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钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方法，包括如下步骤：波速检测步骤：采用单面反射法、单面传播法、双面透过法或表面波法中的一种检测冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播速度；弹性模量计算步骤：根据冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播速度计算钢筋混凝土构件的动切线弹性模量；修正步骤：对钢筋混凝土构件的动切线弹性模量进行修正，得到钢筋混凝土构件中混凝土材料的静弹性模量。本发明的优点在于：增加了修正步骤，修正步骤用于消除钢筋对弹性模量检测的影响，以获得混凝土材料的弹性模量，从而更加准确的评价土木、建筑结构的安全性。
【专利说明】钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及土木建筑领域，具体涉及一种钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量 的检测方法。

【背景技术】
[0002] 钢筋混凝土结构是最重要的土木、建筑结构，在社会基础设施中占据举足轻重的 地位。然而在使用过程中，不可避免地出现各种老化、劣化现象(如裂缝、混凝土强度降低 等)。同时，如果施工质量得不到很好的保证，会加速结构的劣化，从而造成社会经济的损 失。
[0003] 评价混凝土质量的指标有很多，但最重要的指标是其轴心抗压强度和弹性模量。 其中，轴心抗压强度一般采用立方体标准试件测得，概念明确，试件的测试方法较为简单， 目前的应用最为广泛。混凝土材料的弹性模量决定了结构的变形特性，而且也是反映混凝 土质量、耐久性的重要指标：可以反映材料的刚性特性，在结构的变形计算中是重要的参 数；混凝土材料的老化往往先从弹性模量的降低开始，而新建结构的施工不良也会在弹模 方面有所显现。
[0004] 然而，对于实体混凝土结构的弹性模量的测试并不是一件容易的事情。长期以来， 在混凝土结构上钻孔取芯，并进行载荷试验是测试弹性模量的一般方法。但该方式不仅费 时费力，而且对结构有一定的损害，因此难以大面积检测。
[0005] 近年来，随着电子技术的飞速发展，采用弹性波的无损检测技术在混凝土结构中 得到了越来越广泛的应用。从理论上讲，利用弹性波的波速可以推算材料的弹性模量。但 在实际的应用中却存在着诸多的问题，主要体现在： 1. 动、静弹性模量的差异； 2. 不同测试方法得到的波速有所不同； 3. 钢筋对测试结果的影响 其中的第1点和第2点，本领域技术人员做了较多的研究，也有相当的成果。但对于第 3点，即钢筋对弹性模量测试结果的影响及其修正方法却未有可行的方法，严重阻碍了该方 法在实际工程中的应用。
[0006] 在钢筋混凝土结构中，钢筋(一般包括箍筋和纵筋）与混凝土交织在一起。激发的 弹性波在钢筋混凝土结构中传播时，不可避免地同时受到钢筋和混凝土的同时作用。由于 冲击弹性波在钢筋中的传播速度快于其在混凝土中的传播速度，据此推算的结构的弹性模 量要大于混凝土材料的弹性模量。因此，以该结果作为混凝土材料的弹性模量来评价土木、 建筑结构的安全性是不准确的，存在安全隐患。
[0007] 同时，钢筋的影响程度还与检测方法有关。由于钢筋混凝土结构的形状、大小千差 万别，同时可供测试的作业面也常常受到限制，因此，常常需要采用不同的方法进行检测。 目前，主要有单面反射法、单面传播法、双面透过法和表面波法四种方法。钢筋对不同检测 方法测试结果的影响也有所不同。


【发明内容】

[0008] 本发明的目的即在于提供一种钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方 法。
[0009] 本发明的目的通过以下技术方案实现： 钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方法，包括如下步骤： 波速检测步骤：采用单面反射法、单面传播法、双面透过法或表面波法中的一种检测冲 击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播速度； 弹性模量计算步骤：根据冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播速度计算钢筋混凝土 构件的动切线弹性模量； 修正步骤：对钢筋混凝土构件的动切线弹性模量进行修正，得到钢筋混凝土构件中混 凝土材料的静弹性模量。
[0010] 发明人对现有的钢筋混凝土构件的检测方法进行研究后，发现现有的检测方法存 在以下问题： 1.现有的检测方法得到的弹性模量为钢筋混凝土实体构件的弹性模量，而不是混凝土 材料的弹性模量；由于冲击弹性波在钢筋中的传播速度大于其在混凝土中的传播速度，实 际得到的弹性模量与混凝土材料的弹性模量之间存在较大差异，以该结果作为混凝土材料 的弹性模量来评价土木、建筑结构的安全性是不准确的，存在安全隐患。
[0011] 2.现有的检测方法得到的弹性模量是材料在小应变条件下的动切线弹性模量，而 非静弹性模量，对于钢材这样的均质弹性材料，动切线弹性模量与静弹性模量非常接近，而 对于混凝土这样的非线性材料而言，动切线弹性模量与静弹性模量之间则有一定的差异， 具体体现在对应力水平的影响不同，和对粘性的影响不同。通常，在土木、建筑结构的安全 检测中要求使用混凝土的静弹性模量，采用动切线弹性模量评价土木、建筑结构的安全性 并不准确。
[0012] 基于上述新的认识，发明人在现有的检测方法的基础上，增加了修正步骤。修正步 骤一方面用于消除钢筋对弹性模量检测的影响，以获得混凝土材料的弹性模量，另一方面 用于消除动切线弹性模量与静弹性模量之间的差异，以获得混凝土材料的弹性模量。
[0013] 进一步的，如在所述波速检测步骤中，采用单面传播法或双面透过法检测冲击弹 性波在钢筋混凝土构件中的传播速度，则所述修正步骤包括如下子步骤 ： 箍筋修正步骤：计算箍筋间钢筋混凝土构件的弹性模量，计算公式如下： 其中：

【权利要求】
1. 钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方法，其特征在于，包括如下步骤： 波速检测步骤：采用单面反射法、单面传播法、双面透过法或表面波法中的一种检测冲 击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播速度； 弹性模量计算步骤：根据冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播速度计算钢筋混凝土 构件的动切线弹性模量； 修正步骤：对钢筋混凝土构件的动切线弹性模量进行修正，得到钢筋混凝土构件中混 凝土材料的静弹性模量。
2. 根据权利要求1所述的钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方法，其特征 在于： 如在所述波速检测步骤中，采用单面传播法或双面透过法检测冲击弹性波在钢筋混凝 土构件中的传播速度，则所述修正步骤包括如下子步骤： 箍筋修正步骤：计算箍筋间钢筋混凝土构件的弹性模量，计算公式如下： 其中：
S/表示仅在纵向钢筋的影响下箍筋间钢筋混凝土构件的弹性模量； L表示箍筋间距； 表示每层箍筋的等效厚度，为一层箍筋体积/钢筋混凝土构件的横截面积； 马表示钢筋混凝土构件中钢筋的弹性模量； A表示直接通过波速得到的钢筋混凝土构件在小应变条件下的动切线弹性模量； 纵筋修正步骤：计算钢筋混凝土构件中混凝土材料的弹性模量，计算公式如下： 其中：
A表示纵向配筋率，为纵向配筋的截面积/钢筋混凝土构件的截面积； 足表示钢筋混凝土构件中混凝土材料的弹性模量； 5/表示仅在纵向钢筋的影响下箍筋间钢筋混凝土构件的弹性模量，由箍筋修正步骤 得到。
3. 根据权利要求1所述的钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方法，其特征 在于： 如在所述波速检测步骤中，采用单面反射法或表面波法检测冲击弹性波在钢筋混凝土 构件中的传播速度，则所述修正步骤包括如下子步骤： 计算综合配筋率p/，计算公式如下： p/ =钢筋混凝土构件中钢筋的总体积/钢筋混凝土构件的总体积； 计算钢筋混凝土构件中混凝土材料的弹性模量民，计算公式如下： 其中：
尾表示钢筋混凝土构件中钢筋的弹性模量； 馬表示直接通过波速得到的钢筋混凝土构件在小应变条件下的弹性模量。
4. 根据权利要求1~3中任意一项所述的钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检 测方法，其特征在于： 所述波速检测步骤包括如下子步骤： 对钢筋混凝土构件进行单面反射法、单面传播法、双面透过法或表面波法检测，记录冲 击弹性波在钢筋混凝土构件中传播的波形曲线，波形曲线的X轴为时间轴，波形曲线的Y轴 为振幅轴； 在波形曲线起始位置的上升段选取3个以上的点，利用选取的点进行线性或者正弦回 归，得到回归直线或回归曲线，回归直线或者回归曲线与时间轴的交点为冲击弹性波的到 达时刻； 根据冲击弹性波的到达时刻计算冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播速度。
5. 根据权利要求4所述的钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方法，其特征 在于： 如在所述波速检测步骤中，采用单面反射法检测冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传 播速度，则所述弹性模量计算步骤中，钢筋混凝土构件在小应变条件下的弹性模量馬的计 算公式如下：
其中； ^表示冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播速度； A表示直接通过波速得到的钢筋混凝土构件在小应变条件下的弹性模量； P表示钢筋混凝土构件的密度。
6. 根据权利要求4所述的钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方法，其特征 在于： 如在所述波速检测步骤中，采用单面传播法检测冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传 播速度，则所述弹性模量计算步骤中，钢筋混凝土构件在小应变条件下的弹性模量馬的计 算公式如下：
其中： ^表示冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播速度； A表示直接通过波速得到的钢筋混凝土构件在小应变条件下的弹性模量； P表示钢筋混凝土构件的密度； #表示泊松比。
7. 根据权利要求4所述的钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方法，其特征 在于： 如在所述波速检测步骤中，采用双面透过法检测冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传 播速度，则所述弹性模量计算步骤中，钢筋混凝土构件在小应变条件下的弹性模量^的计 算公式如下：
其中： 4表示冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播速度； A表示直接通过波速得到的钢筋混凝土构件在小应变条件下的弹性模量； P表示钢筋混凝土构件的密度； #表示泊松比。
8. 根据权利要求4所述的钢筋混凝土构件中混凝土材料弹性模量的检测方法，其特征 在于： 如在所述波速检测步骤中，采用表面波法检测冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播 速度，则所述弹性模量计算步骤中，钢筋混凝土构件在小应变条件下的弹性模量馬的计算 公式如下：
其中： 4表示冲击弹性波在钢筋混凝土构件中的传播速度； 馬表示直接通过波速得到的钢筋混凝土构件在小应变条件下的弹性模量； P表示钢筋混凝土构件的密度； #表示泊松比。
【文档编号】G01N29/07GK104345093SQ201410078642
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】吴佳晔, 吴曾炜 申请人:四川升拓检测技术有限责任公司