模拟得到开槽深度从0mm开始到30mm每步深度(5mm)下的应力释放率α0、α1、α2、α3…α6(α0＝0)。同时，在构件上采用相同开槽形状从0mm开始切割，得到每步深度(5mm)下测点处的应变测量值ε0、ε1、ε2、ε3…ε6(ε0＝0)。
作为本实施例的优选方案，所述横槽即上、下水平槽在切割过程中由于混凝土切割机圆形锯片的影响无法准确切割100mm长度的水平槽，由数值模拟的结果可以得到，只需要在切割时保证开槽长度L大于等于开槽间距H，所得结果受开槽长度微小变化导致的误差较小，测量结果精准。
本实施例中，本发明所述基于开槽法测量混凝土工作应力的分步检测方法，包括以下步骤：
S1.对开槽区域进行标记，将应变片安装在开槽区域中心测点之上；
在本步骤中，将应变片读数归零，稳定后记录读数。
S2.根据标记进行切割开槽，开槽深度为选取的分步距离(5mm)；
S3.开槽结束，待应变片读数稳定后记录；
S4.重复S3、S4,进行下一步切割开槽，记录每一步开槽深度下的应变片读数，共切割记录6步；
S5.针对选取的开槽形状、开槽长度以及开槽间距，通过有限元软件用数值模拟的方法得到每步开槽深度下测点处的应力释放率。再结合应变片读数和弹性模量就可计算得到构件的工作应力，计算公式如下：
式中，σ表示工作应力；E表示弹性模量；n表示测量步数；αn表示数值模拟中第n步的应力释放率(α0＝0)；εn表示实际测量中第n步的应变测量值(ε0＝0)。
本方法解决了圆孔法孔内应变信息无法连续输出的问题，并将测量结果与数值模拟的结果相结合，利用多步优化结果反推测点处工作应力的值，灵活选取开槽形状、开槽长度以及开槽间距，安装方便、适用范围广并且测量精准，有利于大量应用于工程检测领域。
Claims (5)
1.一种基于开槽法测量混凝土工作应力的分步检测方法，其特征在于，包括：
S1：在混凝土构件表面标记开槽区域，将应变计/应变片安装在开槽区域中心测点处，并将应变计/应变片读数归零；
S2：设定开槽分步距离，根据标记切割开槽，开槽深度为选取的分步距离；
S3：切割完成后读取应变计/应变片读数；
S4：重复执行S2及S3共n次直至开槽完成；
S5：通过如下公式计算混凝土工作应力：
式中，σ表示工作应力；E表示弹性模量；n表示测量步数；αn表示数值模拟中第n步的应力释放率，其中α0＝0；εn表示实际测量中第n步的应变测量值其中ε0＝0；
开槽长度L为50～250mm，开槽间距H为50～250mm，且开槽长度L大于等于开槽间距H。
2.根据权利要求1所述的一种基于开槽法测量混凝土工作应力的分步检测方法，其特征在于，分步距离为3～5mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于开槽法测量混凝土工作应力的分步检测方法，其特征在于，n的取值范围为6～10。
4.根据权利要求1所述的一种基于开槽法测量混凝土工作应力的分步检测方法，其特征在于，应变计/应变片通过胶粘的方法安装在开槽区域中心测点上位于上、下水平槽之间。
5.根据权利要求1所述的一种基于开槽法测量混凝土工作应力的分步检测方法，其特征在于，所述应变计为5mm规格的振弦式应变计，所述应变片为5mm规格的混凝土应变片。
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| CN104729870A (zh) * | 2015-04-02 | 2015-06-24 | 天津市市政工程研究院 | 一种混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法 |
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