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鋼筋混凝土構件中混凝土材料彈性模量的檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋼筋混凝土構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、單面傳播法、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件中的傳播速度；彈性模量計算步驟：根據沖擊彈性波在鋼筋混凝土構件中的傳播速度計算鋼筋混凝土構件的動切線彈性模量；修正步驟：對鋼筋混凝土構件的動切線彈性模量進行修正，得到鋼筋混凝土構件中混凝土材料的靜彈性模量。本發明的優點在于：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，從而更加準確的評價土木、建筑結構的安全性。
【專利說明】鋼筋混凝土構件中混凝土材料彈性模量的檢測方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及土木建筑領域，具體涉及一種鋼筋混凝土構件中混凝土材料彈性模量 的檢測方法。

【背景技術】
[0002] 鋼筋混凝土結構是最重要的土木、建筑結構，在社會基礎設施中占據舉足輕重的 地位。然而在使用過程中，不可避免地出現各種老化、劣化現象(如裂縫、混凝土強度降低 等)。同時，如果施工質量得不到很好的保證，會加速結構的劣化，從而造成社會經濟的損 失。
[0003] 評價混凝土質量的指標有很多，但最重要的指標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準試件測得，概念明確，試件的測試方法較為簡單， 目前的應用最為廣泛。混凝土材料的彈性模量決定了結構的變形特性，而且也是反映混凝 土質量、耐久性的重要指標：可以反映材料的剛性特性，在結構的變形計算中是重要的參 數；混凝土材料的老化往往先從彈性模量的降低開始，而新建結構的施工不良也會在彈模 方面有所顯現。
[0004] 然而，對于實體混凝土結構的彈性模量的測試并不是一件容易的事情。長期以來， 在混凝土結構上鉆孔取芯，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，而且對結構有一定的損害，因此難以大面積檢測。
[0005] 近年來，隨著電子技術的飛速發展，采用彈性波的無損檢測技術在混凝土結構中 得到了越來越廣泛的應用。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 在實際的應用中卻存在著諸多的問題，主要體現在： 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. 鋼筋對測試結果的影響 其中的第1點和第2點，本領域技術人員做了較多的研究，也有相當的成果。但對于第 3點，即鋼筋對彈性模量測試結果的影響及其修正方法卻未有可行的方法，嚴重阻礙了該方 法在實際工程中的應用。
[0006] 在鋼筋混凝土結構中，鋼筋(一般包括箍筋和縱筋）與混凝土交織在一起。激發的 彈性波在鋼筋混凝土結構中傳播時，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，據此推算的結構的彈性模 量要大于混凝土材料的彈性模量。因此，以該結果作為混凝土材料的彈性模量來評價土木、 建筑結構的安全性是不準確的，存在安全隱患。
[0007] 同時，鋼筋的影響程度還與檢測方法有關。由于鋼筋混凝土結構的形狀、大小千差 萬別，同時可供測試的作業面也常常受到限制，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、單面傳播法、雙面透過法和表面波法四種方法。鋼筋對不同檢測 方法測試結果的影響也有所不同。


【發明內容】

[0008] 本發明的目的即在于提供一種鋼筋混凝土構件中混凝土材料彈性模量的檢測方 法。
[0009] 本發明的目的通過以下技術方案實現： 鋼筋混凝土構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、單面傳播法、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件中的傳播速度； 彈性模量計算步驟：根據沖擊彈性波在鋼筋混凝土構件中的傳播速度計算鋼筋混凝土 構件的動切線彈性模量； 修正步驟：對鋼筋混凝土構件的動切線彈性模量進行修正，得到鋼筋混凝土構件中混 凝土材料的靜彈性模量。
[0010] 發明人對現有的鋼筋混凝土構件的檢測方法進行研究后，發現現有的檢測方法存 在以下問題： 1.現有的檢測方法得到的彈性模量為鋼筋混凝土實體構件的彈性模量，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，以該結果作為混凝土材料 的彈性模量來評價土木、建筑結構的安全性是不準確的，存在安全隱患。
[0011] 2.現有的檢測方法得到的彈性模量是材料在小應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， 具體體現在對應力水平的影響不同，和對粘性的影響不同。通常，在土木、建筑結構的安全 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、建筑結構的安全性 并不準確。
[0012] 基于上述新的認識，發明人在現有的檢測方法的基礎上，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，采用單面傳播法或雙面透過法檢測沖擊彈 性波在鋼筋混凝土構件中的傳播速度，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件的彈性模量，計算公式如下： 其中：

【權利要求】
1. 鋼筋混凝土構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、單面傳播法、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件中的傳播速度； 彈性模量計算步驟：根據沖擊彈性波在鋼筋混凝土構件中的傳播速度計算鋼筋混凝土 構件的動切線彈性模量； 修正步驟：對鋼筋混凝土構件的動切線彈性模量進行修正，得到鋼筋混凝土構件中混 凝土材料的靜彈性模量。
2. 根據權利要求1所述的鋼筋混凝土構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，采用單面傳播法或雙面透過法檢測沖擊彈性波在鋼筋混凝 土構件中的傳播速度，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/鋼筋混凝土構件的橫截面積； 馬表示鋼筋混凝土構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件在小應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/鋼筋混凝土構件的截面積； 足表示鋼筋混凝土構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件的彈性模量，由箍筋修正步驟 得到。
3. 根據權利要求1所述的鋼筋混凝土構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/ =鋼筋混凝土構件中鋼筋的總體積/鋼筋混凝土構件的總體積； 計算鋼筋混凝土構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件在小應變條件下的彈性模量。
4. 根據權利要求1~3中任意一項所述的鋼筋混凝土構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： 對鋼筋混凝土構件進行單面反射法、單面傳播法、雙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； 根據沖擊彈性波的到達時刻計算沖擊彈性波在鋼筋混凝土構件中的傳播速度。
5. 根據權利要求4所述的鋼筋混凝土構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，鋼筋混凝土構件在小應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件在小應變條件下的彈性模量； P表示鋼筋混凝土構件的密度。
6. 根據權利要求4所述的鋼筋混凝土構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，采用單面傳播法檢測沖擊彈性波在鋼筋混凝土構件中的傳 播速度，則所述彈性模量計算步驟中，鋼筋混凝土構件在小應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件在小應變條件下的彈性模量； P表示鋼筋混凝土構件的密度； #表示泊松比。
7. 根據權利要求4所述的鋼筋混凝土構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，鋼筋混凝土構件在小應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件在小應變條件下的彈性模量； P表示鋼筋混凝土構件的密度； #表示泊松比。
8. 根據權利要求4所述的鋼筋混凝土構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，鋼筋混凝土構件在小應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件在小應變條件下的彈性模量； P表示鋼筋混凝土構件的密度； #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 優先權日:2014年3月5日
【發明者】吳佳曄, 吳曾煒 申請人:四川升拓檢測技術有限責任公司