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鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方法，包括如下步驟：波速檢測步驟：采用單面反射法、單面?zhèn)鞑シ?、雙面透過法或表面波法中的一種檢測沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度；彈性模量計算步驟：根據(jù)沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度計算鋼筋混凝土構(gòu)件的動切線彈性模量；修正步驟：對鋼筋混凝土構(gòu)件的動切線彈性模量進行修正，得到鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料的靜彈性模量。本發(fā)明的優(yōu)點在于：增加了修正步驟，修正步驟用于消除鋼筋對彈性模量檢測的影響，以獲得混凝土材料的彈性模量，從而更加準(zhǔn)確的評價土木、建筑結(jié)構(gòu)的安全性。
【專利說明】鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及土木建筑領(lǐng)域，具體涉及一種鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量 的檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是最重要的土木、建筑結(jié)構(gòu)，在社會基礎(chǔ)設(shè)施中占據(jù)舉足輕重的 地位。然而在使用過程中，不可避免地出現(xiàn)各種老化、劣化現(xiàn)象(如裂縫、混凝土強度降低 等)。同時，如果施工質(zhì)量得不到很好的保證，會加速結(jié)構(gòu)的劣化，從而造成社會經(jīng)濟的損 失。
[0003] 評價混凝土質(zhì)量的指標(biāo)有很多，但最重要的指標(biāo)是其軸心抗壓強度和彈性模量。 其中，軸心抗壓強度一般采用立方體標(biāo)準(zhǔn)試件測得，概念明確，試件的測試方法較為簡單， 目前的應(yīng)用最為廣泛?；炷敛牧系膹椥阅Ａ繘Q定了結(jié)構(gòu)的變形特性，而且也是反映混凝 土質(zhì)量、耐久性的重要指標(biāo)：可以反映材料的剛性特性，在結(jié)構(gòu)的變形計算中是重要的參 數(shù)；混凝土材料的老化往往先從彈性模量的降低開始，而新建結(jié)構(gòu)的施工不良也會在彈模 方面有所顯現(xiàn)。
[0004] 然而，對于實體混凝土結(jié)構(gòu)的彈性模量的測試并不是一件容易的事情。長期以來， 在混凝土結(jié)構(gòu)上鉆孔取芯，并進行載荷試驗是測試彈性模量的一般方法。但該方式不僅費 時費力，而且對結(jié)構(gòu)有一定的損害，因此難以大面積檢測。
[0005] 近年來，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，采用彈性波的無損檢測技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)中 得到了越來越廣泛的應(yīng)用。從理論上講，利用彈性波的波速可以推算材料的彈性模量。但 在實際的應(yīng)用中卻存在著諸多的問題，主要體現(xiàn)在： 1. 動、靜彈性模量的差異； 2. 不同測試方法得到的波速有所不同； 3. 鋼筋對測試結(jié)果的影響 其中的第1點和第2點，本領(lǐng)域技術(shù)人員做了較多的研究，也有相當(dāng)?shù)某晒?。但對于?3點，即鋼筋對彈性模量測試結(jié)果的影響及其修正方法卻未有可行的方法，嚴(yán)重阻礙了該方 法在實際工程中的應(yīng)用。
[0006] 在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋(一般包括箍筋和縱筋）與混凝土交織在一起。激發(fā)的 彈性波在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中傳播時，不可避免地同時受到鋼筋和混凝土的同時作用。由于 沖擊彈性波在鋼筋中的傳播速度快于其在混凝土中的傳播速度，據(jù)此推算的結(jié)構(gòu)的彈性模 量要大于混凝土材料的彈性模量。因此，以該結(jié)果作為混凝土材料的彈性模量來評價土木、 建筑結(jié)構(gòu)的安全性是不準(zhǔn)確的，存在安全隱患。
[0007] 同時，鋼筋的影響程度還與檢測方法有關(guān)。由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的形狀、大小千差 萬別，同時可供測試的作業(yè)面也常常受到限制，因此，常常需要采用不同的方法進行檢測。 目前，主要有單面反射法、單面?zhèn)鞑シ?、雙面透過法和表面波法四種方法。鋼筋對不同檢測 方法測試結(jié)果的影響也有所不同。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的即在于提供一種鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方 法。
[0009] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方法，包括如下步驟： 波速檢測步驟：采用單面反射法、單面?zhèn)鞑シ?、雙面透過法或表面波法中的一種檢測沖 擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度； 彈性模量計算步驟：根據(jù)沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度計算鋼筋混凝土 構(gòu)件的動切線彈性模量； 修正步驟：對鋼筋混凝土構(gòu)件的動切線彈性模量進行修正，得到鋼筋混凝土構(gòu)件中混 凝土材料的靜彈性模量。
[0010] 發(fā)明人對現(xiàn)有的鋼筋混凝土構(gòu)件的檢測方法進行研究后，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的檢測方法存 在以下問題： 1.現(xiàn)有的檢測方法得到的彈性模量為鋼筋混凝土實體構(gòu)件的彈性模量，而不是混凝土 材料的彈性模量；由于沖擊彈性波在鋼筋中的傳播速度大于其在混凝土中的傳播速度，實 際得到的彈性模量與混凝土材料的彈性模量之間存在較大差異，以該結(jié)果作為混凝土材料 的彈性模量來評價土木、建筑結(jié)構(gòu)的安全性是不準(zhǔn)確的，存在安全隱患。
[0011] 2.現(xiàn)有的檢測方法得到的彈性模量是材料在小應(yīng)變條件下的動切線彈性模量，而 非靜彈性模量，對于鋼材這樣的均質(zhì)彈性材料，動切線彈性模量與靜彈性模量非常接近，而 對于混凝土這樣的非線性材料而言，動切線彈性模量與靜彈性模量之間則有一定的差異， 具體體現(xiàn)在對應(yīng)力水平的影響不同，和對粘性的影響不同。通常，在土木、建筑結(jié)構(gòu)的安全 檢測中要求使用混凝土的靜彈性模量，采用動切線彈性模量評價土木、建筑結(jié)構(gòu)的安全性 并不準(zhǔn)確。
[0012] 基于上述新的認(rèn)識，發(fā)明人在現(xiàn)有的檢測方法的基礎(chǔ)上，增加了修正步驟。修正步 驟一方面用于消除鋼筋對彈性模量檢測的影響，以獲得混凝土材料的彈性模量，另一方面 用于消除動切線彈性模量與靜彈性模量之間的差異，以獲得混凝土材料的彈性模量。
[0013] 進一步的，如在所述波速檢測步驟中，采用單面?zhèn)鞑シɑ螂p面透過法檢測沖擊彈 性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度，則所述修正步驟包括如下子步驟 ： 箍筋修正步驟：計算箍筋間鋼筋混凝土構(gòu)件的彈性模量，計算公式如下： 其中：

【權(quán)利要求】
1. 鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方法，其特征在于，包括如下步驟： 波速檢測步驟：采用單面反射法、單面?zhèn)鞑シā㈦p面透過法或表面波法中的一種檢測沖 擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度； 彈性模量計算步驟：根據(jù)沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度計算鋼筋混凝土 構(gòu)件的動切線彈性模量； 修正步驟：對鋼筋混凝土構(gòu)件的動切線彈性模量進行修正，得到鋼筋混凝土構(gòu)件中混 凝土材料的靜彈性模量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方法，其特征 在于： 如在所述波速檢測步驟中，采用單面?zhèn)鞑シɑ螂p面透過法檢測沖擊彈性波在鋼筋混凝 土構(gòu)件中的傳播速度，則所述修正步驟包括如下子步驟： 箍筋修正步驟：計算箍筋間鋼筋混凝土構(gòu)件的彈性模量，計算公式如下： 其中：
S/表示僅在縱向鋼筋的影響下箍筋間鋼筋混凝土構(gòu)件的彈性模量； L表示箍筋間距； 表示每層箍筋的等效厚度，為一層箍筋體積/鋼筋混凝土構(gòu)件的橫截面積； 馬表示鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的彈性模量； A表示直接通過波速得到的鋼筋混凝土構(gòu)件在小應(yīng)變條件下的動切線彈性模量； 縱筋修正步驟：計算鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料的彈性模量，計算公式如下： 其中：
A表示縱向配筋率，為縱向配筋的截面積/鋼筋混凝土構(gòu)件的截面積； 足表示鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料的彈性模量； 5/表示僅在縱向鋼筋的影響下箍筋間鋼筋混凝土構(gòu)件的彈性模量，由箍筋修正步驟 得到。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方法，其特征 在于： 如在所述波速檢測步驟中，采用單面反射法或表面波法檢測沖擊彈性波在鋼筋混凝土 構(gòu)件中的傳播速度，則所述修正步驟包括如下子步驟： 計算綜合配筋率p/，計算公式如下： p/ =鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的總體積/鋼筋混凝土構(gòu)件的總體積； 計算鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料的彈性模量民，計算公式如下： 其中：
尾表示鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的彈性模量； 馬表示直接通過波速得到的鋼筋混凝土構(gòu)件在小應(yīng)變條件下的彈性模量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3中任意一項所述的鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢 測方法，其特征在于： 所述波速檢測步驟包括如下子步驟： 對鋼筋混凝土構(gòu)件進行單面反射法、單面?zhèn)鞑シā㈦p面透過法或表面波法檢測，記錄沖 擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中傳播的波形曲線，波形曲線的X軸為時間軸，波形曲線的Y軸 為振幅軸； 在波形曲線起始位置的上升段選取3個以上的點，利用選取的點進行線性或者正弦回 歸，得到回歸直線或回歸曲線，回歸直線或者回歸曲線與時間軸的交點為沖擊彈性波的到 達時刻； 根據(jù)沖擊彈性波的到達時刻計算沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方法，其特征 在于： 如在所述波速檢測步驟中，采用單面反射法檢測沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳 播速度，則所述彈性模量計算步驟中，鋼筋混凝土構(gòu)件在小應(yīng)變條件下的彈性模量馬的計 算公式如下：
其中； ^表示沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度； A表示直接通過波速得到的鋼筋混凝土構(gòu)件在小應(yīng)變條件下的彈性模量； P表示鋼筋混凝土構(gòu)件的密度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方法，其特征 在于： 如在所述波速檢測步驟中，采用單面?zhèn)鞑シz測沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳 播速度，則所述彈性模量計算步驟中，鋼筋混凝土構(gòu)件在小應(yīng)變條件下的彈性模量馬的計 算公式如下：
其中： ^表示沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度； A表示直接通過波速得到的鋼筋混凝土構(gòu)件在小應(yīng)變條件下的彈性模量； P表示鋼筋混凝土構(gòu)件的密度； #表示泊松比。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方法，其特征 在于： 如在所述波速檢測步驟中，采用雙面透過法檢測沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳 播速度，則所述彈性模量計算步驟中，鋼筋混凝土構(gòu)件在小應(yīng)變條件下的彈性模量^的計 算公式如下：
其中： 4表示沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度； A表示直接通過波速得到的鋼筋混凝土構(gòu)件在小應(yīng)變條件下的彈性模量； P表示鋼筋混凝土構(gòu)件的密度； #表示泊松比。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋼筋混凝土構(gòu)件中混凝土材料彈性模量的檢測方法，其特征 在于： 如在所述波速檢測步驟中，采用表面波法檢測沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播 速度，則所述彈性模量計算步驟中，鋼筋混凝土構(gòu)件在小應(yīng)變條件下的彈性模量馬的計算 公式如下：
其中： 4表示沖擊彈性波在鋼筋混凝土構(gòu)件中的傳播速度； 馬表示直接通過波速得到的鋼筋混凝土構(gòu)件在小應(yīng)變條件下的彈性模量； P表示鋼筋混凝土構(gòu)件的密度； #表示泊松比。
【文檔編號】G01N29/07GK104345093SQ201410078642
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】吳佳曄, 吳曾煒 申請人:四川升拓檢測技術(shù)有限責(zé)任公司