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平肖公式规律算法:原位劈裂法檢測混凝土抗拉與抗壓強度技術的探討

時間:2019-05-08    作者:朱躍武     

平特公式规律论坛 www.dpijk.icu 引言

  混凝土抗拉強度與抗壓強度是混凝土結構中兩項重要的技術指標,是設計、施工、驗收、使用的重要依據,目前檢測混凝土抗壓強度的技術比較成熟,試驗方法分試驗室(制作同條件標準試塊或鉆取芯樣的抗壓試驗)和原位檢測技術(如回彈法、超聲回彈綜合法、后裝拔出法、拉脫法等),而檢測抗拉強度的技術只有在試驗室通過制作同條件標準試塊或鉆取芯樣在壓力機上通過劈裂抗拉試驗完成,目前沒有原位檢測混凝土抗拉強度的技術手段,為此我們提出研究原位劈裂試驗方法可用于檢測混凝土抗拉強度和抗壓強度,即利用原位劈裂測得的內應力與試驗室的同條件劈裂抗拉試驗應力值建立擬合曲線,在已有檢測技術的基礎上建立一套可在原位檢測混凝土抗拉強度又可檢測混凝土抗壓強度的綜合技術,即一次采集數據可完成兩個參數的推算。

  1 試驗方法與數據分析

  研究抗拉檢測技術,依據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T 50081規定采用標準立方體試件或圓試件進行劈裂試驗作為抗拉標準值,作為數據溯源的基本依據。仿照規程中的試驗方法,擬在結構上鉆制一個小芯樣,通過在原位進行劈裂的方法,采集芯樣徑向方向的劈裂強度,研究原位劈裂抗拉強度與標準試件的劈裂抗拉強度之間的差異和規律,確定一種既可以檢測混凝土抗拉強度也可以檢測混凝土抗壓強度的檢測技術。

  制作不同強度等級的標準立方體試件,每個強度等級共三組,一組進行原位劈裂試驗,一組進行抗壓試驗,一組進行立方體試件劈裂試驗,原位劈裂是在混凝土結構上鉆制直徑Ф44mm,深度44mm混凝土試件,利用原位劈裂試驗裝置將在試件的深度25mm的徑向位置將其劈斷,采集劈裂時的最大峰值劈裂力,用劈裂力除以被劈裂位置的截面積,得到表1第二欄的原位劈裂強度,立方體試件的劈裂強度按照規范GB/T 50081規定進行試驗,其劈裂標準值的計算按公式:fct=2F/πA=0.637F/A計算,立方體試件的劈裂抗壓強度標準值見表1第三欄,同樣對另一組進行抗壓試驗,確定試驗結果的混凝土抗壓強度,見表1第四欄。要求用原位采集劈裂強度與立方體試件劈裂強度進行對比,同時用原位劈裂強度與混凝土抗壓強度、原位劈裂強度與立方體試塊劈裂強度標準值的建立相關關系,研究一種可在原位檢測混凝土抗拉與抗壓強度方法。

  原位劈裂裝置由左右劈裂頭組成,劈裂頭在深入混凝土圓芯試件25mm的位置設有兩個對稱的弧形凸頭,用于施加劈裂力,圖1反映了建立原位劈裂與混凝土抗拉與抗壓之間擬合分析的過程。

圖1 建立原位劈裂和試塊劈裂、試塊抗壓的擬合關系

  首先對齡期超過360天,八種強度等級的立方體試件,采用三種不同試驗方法進行試驗,試驗結果如表1所示。

  表1 試驗結果

  從表1中的原位劈裂強度與立方體劈裂強度值進行對比發現,原位劈裂抗拉強度值大于立方體試件劈裂強度值,規范中的圓芯樣劈裂強度是對芯樣試件軸線的位置施加一對劈裂荷載,而原位劈裂是在芯樣的徑向位置施加一對劈裂荷載,為此如果按照規程的修正方法乘以一個0.637的修正系數,其原位劈裂強度的修正值將低于立方體試件劈裂強度,為了找出兩種不同條件下,測試結果之間的規律及相關性,分別采用比值修正系數法、增量修正法以及兩種測試結果的擬合曲線法。現分別介紹如下:

  1.1比值修正系數法、增量修正法

  分別求出8組試驗數據的增量值和比值,求出它們的平均值,比值修正系數和增量系數如表2所示。

  表2 比值修正系數和增量系數(MPa)

  其中增量修正系數為-1.29,比值修正系數為0.8,與規程GB/T 50081給出的0.637,修正系數要大,說明徑向和軸向劈裂存在一定差異,通過對原位劈裂強度分別進行增量和比值修正后的結果如表3所示。

  表3 增量和比值修正后的結果(MPa)


  根據每組修正量值計算得到修正后的劈裂抗拉強度,在計算后得到平均相對誤差均為δ為6.5和7.4,平均標準差е為5.7和6.3,結果表明比值法修正的誤差比增量法稍大。

  1.2原位劈裂與立方體試件劈裂的強度擬合曲線法

  原位劈裂強度與立方體試件劈裂強度均來自同一批的混凝土試件,具有內在的聯系,為了確定他們之間的相關性,通過回歸分析確定他們的相關系數和平均相對誤差和平均標準差,最終研究確定合適的擬合曲線,原位劈裂強度與立方體試快劈裂強度的擬合曲線匯總和參數估計值如表4。

  表4 原位劈裂強度與立方體試塊劈裂強度的擬合曲線匯總和參數估計值

  因變量: 試件劈裂


  自變量為 原位劈裂。

  原位劈裂強度與標準立方體試件的劈裂強度擬合曲線散點圖見圖2所示。

圖2 原位劈裂強度與標準立方體試件的劈裂強度擬合曲線

  通過回歸分析,其中擬合曲線中直線方程的相關系數為0.95,顯著性水平F為50.590,比其他擬合曲線的相關性和顯著性要好,因此原位劈裂強度與立方體試件的劈裂強度具有線性關系,誤差分析結果見表5。

  表5 誤差分析結果 (MPa)

  表4誤差分析結果表明,采用直線方程進行擬合分析,其相對平均誤差為δ=6.9%,平均標準差為е=3.2%,比表3中增量修正和比值修正的誤差明顯改善,具有較好的應用價值。

  1.3原位劈裂與立方體試件抗壓強度的擬合曲線

  試驗表明原位劈裂強度與立方體試件的劈裂強度具有較好的相關性,而原位劈裂強度與混凝土抗壓強度是否相關?是否顯著?通過分析發現原位劈裂強度與立方體試件也具有較好的相關性和顯著性,其原位劈裂與立方體試件抗壓強度的擬合曲線和參數估計值見表6。

  表6 原位劈裂與立方體試件抗壓強度的擬合曲線和參數估計值

  因變量: 試件抗壓


  自變量為 原位劈裂。

  原位劈裂強度與標準立方體試件的抗壓強度擬合曲線見圖3所示。

圖3 原位劈裂擬合曲線

  通過比較相關系數和顯著性檢驗F值,綜合考慮后選擇直線方程作為原位劈裂法檢測混凝土抗壓強度換算曲線。其相對誤差和標準差如表6所示。

  表6 相對誤差和標準差 (MPa)

  通過表4的分析結果發現,采用直線方程的換算值進行方差分析,其方差值小于相關規范《回彈法檢測混凝土抗壓強度技術規程》JGJ/T 23規定的平均相對誤差δ15%和平均標注差е18%的規定。因此采用劈裂強度換算混凝土抗壓強度是一種可行的方法。

  2 結論

  1)采用原位劈裂法檢測混凝土抗拉強度的技術可填補檢測領域在原位檢測混凝土抗拉強度技術領域的空白。

  2)劈裂法檢測混凝土抗拉強度具有簡單、可靠、對結構損傷小的優點,采用直線方程曲線,其相關系數和顯著性指標優于其他曲線,誤差分析表明,其相對誤差和標準差均小于增量修正法和比值修正法,即原位劈裂檢測首選直線方程作為推薦曲線。

  3)采用原位劈裂法不但可以檢測混凝土劈裂抗拉強度,也可以檢測混凝土抗壓強度,一次采集的原位劈裂參數可以分別推算混凝土抗壓強度和劈裂抗拉強度,是一種綜合檢測技術。

  4)由于原位劈裂法的試驗數據有限,更深入的研究還需要更多的試驗數據,相信此法是一種非常有效的檢測技術,必將受到用戶的認可和歡迎。

  參考文獻

  [1] 中國建筑科學研究院.普通混凝土力學性能試驗方法標準:GB/T 50081-2016[S].北京:中國建筑工業出版社,2016.

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