混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法与流程

1.本发明涉及土木工程中混凝土结构技术领域，更具体的说是涉及一种通过两套钢管套装结构的环向应变确定混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的方法。


背景技术：

2.混凝土结构是应用最广的工程结构形式，收缩是混凝土的基本特点，混凝土浇筑后逐渐硬化，水份发散，产生时变的收缩。混凝土收缩最终值与水泥用量、水灰比、骨料性质、养护条件、构件尺寸等多种因素有关，一般可达(300～600)
×
10-6
，商品泵送混凝土可达到(800～1000)
×
10-6
。收缩变形受到约束并形成拉应力，由于混凝土抗拉强度只有抗压强度的1/10～1/20，因此，收缩极易导致混凝土开裂，裂缝达到一定宽度影响结构美观、耐久性和安全性，尤其超长混凝土结构，混凝土收缩常常引起混凝土结构的开裂。
3.我国正处于快速发展时期，基础设施建设规模大、数量多，这些项目都会遇到超长混凝土结构收缩裂缝控制问题，由于缺少完善的混凝土收缩裂缝控制理论，每年都有大量工程出现收缩裂缝超过规范要求的问题。混凝土的收缩是随着时间逐渐增加，混凝土弹性模量也是随着时间逐渐提高，同时测得混凝土收缩应变和弹性模量随时间的变化规律，是一件非常困难的事情，需要大量的试件，在不同时间通过试验测量其弹性模量，尤其早期，混凝土强度极低，很难测量混凝土弹性模量。
4.混凝土收缩应变及其弹性模量时变规律的研究可直接用于超长混凝土结构收缩缩应变、应力计算分析，判断混凝土是否开裂；还可以建立混凝土收缩裂缝形成和开展机理，指导超长混凝土结构的收缩裂缝计算理论。研究混凝土收弹性模量随时间的变化规律，可为大型机场候机楼、会展中心、体育场馆等公共设施建设中混凝土结构裂缝控制提供理论依据，具有重要的现实意义。
5.因此，如何准确测量混凝土收缩应变、弹性模量随时间的变化规律，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明提供了一种混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法，旨在解决上述技术问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法，包括以下步骤：
9.s1、选取尺寸相同的两段外管固定在底板上；选取壁厚不同的两段内管分别同轴置于两段所述外管内部，并固定在所述底板上；所述外管和所述内管的高度均相同；
10.s2、在两段所述内管内壁上环向固定多个应变片；并将两组所述应变片通过导线连接至应变仪；
11.s3、在两组所述外管和所述内管之间的间隙中同时灌注待测的混凝土，灌注完成后在所述混凝土顶面覆盖塑料膜密封；
12.s4、测量两组所述内管在不同龄期的应变值，计算各个龄期的所述混凝土的弹性模量和混凝土收缩应变。
13.通过上述技术方案，本发明采用两组内外管结构，外管半径相同、厚度相同，内管半径相同，壁厚不同；通过同一时间两组应变值，可以计算出任何时刻的混凝土弹性模量及收缩应变值；本发明操作简单可靠，能够准确测量混凝土不同龄期的收缩应变值、弹性模量，所得数据精度高，经济适用，推广性强。
14.优选的，在上述一种混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法中，在步骤s1中，所述外管和所述内管均与所述底板做密封处理。防止混凝土从底部缝隙泄漏，导致实验产生误差。
15.优选的，在上述一种混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法中，在步骤s2中，两组所述应变片均固定在两段所述内管内壁高度的二分之一处；每组所述应变片的数量均为4个，且环向均匀布置在所述内管的内壁上。能够满足测量需求。
16.优选的，在上述一种混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法中，在步骤s3中，在灌注所述混凝土之前，预先在两段所述外管的内侧壁上覆盖一层防粘结塑料层。使混凝土收缩时可以自由收缩，与外管不发生粘结力。
17.优选的，在上述一种混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法中，在步骤s4中，进行应变测量时，同一时间，每一根所述内管的应变值取多个所述应变片的平均值。
18.优选的，在上述一种混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法中，所述内管半径为100
㎜
～150
㎜
，所述内管的高度为直径的1～1.5倍；一个所述内管的壁厚是另一个所述内管壁厚的1.5～2.0倍，其中，壁厚较小的所述内管的壁厚为4
㎜
～6
㎜
。
19.优选的，在上述一种混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法中，所述外管半径与所述内管半径的差值在80
㎜‑
100
㎜
。
20.优选的，在上述一种混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法中，在步骤s4中，所述内管的半径为r，所述外管的半径为r，所述内管和所述外管组成环形弹性体；当所述环形弹性体内部压应力为q，外部压应力为0时，环形弹性体应力状态为：
21.半径为ρ处径向应力为环向应力为
22.所述混凝土形成的环形结构的内径为r，且其内侧的环向应力为由于泊松比的影响低于5％，忽略泊松比影响后，对应的应变为：
[0023][0024]
所述内管半径为r，厚度为t，承受外侧径向应力q时对应的环向应力为对应的应变为：
[0025][0026]
变形协调关系为：
[0027]
ε0＝εc εs；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式三
[0028]
公式一至公式三中：ε0为所述混凝土自由状态的收缩应变；es、ec为所述内管和所述混凝土的弹性模量；
[0029]
由公式二得到代入公式一得：代入公式三得：
[0030][0031]
所述混凝土的弹性模量ec、自由收缩应变ε0、所述内管应变 εs和所述混凝土约束应变＝εc 是时间的函数，加上时间函数(τ)，得到：
[0032][0033]
两组所述内管分别为1#内管和2#内管；1#内管壁厚为t1、2#内管壁厚为t2，得到：
[0034]
1#内管自由收缩应变为：
[0035]
2#内管自由收缩应变为：
[0036]
联立公式五至公式七求得：
[0037]
混凝土弹性模量随时间的关系：
[0038]
混凝土收缩应变随时间的关系：
[0039]
其中：为所述内管与所述外管半径之比；为1#内管厚度与半径之比，为2#内管厚度与半径之比。
[0040]
优选的，在上述一种混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法中，所述内管与所述外管均为钢管。能够满足实验需求。
[0041]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种混凝土弹性模量及收缩应变随时间变化的确定方法，两组试验装置都由一段内管和一段外管组成，其中外管半径相同、厚度相同，内管半径相同，壁厚不同，内外管之间保持相同间距；沿着内管内侧环向贴应变片，将内外管放置在底板上，内外管与底板之间的缝隙做密封处理；将两段内管的应变片连接到应变仪；将搅拌好的混凝土灌注在内外管之间的空间内；将内外管之间的混凝土顶面用塑料膜覆盖防止水分蒸发；开始应变连续采集；通过同一时间两组应变值，可以计算出任何时刻的混凝土弹性模量及收缩应变值。本发明操作简单可靠，能够准确测量混凝土不同龄期的收缩应变值、弹性模量，所得数据精度高，经济适用，推广性强。
附图说明
[0042]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0043]
图1附图为本发明提供的实验装置的结构俯视图；
[0044]
图2附图为本发明提供的一套外管和内管结构的分解图；
[0045]
图3附图为本发明提供的一套外管和内管结构的剖视图；
[0046]
图4附图为本发明提供的环状混凝土受力示意图；
[0047]
图5附图为本发明提供的内管受力示意图。
[0048]
其中：
[0049]
1-外管；
[0050]
2-底板；
[0051]
3-内管；
[0052]
4-应变片；
[0053]
5-导线；
[0054]
6-应变仪；
[0055]
7-混凝土；
[0056]
8-塑料膜。
具体实施方式
[0057]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058]
参见附图1至附图5，某工程中，要测定混凝土某个龄期的弹性模量ec(τ)和混凝土收缩应变ε0(τ)(自由状态收缩应变)，采用钢管的弹性模量es＝20
×
104mpa，1#钢管r＝120
㎜
，t1＝4
㎜
，2#钢管r＝120
㎜
，t1＝8
㎜
；r＝200
㎜
，在龄期15天测得ε
s1
(15)＝231με，ε
s2
(15)＝166με。
[0059]
得到α＝0.6，β1＝1/30,β2＝1/15，代入公式八和公式九可以得到混凝土弹性模量和收缩应变：
[0060][0061][0062]
可见，通过试验数据可计算得到混凝土弹性模量与收缩应变，证明该方法是可行的、精确的。
[0063]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0064]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。