王亞輝

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1 混凝土預(yù)制構(gòu)件概述

本次研究主要對象為小型U型槽混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件，其構(gòu)件截面為U字型，具有厚度小、重量輕、安裝簡單、施工速度快等特點，小型渠槽是由若干個U型預(yù)制混凝土構(gòu)件連接在一起的渠槽結(jié)構(gòu)，當(dāng)渠槽使用一定時間后，強度較低的構(gòu)件容易發(fā)生斷裂破壞，堵塞農(nóng)田渠槽，對渠槽內(nèi)水的流通性產(chǎn)生不良影響。

2 U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件試驗

2.1 受力特點

U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件主要用于農(nóng)田用水的導(dǎo)流，在結(jié)構(gòu)上，預(yù)制構(gòu)件外側(cè)主要受兩側(cè)土體擠壓產(chǎn)生壓力。另外，人為擾動（如行走、農(nóng)業(yè)機械行走等）也會產(chǎn)生豎向荷載作用。預(yù)制構(gòu)件內(nèi)部為水流通道，水的壓力作用在構(gòu)件內(nèi)表面，與構(gòu)件的自重組合起來對構(gòu)件產(chǎn)生水平向外的壓力。這兩種水平力是引起U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)生破壞的主要方面，作用力如圖1。

圖1 預(yù)制構(gòu)件受力情況

2.2 預(yù)制構(gòu)件試驗

本次對U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件分別進行內(nèi)側(cè)水平擴壓和外側(cè)擠壓試驗，模擬不同規(guī)格的U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件在實際應(yīng)用時的破壞過程及荷載值，兩種試驗的加載點位置均為U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件開口下10cm處。兩組試驗設(shè)備如圖2。

根據(jù)收集到的江西省部分生產(chǎn)U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件的廠家數(shù)據(jù)，本次試驗分別選用C20和C25混凝土預(yù)制構(gòu)件進行試驗，試驗選用的U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件規(guī)格如表1。

圖2 試驗設(shè)備

表1 預(yù)制構(gòu)件試驗規(guī)格參數(shù)

試驗時，外側(cè)擠壓試驗與內(nèi)側(cè)擴壓試驗分別進行，U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件規(guī)格按表1選取，測試隨機選自各廠家批量生產(chǎn)的外觀完整、 無裂縫等缺陷的U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件，每種規(guī)格的數(shù)量為16個，采用分組試驗進行。

2.3 外側(cè)擠壓試驗結(jié)果

C20混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件外側(cè)擠壓試驗結(jié)果如表2，C25混凝土預(yù)制構(gòu)件外側(cè)擠壓試驗結(jié)果如表3。

表2 C20混凝土預(yù)制構(gòu)件試驗結(jié)果

續(xù)表2

表3 C25混凝土預(yù)制構(gòu)件試驗結(jié)果

由表2、表3可知，在外側(cè)擠壓力作用下，各規(guī)格的U型構(gòu)件中，混凝土強度提升普遍明顯增加了U型構(gòu)件的抗外側(cè)擠壓能力，另外，在U型構(gòu)件的3個尺寸參數(shù)中，槽深增加顯著降低了U型構(gòu)件的強度，壁厚增加顯著提高了U型構(gòu)件的強度，而槽寬變化值對U型構(gòu)件的抗外側(cè)擠壓能力的影響較小。

2.4 內(nèi)側(cè)擴壓試驗結(jié)果

C20混凝土混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件內(nèi)側(cè)擴壓試驗結(jié)果如表4。C25混凝土混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件內(nèi)側(cè)擴壓試驗結(jié)果如表5。

表4 C20混凝土預(yù)制構(gòu)件試驗結(jié)果

表5 C25混凝土預(yù)制構(gòu)件試驗結(jié)果

由表4、表5可知，在內(nèi)側(cè)擴張壓力作用下，各規(guī)格的U型構(gòu)件中，混凝土強度提升普遍明顯增加了U型構(gòu)件的抗內(nèi)側(cè)擴張力能力，另外，在U型構(gòu)件的3個尺寸參數(shù)中，槽深增加顯著降低了U型構(gòu)件的強度，壁厚增加顯著提高了U型構(gòu)件的強度，而槽寬變化值對U型構(gòu)件的抗內(nèi)側(cè)擴張力的影響較小。

3 材料試驗

由于U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)型狀的特殊性，構(gòu)件材料混凝土的破壞主要為彎拉破壞，為了確定選用C20和C25混凝土?xí)r，預(yù)制構(gòu)件結(jié)構(gòu)能達到的彎拉強度值，進行構(gòu)件材料試驗。

試驗采用回彈法進行，回彈法是一種表面硬度法的混凝土無損檢測方法，試驗儀器為回彈儀，回彈儀上的彈簧驅(qū)動重錘彈擊構(gòu)件混凝土的表面，而后測量重錘反彈距離，重錘的反彈距離與彈簧的原長之比即為構(gòu)件混凝土的回彈值，以此來確定構(gòu)件混凝土強度。回彈試驗選用構(gòu)件混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，試塊數(shù)量為16塊，每個試塊完成回彈試驗后再進行抗壓強度試驗。得出的數(shù)據(jù)如圖3。

圖3 回彈值強度與試塊抗壓強度關(guān)系

圖5為回彈值與試塊抗壓強度的散點圖，為了更好表明其關(guān)系，將其分為3個區(qū)間，通過最小二乘法擬合各區(qū)間曲線，如式（1）：

式中為混凝土強度換算值；a為常數(shù)；Rai為回彈值；b為回歸系數(shù)。

擬合后的數(shù)據(jù)如表6。

表6 各區(qū)間擬合后對應(yīng)關(guān)系

擬合出的結(jié)果還原到冪級數(shù)回歸方程，如式（2）：

式中fn為混凝土的彎拉強度；fc為混凝土的抗拉強度。

根據(jù)擬合結(jié)果，C20混凝土對應(yīng)的極限彎拉強度為3.7MPa，C25 混凝土對應(yīng)的極限彎拉強度4.3MPa。

4 構(gòu)件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值確定

根據(jù)試驗結(jié)果，綜合計算得出的C20、C25混凝土極限彎拉強度值，利用結(jié)構(gòu)力學(xué)理論對不同規(guī)格U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件的強度要求進行計算，計算結(jié)果統(tǒng)計如表7和表8。

表7 C20渠槽預(yù)制構(gòu)件強度值 單位：kN/m

表8 C25渠槽預(yù)制構(gòu)件強度值 單位：kN/m

由表7、表8可知，對U型構(gòu)件的理論計算值與試驗得到的結(jié)果有一定差別，各規(guī)格的U型構(gòu)件強度的實測值要大于理論計算值，但部分U型構(gòu)件的理論計算強度值與實測值較為接近，由于假設(shè)原因，理論計算難免存在一定誤差，過于貼近理論強度值的構(gòu)件仍需提高其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

（1）U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件的強度檢測方法采用隨機抽樣內(nèi)、外壓的方法，通過統(tǒng)計學(xué)方法對比確定的標(biāo)準(zhǔn)值進行。

（2）U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件的強度理論標(biāo)準(zhǔn)值按表7和表8中的理論計算值取值。

（3）目前江西省各廠家生產(chǎn)的U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件仍有小部分構(gòu)件不能滿足標(biāo)準(zhǔn)值要求，應(yīng)適當(dāng)提高生產(chǎn)工藝。