一種基于成熟度的混凝土結(jié)構(gòu)開裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于建筑業(yè)、土木工程、水利工程領(lǐng)域，尤其涉及到一種成熟度的混凝土結(jié) 構(gòu)開裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 混凝土裂縫具有降低結(jié)構(gòu)耐久性、削弱結(jié)構(gòu)承載力、造成結(jié)構(gòu)漏水等危害，控制混 凝土裂縫是工程領(lǐng)域的一個(gè)難題，通過有限元計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)的開裂風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估是預(yù)防裂縫 出現(xiàn)一種很好的輔助措施。但是進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)，一般只考慮時(shí)間對(duì)混凝土水化反應(yīng)、強(qiáng) 度增長(zhǎng)和收縮的影響，很少考慮到溫度對(duì)其影響。實(shí)際上，混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)的過程是一個(gè)化 學(xué)反應(yīng)過程，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)越迅速，強(qiáng)度增長(zhǎng)越快，因此通過有限元計(jì)算對(duì)結(jié)構(gòu)的開 裂風(fēng)險(xiǎn)有必要考慮溫度的影響?；炷脸墒於仁强紤]溫度影響后的等效齡期，是將不同溫 度下混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間等效為同一參考溫度下的水化時(shí)間，進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)用成熟度代替 單純的時(shí)間必將大大提高計(jì)算的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)目前進(jìn)行混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有限元計(jì)算時(shí)無 法考慮溫度影響，準(zhǔn)確性低的問題，提供一種基于成熟度的混凝土結(jié)構(gòu)開裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種基于成熟度的混凝土結(jié)構(gòu)開裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，包括以下步驟：
[0006] 1)按照規(guī)范要求成型多組試件，測(cè)試試塊不同養(yǎng)護(hù)溫度不同齡期對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng) 度、靜力受壓彈性模量、抗折強(qiáng)度以及收縮率，依據(jù)規(guī)范處理數(shù)據(jù)，得到對(duì)應(yīng)的抗壓強(qiáng)度、靜 力受壓彈性模量、抗拉強(qiáng)度和收縮率；
[0007] 2)根據(jù)成熟度計(jì)算公式計(jì)算不同養(yǎng)護(hù)溫度不同測(cè)試齡期對(duì)應(yīng)的成熟度，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行處理，得到成熟度與抗壓強(qiáng)度、靜力受壓彈性模量、抗拉強(qiáng)度和收縮率之間關(guān)系式；
[0008] 3)按照規(guī)范要求，測(cè)定混凝土絕熱溫升曲線，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到混凝土成熟度 與絕熱溫升關(guān)系式；
[0009] 4)建立混凝土熱分析有限元模型，設(shè)定邊界條件和材料屬性，根據(jù)每個(gè)計(jì)算時(shí)間 段起始單元的溫度、時(shí)間段長(zhǎng)度和前一時(shí)間段成熟度，計(jì)算該單元對(duì)應(yīng)的成熟度，代入成熟 度與溫升關(guān)系式，得到該時(shí)間段內(nèi)放熱量，進(jìn)行有限元計(jì)算，得到該時(shí)間段結(jié)束時(shí)的溫度， 該溫度作為下一時(shí)間段起始溫度，不斷的遞推計(jì)算直到達(dá)到了預(yù)定的時(shí)間點(diǎn)，導(dǎo)出每個(gè)時(shí) 間點(diǎn)的每個(gè)單元、每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的成熟度和每個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度；
[0010] 5)建立混凝土力學(xué)分析有限元模型，設(shè)定邊界條件，導(dǎo)入每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的每個(gè)單元、 每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的成熟度和溫度，根據(jù)成熟度與靜力受壓彈性模量關(guān)系式，求出每個(gè)單元每 個(gè)時(shí)間點(diǎn)的靜力受壓彈性模量，定義每個(gè)單元每個(gè)時(shí)刻的材料屬性，根據(jù)成熟度與收縮的 關(guān)系式，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的收縮量，折算成當(dāng)量溫度，結(jié)合該節(jié)點(diǎn)該時(shí)間段初始 時(shí)刻和結(jié)束時(shí)刻溫度，得到該時(shí)間段內(nèi)綜合溫度變化，作為溫度荷載，加載在有限元模型 上，有限元計(jì)算得到該時(shí)間段內(nèi)應(yīng)力變化值時(shí)，將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力變化值導(dǎo)出；
[0011] 6)導(dǎo)入步驟4)和步驟5)的有限元計(jì)算結(jié)果，根據(jù)規(guī)范給出的應(yīng)力松弛系數(shù)以及 時(shí)間應(yīng)力計(jì)算公式，數(shù)據(jù)處理后得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)每個(gè)時(shí)刻對(duì)應(yīng)的第一主應(yīng)力，根據(jù)成熟度與 抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度關(guān)系式，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)各個(gè)時(shí)刻的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，與其第一主應(yīng) 力相除，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)安全系數(shù)，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)安全系數(shù)小于安全系數(shù)容許值時(shí)，認(rèn)為結(jié)構(gòu)存 在開裂風(fēng)險(xiǎn)。
[0012] 優(yōu)選地，在步驟1)中試塊抗壓強(qiáng)度、靜力受壓彈性模量、抗折強(qiáng)度試塊測(cè)試均按 照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》GB50081要求進(jìn)行，試塊收縮測(cè)試按照《普通混凝土長(zhǎng) 期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》GB/T50082要求進(jìn)行，試塊數(shù)量、養(yǎng)護(hù)溫度以及測(cè)試的齡期按 照結(jié)構(gòu)的重要等級(jí)、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、預(yù)估混凝土最高溫升因素確定。
[0013] 優(yōu)選地，在步驟2)中采用的成熟度計(jì)算公式：
[0014]
[0015] 式中，teq為等效齡期；R為空氣常量，取8. 314 ;UaT和Uv分別為溫度T和參考溫度 20 °C時(shí)的水泥水化反應(yīng)表觀活化能。
[0016] 優(yōu)選地，在步驟2)中成熟度與抗壓強(qiáng)度、靜力受壓彈性模量、抗折強(qiáng)度關(guān)系式（成 熟度-強(qiáng)度計(jì)算公式）如下：
[0017]
[0018] 式中，X(teq)為混凝土在等效齡期為時(shí)的力學(xué)性能（抗壓強(qiáng)度、靜力受壓彈性 模量、抗折強(qiáng)度）；x inf為混凝土的最終力學(xué)性能，即當(dāng)t - t "時(shí)的力學(xué)性能，Xinf、K、t。為待 定參數(shù)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)線形回歸得到。
[0019] 優(yōu)選地，在步驟2)中成熟度與收縮率之間的關(guān)系式（成熟度-收縮計(jì)算公式）如 下：
[0020]
[0021] 式中，ε (teq)為teq時(shí)刻混凝土的收縮率，ε。為混凝土最終的收縮率，teq為成熟 度，α為收縮發(fā)展系數(shù)。
[0022] 優(yōu)選地，在步驟3)中，混凝土絕熱溫升測(cè)定依據(jù)《混凝土熱物理參數(shù)測(cè)定儀》JG/T 329-2011，混凝土成熟度與絕熱溫升關(guān)系式（成熟度-絕熱溫升計(jì)算公式）如下：
[0023]
[0024] 式中，T (teq)為寸刻混凝土的溫度，T。為混凝土絕熱最高溫升，t 為成熟度， tk、β為絕熱溫升試驗(yàn)曲線形狀參數(shù)。
[0025] 優(yōu)選地，在步驟5)中成熟度與收縮率的關(guān)系式（收縮折算成溫度降低的計(jì)算公 式）如下：
[0026] ATi= AtJa
[0027] 式中，ΔΤΛ i時(shí)間段內(nèi)收縮折算的溫度降低值，Δ ε i為i時(shí)間段內(nèi)混凝土收縮 率，α為混凝土的膨脹系數(shù)。
[0028] 優(yōu)選地，在步驟6)中時(shí)間應(yīng)力計(jì)算公式如下：
[0029]
[0030] 式中，〇為i時(shí)間段內(nèi)混凝土的應(yīng)力，Δ σ』為j時(shí)間段內(nèi)混凝土應(yīng)力增加量，H ^ 為j時(shí)間段加載到i時(shí)間段的應(yīng)力松弛系數(shù)。
[0031] 優(yōu)選地，在步驟6)中安全系數(shù)容許值根據(jù)結(jié)構(gòu)的等級(jí)和對(duì)裂縫的敏感程度因素 取值。
[0032] 與現(xiàn)有的開裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果：
[0033] 1、本發(fā)明綜合考慮時(shí)間和溫度對(duì)混凝土水化熱反應(yīng)、強(qiáng)度增長(zhǎng)以及收縮的影響， 比單純考慮時(shí)間的影響，計(jì)算精度更尚；
[0034] 2、參數(shù)選取更加靈活，本發(fā)明中很多參數(shù)的選擇和確定可以根據(jù)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行選 擇，充分考慮到不同結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0035] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例方法和傳統(tǒng)方法評(píng)估的安全系數(shù)的對(duì)比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0037] 本發(fā)明所述的基于成熟度的混凝土結(jié)構(gòu)開裂風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，包括以下步驟：
[0038] -、根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要等級(jí)、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、預(yù)估混凝土最高溫升等因素確定試塊數(shù) 量、養(yǎng)護(hù)溫度以及測(cè)試的齡期，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》GB50081-2002要求成 型抗壓強(qiáng)度、靜力受壓彈性模量、抗折強(qiáng)度性能測(cè)試需要的試塊，進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試 按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》GB/T50082-2009成型收縮測(cè)試需要的試 塊并測(cè)試其收縮；
[0039] 二、按照《混凝土熱物理參數(shù)測(cè)定儀》JG/T 329-2011進(jìn)行混凝土絕熱溫升測(cè)試； [0040] 三、根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算不同養(yǎng)護(hù)溫度不同測(cè)試齡期對(duì)應(yīng)的成熟度，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線 形回歸，得到成熟度與抗壓強(qiáng)度、靜力受壓彈性模量、抗折強(qiáng)度、收縮、絕熱溫升之間的關(guān)系 式；
[0041] 四、建立混凝土熱分析有限元模型，設(shè)定邊界條件和材料屬性，根據(jù)每個(gè)計(jì)算時(shí)間 段起始單元的溫度、時(shí)間段長(zhǎng)度和前一時(shí)間段成熟度，計(jì)算該單元對(duì)應(yīng)的成熟度，代入成熟 度與溫升關(guān)系式，得到該時(shí)間段內(nèi)放熱量，進(jìn)行有限元計(jì)算，得到該時(shí)間段結(jié)束時(shí)的溫度， 該溫度作為下一時(shí)間段起始溫度，不斷