CN102183540A - 混凝土应力应变监测中无应力应变的相关分析法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种混凝土应力应变监测中无应力应变的相关分析法，其特征在于，包括以下步骤：1）采集混凝土样本数据，采用无应力计测量混凝土相对于基准时间的温度变化量、以及相应的无应力应变；2)根据样本数据利用计算机编程，从实测无应力应变中分离出温度应变和自生体积及干缩湿胀变形。本发明综合效果良好、易于在计算机上实现，具有结果准确、简单易行、普遍适用的优点，能够快速地从无应力计实测成果中将混凝土温度应变和自生体积变形准确分离，不仅为了解掌握混凝土的实际物理性质提供了更有效的方法，而且在混凝土应力监测中更加快速更加准确地发挥了无应力计的作用。

Description

混凝土应力应变监测中无应力应变的相关分析法

技术领域

本发明涉及大坝及工程安全监测领域，具体涉及一种混凝土应力应变监测中无应力应变的相关分析法。

背景技术

在大坝及工程安全监测中，混凝土大坝坝体应力是必须的监测项目，混凝土的无应力应变又是该监测项目中必测的物理量，能否从实测无应力应变中成功地分离出温度应变和自生体积变形，不仅关系到能否获得准确的混凝土实际应力，而且有助于了解混凝土的胀缩性质及其程度，正确认识混凝土应力(特别是在施工期间)发生和发展的原因，为采取恰当措施改善施工期混凝土应力状态，加强安全储备提供依据。

为了从监测数据中分离出温度应变和自生体积变形，首先要获知混凝土热胀系数α以及自生体积变形和湿度变形的总和G，目前现有技术中采用的方法主要有两种：

1、选取浇筑1～2年以后的某个温度变化显著的时间段，基于对这时混凝土自生体积变形已基本稳定的认识，在确信此时间段里所测部位不会发生显著湿度变化的前提下，认为时段两端无应力应变的变化量主要反映的是温度应变的变化，用无应力计实测无应力变量除以温度变化量，得到热胀系数。

2、以无应力计实测温度和某种时间函数式(通常采用对数式)分别作为因子，对实测无应力应变进行回归分解后，将实测温度因子对应的分量作为温度应变，将时间函数式因子对应的分量作为混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形的实际量。

上述两种方法各有自身的局限性，第一种方法由于选取的时间段具有较大的偶然性，因此测值的偶然误差对取得的结果影响较大，可能导致选取不同的时间段所得的结果之间存在较大差异。另外采用此方法必须要等1～2年后混凝土自生体积变形确已稳定，不但难以解决施工早期的问题，而且此时在大体积混凝土内部某些部位，温度往往也已稳定，可能难以找到一个温度变化较为明显的时间段。第二种方法的缺点是混凝土自生体积变形随时间的变化形态难以事先预知，因此要找到合适的时间函数式因子并非易事，因子的确定往往主观性较大。如果该因子不能很好地模拟实际自生体积变形的变化规律，则回归分解精度有可能不够理想，获得的α和G准确度都会下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：建立一种综合效果良好、易于在计算机上实现、结果准确、简单易行、普遍适用的从无应力计实测成果中将混凝土温度应变和自生体积变形准确分离的方法。

本发明的技术方案为混凝土应力应变监测中无应力应变的相关分析法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、采集样本数据：采用无应力计测量混凝土相对于混凝土初凝时刻温度的温度变化量ΔTw、以及相应的无应力应变Ew；

2)、根据样本数据利用计算机编程，从实测无应力应变中分离出温度应变和自生体积及干缩湿胀变形量：

a、设定混凝土热胀系数为变量α′，设变量δ初始值等于1；

b、将步骤1)的样本数据带入公式(1)中，根据设定的热胀系数α′，得出混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形G′：

G′＝Ew-α′ΔTw    (1)；

c、根据上式得出的混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形假定量G′，推导出G′和ΔTw的简单相关系数R：

设ΔTw＝x_i  G′＝y_i，得到两个样本数为n的变量序列：

x_i  i＝1，2，……，n

y_i  i＝1，2，……，n

则它们的相关系数R为：

$R=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_i-\stackrel{\‾}{y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2}}---\left(2\right)$

其中：

和

分别为两组变量n个样本的均值；

d、根据步骤c得出的R判断，若|R|≥δ，设α＝α′，进入步骤e；若|R|＜δ，设变量δ＝|R|，α＝α′，执行下列程序：

若R＞0，将α′增大t，重复步骤b～d；

若R＜0，将α′减小t，重复步骤b～d；

若R＝0，进入步骤e；

上述步骤中t为一固定单位数值；

e、将相应的α带入公式(3)得出G，

G＝Ew-αΔTw    (3)

所得G即为混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形的实际量，α即为混凝土热胀系数实际值，αΔTw即为混凝土温度应变。

温度的变化通常是年周期性的，而混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形G不具备这种年周期性质，因此这两者之间应该是不相关的，即它们之间的简单相关系数应为0。当假定的热胀系数与实际值有差异时，相应得到的所谓自生体积变形和湿度变形G必与温度呈一定程度的相关性，不是正相关(热胀系数估计偏小)就是负相关(热胀系数估计偏大)。当将假定的热胀系数调整至使上述相关性基本不存在时(相关系数的绝对值足够接近0)，就意味着已经得到了真实的热胀系数值。

本发明的有益效果包括：

(1)在混凝土无应力应变中，如果温度变形被剥离干净，剩下的部分和温度没有相关性，反之，一定程度的相关性必然存在。基于这样的认识，本发明在相关系数足够接近0的条件下得到的结果必将最为贴近实际；

(2)本发明可采用一个较长时间段内的大量样本数据进行分析，从而可避免以往由于采用个别数据(如方法一)，其随机误差可能造成的结果的不稳定性；

(3)本发明不必预先估计自身体积变形和湿度变形的变化形态，可避免由于主观估计不符合实际(如方法二)带来的误差；

(4)本发明原理清楚，易于理解，逻辑简单，便于编程，普遍适用性强，有利于推广应用。

附图说明

图1是本发明具体实施例的的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明技术方案及技术目的更易于理解，下面结合附图及具体实施例对本发明方案进行进一步的介绍。

无应力计监测成果的用途及用法是：

1、从中推求混凝土热胀系数α，并扣除温度应变E_T后得到自生体积变形和湿度变形的总和G，用公式表示则为：

G＝Ew-αΔTw

其中Ew为实测无应力应变，ΔTw为无应力计实测温度变化量。

2、在得到α和G以后，再从应变计实测总应变中扣除温度应变和G，得到由于结构应力引起的应变Es，用公式表示则为：

Es＝E-αΔTe-G

其中E为应变计实测总应变，ΔTe为应变计实测温度变化量，获得的Es方可用来计算实际结构应力。

由此可见，分离混凝土温度应变和自生体积及干缩湿胀变形的方法关键任务是从中获取α和G。

因此本发明公布了混凝土应力应变监测中无应力应变的相关分析法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、采集混凝土样本数据，采用无应力计测量混凝土相对于基准时间(混凝土初凝时刻)的温度变化量ΔTw、以及相应的无应力应变Ew；

2)、根据样本数据利用计算机编程，推导混凝土热胀系数，从实测无应力应变中分离出温度应变和自生体积及干缩湿胀变形：

a、设定混凝土热胀系数α′＝10，设变量δ初始值等于1；

b、将步骤1)的样本数据带入公式(1)中，根据设定的热胀系数α′，得出混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形G′：

G′＝Ew-α′ΔTw    (1)；

c、根据上式得出的混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形量G′，推导出G′和ΔTw的简单相关系数R：

设ΔTw＝x_i  G′＝y_i，得到两个样本数为n的变量序列：

x_i  i＝1，2，……，n

y_i  i＝1，2，……，n

则它们的相关系数R为：

$R=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_i-\stackrel{\‾}{y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2}}---\left(2\right)$

其中：和

分别为两组变量n个样本的均值；

d、根据步骤c得出的R判断，若|R|≥δ，设α＝α′，进入步骤e；若|R|＜δ，设变量δ＝|R|，α＝α′，执行下列程序：

若R＞0，将α′增大0.01，重复步骤b～d，得到一个减小的R；

若R＜0，将α′减小0.01，重复步骤b～d，得到一个增大的R；

若R＝0，进入步骤e；

e、将相应的α带入公式(3)得出G，

G＝Ew-αΔTw    (3)

所得G即为混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形的实际量，α即为混凝土热胀系数实际值。

根据上述混凝土应力应变监测中无应力应变的相关分析法获得的成果，采用应变计测量混凝土总应变，利用公式(4)从应变计实测总应变中扣除掉温度应变和混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形的实际量G，得到混凝土由于结构应力引起的应变Es，用于进一步计算混凝土的实际结构应力。用公式表示则为：

Es＝E-αΔTe-G    (4)

其中E为应变计实测总应变，ΔTe为应变计实测温度变化量。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.混凝土应力应变监测中无应力应变的相关分析法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、采集样本数据：采用无应力计测量混凝土相对于初凝时刻的温度变化量ΔTw、以及相应的无应力应变Ew；

2)、根据样本数据利用计算机编程，从实测无应力应变中分离出温度应变和自生体积及干缩湿胀变形量：

a、设定混凝土热胀系数为变量α′，设变量δ初始值等于1；

b、将步骤1)的样本数据带入公式(1)中，根据设定的热胀系数α′，得出混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形G′：

G′＝Ew-α′ΔTw    (1)；

c、根据上式得出的混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形假定量G′，计算出G′和ΔTw的简单相关系数R：

设ΔTw＝x_i  G′＝y_i，得到两个样本数为n的变量序列：

x_i  i＝1，2，……，n

y_i  i＝1，2，……，n

则它们的相关系数R为：

$R=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_i-\stackrel{\‾}{y})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2}\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2}}---\left(2\right)$

其中：

和

分别为两组变量n个样本的均值；

d、根据步骤c得出的R判断，若|R|≥δ，设α＝α′，进入步骤e；若|R|＜δ，设变量δ＝|R|，α＝α′，执行下列程序：

若R＞0，将α′增大t，重复步骤b～d；

若R＜0，将α′减小t，重复步骤b～d；

若R＝0，进入步骤e；

上述步骤中t为一固定单位数值；

e、将相应的α带入公式(3)得出G，程序结束，

G＝Ew-αΔTw    (3)

所得G即为混凝土自生体积变形及干缩湿胀变形的实际量，α即为混凝土热胀系数实际值，αΔTw即为混凝土温度应变。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土应力应变监测中无应力应变的相关分析法，其特征在于：α′每次调整的幅度t均为0.01。

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