通常情况下,结构内部的应力应变是随着荷载的变化而变化的,为了了解结构件在荷载作用下内部应力的分布情况,了解结构的工作状态及安全储备,需要对结构内部进行应力测试,从而判断设计是否合理,结构是否安全。本文介绍钢筋混凝土结构内应力应变测试。
应力测试步骤
1.构件达到设计的强度后,在各构件需测试部位粘贴应变片(钢筋上的应变片必须在浇筑混凝土前粘贴)。
2.对需要测试的构件施加设计荷载,测试构件内的应力应变随荷载的变化而变化的情况。
3.对比分析对称部位的测试数据,验证测试数据的准确性。
主要仪器和材料
1.仪器:采用聚航科技生产的jhyc静态应变仪,测量结果精确、功能强大、软件式操作。
2.材料:3mm*2mm及3mm*80mm应变片,502胶水,密封胶水,环氧树脂,jcn-p胶,导线,纱布,胶带,丙酮,砂皮,松香,焊锡,电池。
3.工具:烙铁,刮刀,镊子,锉刀。
应变片粘贴
1.仪器及辅助材料的准备:准备相关仪器及材料,并将仪器按1/4桥接线并调试好。
2.钢筋表面贴应变片(2mm*3mm);用锉刀将钢筋表面挫平(比2mm*3mm范围略大),并用砂皮磨光(45°方向),用丙酮清洗干净,待干燥后,将应变片(3mm*2mm规格)用502胶水粘贴在钢筋表面,通过接线端子将导线与应变片引出线相连,尽量使接线端子靠近应变片,防止应变片引出线与钢筋碰到一起,然后用密封胶将应变片与接头部分封闭,待干燥后再用环氧树脂包裹,并用纱布包裹,确保不渗水,最后用胶带全部裹起来,最后用绝缘电阻表量测应变片与钢筋间的电阻,必须大于100mω,否则须重新粘贴。
3.将应变片粘贴在混凝土表面;用砂皮将需要粘贴应变片处磨平,并用丙酮清洗干净,待干燥后用jcn-p胶刮平(越薄越好,以防气泡影响测量效果),待固化后用502胶水将应变片(3mm*18mm)贴在该处,通过接线端子将导线与应变片引出线焊接起来,然后用密封胶将接头处封闭,防止水分影响,再用绝缘电阻表量测应变片与混凝土间的电阻,必须大于100mω,否则需重新粘贴。
4.施工现场的准备工作;根据结构设计图将已粘贴好应变片的钢筋绑扎并浇在结构混凝土内,将导线引出混凝土外,并将导线保护好,以免被损坏。
5.仪器的准备及安装;将仪器按1/4桥方式连接好,然后将导线与仪器用焊接方法连接,再把电脑与仪器连接好。
6.所有现场均需要进行有效保护,以防潮湿天气的影响。
测试注意事项
1.必须选择合适的粘贴剂,以确保其能传递应力,确保在外力作用下,胶粘剂能准确将应力传递给应变片,使两者共同作用,从而提高测试的准确性。
2.必须做好钢筋上应变片的防水工作,避免混凝土浇筑时遭到水分侵蚀,从而降低应变片与结构件间的绝缘电阻,降低应变片的灵敏度,影响测试结果。
3.导线与应变片引出线的连接应采用接线端子,防止导线或应变片引出线与结构构件接触,降低应变片与结构构件间的绝缘电阻。
4.接头处应进行焊接,确保焊接质量,不得虚焊。
5.要确保每一道工艺施工前,基层必须是干燥的,不同的胶粘剂有不同的固化及干燥要求。
6.构件表面的处理应平整、光洁,但有一定的粗糙度,钢筋表面通常磨成45°方向斜线,而混凝土表面用环氧树脂刮平,越薄越好,以垫平气泡为止,待环氧树脂固化后再用砂皮磨平。
应力应变测试
待混凝土达到28d强度后,即可对结构分级施加设计荷载,在施加荷载的过程中进行采样,直至结束。应变测试系统为自动采样,采样完成后,电脑输出应变值。
数据分析
测试完毕后,必须进行数据分析,数据分析是最重要的一步,因为只有数据才能反映真实情况,在分析过程中,应对对称部位进行校核,以检验数据的准确性;最后与设计荷载比较,确定设计是否合理。
实例分析
某工程屋面设计有两根预应力大梁,为了了解施加预应力的过程中,结构内部的应力变化情况,决定对屋面板内应力进行测试,测试方法见上,测试结果如下(选取六个点的部分数据,1-1点与1-2点对称,1-3与1-4对称,为板面上的点;1-5为附加钢筋上的点;1-6为预应力钢绞线上的点;具体见图1和表1)
由表1可以看出,1-1点与1-2点测试数据基本一致,1-3点与1-4点测试数据基本一致,则可以判断测试数据准确。
另外,1-1、1-2两点*大应变值分别为-3、-3均为负值,判断1-1、1-2两点处为受压;1-3、1-4两点*大应变值分别为11、9为正值,判断1-3、1-4两点处为受拉;1-5点*大应变值为17,该处钢筋受拉,1-6点为预应力筋上的点,直接受拉力作用,故其应变值明显大于其余点,这与预应力张拉时构件的受力分析一致。
然后根据混凝土的曲σ-ε曲线查的1-1、1-3相应的*大应力值分别为0.11mpa和0.36mpa;钢筋的*大应力值为σ=3.4mpa;预应力筋内的*大应力为σ=482.11mpa;也就是说,在预应力施加过程中,预应力筋内的应力达到482.11mpa时,1-1、1-3点处混凝土内的应力分别为0.11mpa及0.36mpa,附加钢筋内的应力为3.4mpa。
以上仅为预应力施加过程中施加力为某一值时的数据,同样可以算出预应力施加完毕后,拉力达到*大时各相应点处的应力值。
总结
通过测试,可以为以后的设计提供一定的依据;同时该方法可以用来检查结构的安全性,但必须做荷载试验,即在结构上施加设计荷载,来测试结构的应力应变与裂缝的关系,了解结构的工作状态和强度储备。
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