专利名称：根据工程安全监测钢筋应力计测量钢筋混凝土徐变应力的方法
技术领域：
本发明提供了一种钢筋混凝土结构中根据钢筋应力计测量钢筋混凝土徐变应力 的方法，适用于钢筋混凝土结构受外力荷载、温度荷载、自生体积变形、徐变和干缩荷载下 徐变应力的测量。
背景技术：
钢筋混凝土结构是水利、水电、交通和工业民用建筑等土木工程中常用的结构形 式，这种结构由钢筋和混凝土两种材料复合而成，可以充分发挥钢筋的抗拉能力和混凝土 的抗压能力，具有较高的承载能力。由于由钢筋和混凝土复合而成，钢筋混凝土结构除了受 外荷载作用而产生的应力外，钢筋和混凝土热学与力学性能的差异也会导致其产生应力， 在外部环境因素变化较大或者两者性能差异明显时，其数值甚至超过外荷载引起的应力， 导致混凝土不承受外荷载也会产生裂缝，影响结构的安全性和耐久性。应力观测是了解钢筋混凝土结构应力状况的有效手段，现有技术中观测该应力的 方法是在钢筋上设置钢筋应力计，在混凝土内埋设混凝土应力计和应变计，通过分别观测 钢筋和混凝土应力变化，把握钢筋和混凝土的应力状态。钢筋应力计埋设简单、造价低，但 混凝土应力计和应变计不但埋设复杂，而且必须要无应力计配合，且经过复杂的数学变化 方能得到混凝土应力，所以，具有造价高、精度低的缺点。因此，能否只通过钢筋应力计的观 测结果直接计算混凝土应力是工程技术人员希望解决的一个问题。现有技术往往是从结构的简化约束状态和影响钢筋混凝土结构应力的单一影响 因素角度出发解决上述问题，但是实践证明，这样得出的混凝土计算应力与实测应力相差 较大，有些部位甚至出现正负号相反的现象，给安全评估造成一定的困难。因此，单从这方 面考虑并不能完全反应结构的实际状态。
发明内容
本发明的目的在于改进现有技术中的不足，提供一种从结构的实际约束状态入 手，同时考虑外荷载、温度荷载、自生体积变形和徐变等多种影响因素单独存在和同时存在 时由钢筋应力计测量钢筋混凝土徐变应力的方法。本发明的目的是这样实现的首先考虑单一影响因素作用，在单一影响因素下分自由状态、完全约束状态和部 分约束状态研究；在上述研究基础上，再考虑时间因素，研究考虑过程的不同影响因素下钢 筋应力和混凝土徐变应力之间的关系；进一步研究考虑混凝土徐变影响下，钢筋应力和混 凝土徐变应力之间的关系；最后研究建立符合实际的、多种因素同时存在时钢筋应力和混 凝土应力的关系式。设混凝土弹性模量为E。，混凝土截面积为A。；钢筋弹性模量为Es，钢筋 截面积为As，结构所受的外部约束系数为f，钢筋混凝土截面如
图1所示。一外部荷载
在外荷载P作用下，结构应变为ε，根据平衡方程和应变变形协调，则
权利要求
一种根据钢筋应力计测量钢筋混凝土徐变应力的方法，其特征在于结构承受温度荷载，考虑结构实际约束状态(1)根据钢筋应力计的实测钢筋应力，确定结构的实际约束系数混凝土弹性模量为Ec，混凝土截面积为Ac，钢筋弹性模量为Es，钢筋截面积为As，混凝土热膨胀系数为αc，钢筋热膨胀系数为αs，实测钢筋应力为Δσs，和实测温度变化为ΔT℃，根据上述参数得出结构的实际约束系数 <mrow><mi>f</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>E</mi><mi>c</mi> </msub> <mo>·</mo> <msub><mi>A</mi><mi>c</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>E</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>·</mo> <msub><mi>A</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msub> <mi>Δσ</mi> <mi>s</mi></msub><mo>+</mo><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>α</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>α</mi><mi>c</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mi>ΔT</mi><mo>·</mo><msub> <mi>E</mi> <mi>c</mi></msub><mo>·</mo><msub> <mi>E</mi> <mi>s</mi></msub><mo>·</mo><msub> <mi>A</mi> <mi>c</mi></msub> </mrow> <mrow><mo>-</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>c</mi></msub><mo>·</mo><mi>ΔT</mi><mo>·</mo><msub> <mi>E</mi> <mi>c</mi></msub><mo>·</mo><msub> <mi>E</mi> <mi>s</mi></msub><mo>·</mo><msub> <mi>A</mi> <mi>c</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>s</mi></msub><mo>·</mo><mi>ΔT</mi><mo>·</mo><msub> <mi>E</mi> <mi>s</mi></msub><mo>·</mo><msub> <mi>E</mi> <mi>s</mi></msub><mo>·</mo><msub> <mi>A</mi> <mi>s</mi></msub> </mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>18</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>(2)根据约束系数确定钢筋混凝土徐变应力 <mrow><mi>Δ</mi><msub> <mi>σ</mi> <mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>f</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mrow><mo>(</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>s</mi></msub><mo>-</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>c</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>·</mo> <mi>ΔT</mi> <mo>·</mo> <msub><mi>E</mi><mi>c</mi> </msub> <mo>·</mo> <msub><mi>E</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>·</mo> <msub><mi>A</mi><mi>s</mi> </msub></mrow><mrow> <msub><mi>E</mi><mi>c</mi> </msub> <mo>·</mo> <msub><mi>A</mi><mi>c</mi> </msub> <mo>+</mo> <msub><mi>E</mi><mi>s</mi> </msub> <mo>·</mo> <msub><mi>A</mi><mi>s</mi> </msub></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>f</mi><mo>·</mo><msub> <mi>α</mi> <mi>c</mi></msub><mo>·</mo><mi>ΔT</mi><mo>·</mo><msub> <mi>E</mi> <mi>c</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>16</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>
2.一种根据钢筋应力计测量钢筋混凝土徐变应力的方法，其特征在于结构承受自生 体积变形，考虑结构实际约束状态(1)根据钢筋应力计的实测钢筋应力，确定结构的实际约束系数 混凝土弹性模量为Ε。，混凝土截面积为Α。，钢筋弹性模量为Es，钢筋截面积为K’混凝土热膨胀系数为α。，钢筋热膨胀系数为α s,实测钢筋应力Qs，和实测混凝土自生体积变形为ε C1，根据上述参数得出结构的实际约束系数y=Ec-Es-Ac-a0-(Ec-Ac+Es-As)-as⑶)Ec'Es· Ac-so(2)根据约束系数确定钢筋混凝土徐变应力 Ec · Ac + Es ■ A s当体积应变为增量Δ ε ^时，将公式(28) (26)中的ε…ο s和ο。改为Δ ε…Δ σ s和 Δ σ。即可求出变形增量引起的应力增量。
3.一种根据钢筋应力计测量钢筋混凝土徐变应力的方法，其特征在于结构承受温度 载荷、自生体积变形及加载过程，考虑结构实际约束状态(1)根据钢筋应力计的实测钢筋应力，确定结构的实际约束系数 混凝土弹性模量为Ε。(τ)，混凝土截面积为Α。， 钢筋弹性模量为Es， 钢筋截面积为K’ 混凝土热膨胀系数为α。， 钢筋热膨胀系数为α s, 实测钢筋应力Δ σ3 (τ), 混凝土龄期，τ，实测混凝土温度变化为Δ T ( τ )，实测自生体积变形为Δ ￡(ι(τ)，温度变化引起的混凝土应力增量为Δ σ。广(τ )，自生体积变化引起的混凝土应力增量Δ σ。广(τ )，实测钢筋应力增量Δ σ3“τ)，和混凝土应力增量Δ Oci(T),根据上述参数得出结构的实际约束系数
4. 一种由钢筋应力计测量钢筋混凝土徐变应力的方法，其特征在于结构承受温度荷 载，考虑徐变影响，依据结构的实际约束状态(1)根据钢筋应力计的实测钢筋应力，确定结构的实际约束系数混凝土弹性模量为Ε。(τ)，混凝土截面积为Α。，钢筋弹性模量为Es，钢筋截面积为K’混凝土热膨胀系数为α。，钢筋热膨胀系数为α s,实测钢筋应力Δ osT(t，τ),实测混凝土温度变化为Δ T ( τ )，混凝土松弛系数为K(t，τ),混凝土龄期，和 t，时间，Δσ/( ,7) = -(1-/(r))_((as-ac)-mT)-Ec(T)-Es-AcK(t,T)-f(T)-as-AT(T)-Es(41)ο-/ω)-f(T)-ac-M{z)-Ec{T)■K(t,r) (40)Ec(T)-Ac+Es-As(2)确定钢筋混凝土徐变应力根据钢筋应力增量(41)式，可以得出约束系数f( τ )，代入(40)式，即得到混凝土徐变 应力增量AaJ (t,r) = AaJ (τ) ·Κ( ,τ)一'(α,-α^ ΑΤ(τ)-Ec(T)-Es-A^_, Ec(T)-Ac+Es-As
5. 一种由钢筋应力计测量钢筋混凝土徐变应力的方法，其特征在于结构承受外力荷 载，考虑徐变的影响混凝土弹性模量为Ε。(τ)， 混凝土截面积为Α。， 钢筋弹性模量为Es， 钢筋截面积为K, 夕卜荷载Δ p， τ，混凝土龄期，实测钢筋应力增量Δ σ/(τ)， 实测混凝土温度变化为Δ T ( τ )， 混凝土松弛系数为K(t，τ), 外力荷载引起的混凝土应力增量Δ 0。p(t，τ),在τ龄期施加外荷载Δρ，引起的混凝土和钢筋应力分别为 两足
6. 一种由钢筋应力计测量钢筋混凝土徐变应力，其特征在于考虑温度、自生体积和 徐变影响时(1)根据钢筋应力计的实测钢筋应力，确定结构的实际约束系数混凝土弹性模量为Ε。(τ)，混凝土截面积为Α。，钢筋弹性模量为Es，钢筋截面积为K’混凝土热膨胀系数为α。，钢筋热膨胀系数为α s，Δ σ。ρ(τ)和 Δ σ/(τ)， t时刻混凝土应力松弛而实测钢筋应力Δ σ3 (τ), τ，混凝土龄期，实测混凝土温度变化为Δ T ( τ )，和实测自生体积变形为Δ εJτ)，根据这些参数得出结构的实际约束系数
全文摘要
本发明公开了一种计算钢筋混凝土徐变应力的方法，该方法是通过由钢筋应力计实测的钢筋应力，得出反映钢筋混凝土结构实际约束状态的约束系数，进而找出混凝土徐变应力和钢筋应力之间的关系。本发明的计算方法比现有技术中由埋设复杂的应变计和无应力计通过复杂的数学变化而得到混凝土应力的方法具有精度更高，也更加经济的优点。为反映钢筋混凝土这种复合材料的内力状态、评价钢筋混凝土结构安全与否提供有力依据。
文档编号G01N3/00GK101988858SQ20101016731
公开日2011年3月23日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者刘爱梅, 张国新, 江少刚, 王振红, 郭晨, 黄涛 申请人:北京木联能工程科技有限公司;中国水利水电科学研究院结构材料研究所