[发明专利]基于混凝土应变计观测数据的温度应力分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及结构分析方法，特别涉及一种基于混凝土应变计观测数据的温度应力分析方法。

背景技术

温度应力是一项重要的结构荷载，有时甚至成为导致混凝土结构物开裂破坏的关键因素。绝大多数混凝土建筑物都处在温度交替变化的自然环境中，温度应力的影响是无法避免的。虽然关于温度应力的研究文献很多，但目前尚无专用测量仪器和设备可以用来测定温度应力，只能采用理论计算方法确定结构中的温度应力，由于混凝土的非完全线性和徐变特性，理论计算的温度应力还需乘以一个变化范围很大(0.2～1)的系数。因此，如此得到的温度应力实际上是一个参考值而非真值。

通过混凝土应变计等观测仪器来监测结构的应力状态，一直是研究复杂结构工作性态和检验计算结果正确性的重要手段，也是大型重要工程在线监测预警预报的主要方法。但基于混凝土应变计观测数据的温度应力解析方法至今未能得到解决，使大量观测数据得不到合理分析，因而观测仪器不能发挥其应有的在线监测预警预报作用。

混凝土应变计是科学研究和建筑工程中常用的一种观测仪器，其基本工作原理是混凝土结构或构件产生变形时，埋设在其中的混凝土应变计会产生相应的变化，根据应变计输出信号的应变变化，间接推算出混凝土结构的应力变化。混凝土应变计输出信号的应变变化是一个综合值，其中除了外力作用引起的应变外，还包括温度变化、湿度变化、混凝土自生体积变形和混凝土徐变等引起的应变变化。在观测资料分析中，如何从总应变变化中分离出上述各影响因素的单独作用，对保证分析结果的正确性是至关重要的。

温度应力的特殊性在于温度荷载作用下的应力应变关系并不是严格地满足虎克定律σ＝Eε，而是与结构的约束状态有关。在混凝土结构观测资料分析中，目前普遍采用的方法是在混凝土应变计相近位置埋设一支无应力计，认为无应力计因温度变化、湿度变化和混凝土自生体积变形引起的应变变化与混凝土应变计相同，再通过试验确定混凝土的徐变变化，这样就可以根据混凝土应变计与无应力计应变变化之差来确定混凝土中应力的数值。实际上，这种做法存在以下两个问题：一是结构物处于约束状态时，温度变化、湿度变化和混凝土自生体积变形引起的应变变化同样会导致结构物的应力变化；二是混凝土应变计因温度变化引起的应变读数变化随着结构物所处约束状态的不同而改变。在相同温度变化下，无应力计和混凝土应变计由于约束条件不同，所给出的应变变化量也不相同。因此，目前普遍采用的上述做法并不能给出混凝土结构物的真实应力状态。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于混凝土应变计观测数据的温度应力分析方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于混凝土应变计观测数据的温度应力分析方法，采用振弦式混凝土应变计测定混凝土结构中温度应力σ_T和温度应变ε_c；假定混凝土的静弹性模量为E_c，线膨胀系数为α，混凝土应变计钢弦的线膨胀系数为β，混凝土试件处于单轴受力状态且只受温度变化作用，温度变化为ΔT，混凝土应变计的初始读数为S₀，当前读数为S_T，应变计实测应变变化为ε，ε＝S_T-S₀；

定义三种约束状态：

(1)自由状态：试件处于无约束状态，在温度荷载作用下，试件轴向方向可以自由变形；

(2)固定约束状态：试件轴向两端受到固定约束，在温度荷载作用下，试件轴向方向的变形为零，其它两个方向可以自由变形；

(3)弹性约束状态：试件轴向两端受到约束，在温度荷载作用下，试件轴向方向产生一定变形，其它两个方向可以自由变形；

若令混凝土的温度应变为ε_c，约束应变为ε_r，自由状态的理论应变为αΔT，应变计实测应变变化为ε，温度应力为σ_T，它们之间存在如下理论关系：