基于应力释放法的混凝土工作应力测量研究

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混凝土的工作应力,是确定其真实受力状态的重要依据,是反映结构技术状况等级的重要指标,能帮助我们科学研判结构的健康程度,对结构的检测、维修及加固有着十分重要的意义。目前工程上对于混凝土工作应力的测量,常采用应力释放法。其中,盲孔法的研究多为数值计算,缺乏实测数据验证其可行性;环孔法由于导线连接困难,难以用于既有结构的检测;而开槽法切割深度等参数尚未统一确定,且存在应力释放不完全等问题。因此,对应力释放法的进一步研究很有必要。论文在回顾、总结国内外研究现状的基础上,通过数值模拟和试验验证相结合的方式,对应力释放法中的盲孔法和开槽法在单向应力的前提下进行了深入研究,试图找到一种能够快速简便、准确可靠的混凝土工作应力测量方法,并推广到实际应用中去。论文主要工作内容和结论如下:(1)利用ANSYS软件,分析了盲孔法在不同孔径、不同应变片尺寸及其到孔边距离等参数下测点的应变释放规律。结果发现:盲孔周围三个应变片的应变值理论上应为“两正一负”,为后续盲孔法试验实测数据提供对照依据。(2)利用ANSYS软件,建立切割一条直线形槽的有限元模型,分析了开槽形状、宽度、初始应力大小及弹性模量等因素对应变释放效率的影响。提出了基于应变释放率计算混凝土工作应力的方法。(3)对一片预应力混凝土梁进行钻孔试验,得到大量实测数据。结果发现:钻孔深度小于10mm时,无法测出释放应变;当深度超过20mm后,3个应变片读数全为负值,且毫无规律,与数值计算结果完全不符,证明用盲孔法测量混凝土工作应力在实际工程应用中可行性较差。(4)按照有限元模拟工况,设计4根钢筋混凝土柱试件进行开槽法试验,得出了切割扰动应变大小;由实测释放应变计算得到的初始应力与实际施加应力之间的误差最大为8.38%,满足工程精度要求,证明了该方法的可行性。建议在实际工程测量时取35mm作为最终的切割深度。(5)基于试件Z1、Z2的试验数据,利用蒙特卡洛法,对开槽过程中由切割位置偏差造成的试验结果的不确定性进行分析,合理预测了不同包含概率下应变释放率η的取值范围,进而得到试件Z1、Z2在置信概率为95%下测试应力的置信区间分别为(3.77,4.75)MPa和(7.20,9.08)MPa,在此基础上,预测了不同应力水平下的混凝土工作应力范围。
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