[发明专利]基于波速与裂缝宽度测钢筋混凝土纯弯梁工作弯矩的方法

权利要求书

1.一种基于波速与裂缝宽度测钢筋混凝土纯弯梁工作弯矩的方法，其特征在于，通过第一超声波换能器和第二超声波换能器对混凝土受压侧的两个位置进行检测，第一超声波换能器的编号为1，第二超声波换能器的编号为2，第一超声波换能器和第二超声波换能器内边缘间距为L₁₂；通过第三超声波换能器和第四超声波换能器对混凝土受拉侧的两个位置进行检测，第三超声波换能器的编号为3，第四超声波换能器的编号为4，第三超声波换能器和第四超声波换能器内边缘间距为L₃₄，L₁₂＝L₃₄；第一超声波换能器的底面中心点和第三超声波换能器的底面中心点之间的距离为L₁₃，第二超声波换能器的底面中心点和第四超声波换能器的底面中心点之间的距离为L₂₄；

具体地包括以步骤：

A、初始超声波波速与裂缝宽度的测定

a1、测量初始状态下超声波在所述4个超声波换能器之间的传播声时T₁¹²、T₁¹³、T₁²⁴、T₁³⁴，T₁¹²为初始状态下超声波在第一超声波换能器和第二超声波换能器之间的声时、T₁¹³为初始状态下超声波在第一超声波换能器和第三超声波换能器之间的声时、T₁²⁴为初始状态下超声波在第二超声波换能器和第四超声波换能器之间的声时、T₁³⁴为初始状态下超声波在第三超声波换能器和第四超声波换能器之间的声时；

a2、在钢筋混凝土纯弯梁的最大拉应力区用混凝土裂缝测量仪观测裂缝，并记录钢筋混凝土纯弯梁受拉区最大裂缝宽度w_max；

B、加载测试

b1、根据现场条件，在钢筋混凝土纯弯梁承载力极限范围内选择施加n(n1)级均布荷载，记第i(1≤i≤n)级对应的弯矩增量ΔM_i，并记对应受压区压应力增量Δσ_i＝ΔM_i·y/I，其中I为钢筋混凝土纯弯梁截面惯性矩，y为钢筋混凝土纯弯梁形心到受压区边缘的距离；

b2、测量并记录在第i级荷载状态下超声波在所述4个超声波换能器之间的传播声时为第i级荷载状态下超声波在第一超声波换能器和第二超声波换能器之间的声时，为第i级荷载状态下超声波在第一超声波换能器和第三超声波换能器之间的声时、为第i级荷载状态下超声波在第二超声波换能器和第四超声波换能器之间的声时、为第i级荷载状态下超声波在第三超声波换能器和第四超声波换能器之间的声时；

C、弯矩推导

c1、按公式计算各级荷载作用下所述4个超声波换能器之间的波速为第i级载荷作用下第一超声波换能器和第二超声波换能器之间的波速、为第i级载荷作用下第一超声波换能器和第三超声波换能器之间的波速、为第i级载荷作用下第二超声波换能器和第四超声波换能器之间的波速、为第i级载荷作用下第三超声波换能器和第四超声波换能器之间的波速；

式中，i表示对应第i级荷载，j、k表示超声波换能器编号；

c2、按公式

计算第一超声波换能器和第二超声波换能器之间的混凝土平测0应力波速

式中，α为混凝土对测平测波速转换系数，取0.65～1.00；β为混凝土平测波速测距转换系数，取0.80～1.20；为第一超声波换能器和第二超声波换能器之间对测波速转换后得到的对应平测波速、分别为为第二超声波换能器和第四超声波换能器之间对测波速转换后得到的对应平测波速；

c3、计算混凝土声弹性系数与受压区初始工作应力，按公式求待测混凝土受压区声弹性系数A；

c4、按公式求混凝土受压区初始工作应力σ_c；

c5、按公式求梁受压区高度(约为中性轴距受压表面距离)x；式中，h为钢筋混凝土纯弯梁截面高度；

c6、根据裂缝宽度计算公式反推受拉钢筋工作应力σ_s，

其中

R＝(h-x)/(h₀-x)

上述公式中：E_s为钢筋弹性模量；d为钢筋直径，不同直径混合配筋时按GB50010-2010的7.1.2条计算等效直径；c_s为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离；h为梁截面高度；h₀为梁截面有效高度；A_s1为裂缝计算区域单根钢筋截面积；A₀＝A_e/n_b为包裹最外层纵向受拉钢筋的有效混凝土面积，n_b为裂缝计算截面受拉钢筋根数，A_e＝bh₁，h₁为受拉区等效高度按公式计算，

实际计算中需要知道钢筋混凝土纯弯梁的具体纵筋配置情况，通过查阅设计资料或利用钢筋探测仪获得；

c7、根据前述混凝土受压区应力σ_c与钢筋受拉应力σ_s按公式求出钢筋混凝土纯弯梁的弯矩，

式中：δ为混凝土压力不均匀系数，可取0.6；b为梁截面宽度；h₀为混凝土梁截面有效高度；A_s为受拉区配筋率；A′_s为受压区配筋率；E_c为混凝土弹性模量，h₀为钢筋混凝土纯弯梁截面有效高度。