本发明公开了混凝土材料在静态载荷作用下损伤演化的测量方法，优点是该方法能够测量不同载荷情况下混凝土材料的损伤演化规律，测量结果比较准确，具有广泛的实际工程应用性和理论价值；而且方法中所使用的仪器设备简单，操作简单方便。
1.混凝土材料在静态载荷作用下损伤演化的测量方法，其特征在于包括以下具体步骤：(1)、根据混凝土的配合比设计，制作尺寸为150mm×150mm×150mm的混凝土标准试件，并对制作好的混凝土标准试件进行标准养护，标准养护条件为：养护温度20±2℃、湿度
(2)、选定混凝土标准试件中的任意一组相对平面，在其中一个平面上，取位于该平面对角线上的至少两个测点，记为测点1、2…m，m≥2且取整数，再在另一个平面上与测点1、
2…m相对应的位置处取测点，并记为测点1’、2’…m’；
(3)、将非金属超声波检测仪中的换能器与主机连接牢固、稳定，并根据混凝土标准试件的尺寸，设定非金属超声波检测仪的发射电压为1000V、采样周期为0.4ms、发射波宽为
(4)、选定与测点所在平面相垂直的其中一组相对平面作为施加载荷面，并将其中一个平面与地面或者工作台面水平接触，在另一个平面上分别依次施加不同的静态载荷P0、P1…Pn，n取整数，其中P0＝0，Pn≤σ·S，σ为混凝土材料配合比设计强度，S为混凝土标准试件的承载面面积；
(5)、当混凝土标准试件所受静态载荷为P0时，在非金属超声波检测仪的换能器上均匀涂抹耦合剂，并将换能器的发射端沿与测点1所在平面相垂直的方向固定在测点1上，将换能器的接收端沿与测点1’所在平面相垂直的方向固定在测点1’上，测出测点1的超声波纵波波速，为C01，然后按照相同的操作依次测出测点2…m的超声波纵波波速，记为C02…C0m；
(6)、当混凝土标准试件所受静态载荷分别为P1…Pn时，按照步骤(5)的操作分别对混凝土标准试件上的各个测点进行超声波检测，并记录相应静态载荷下混凝土标准试件的测点
1、2…m处的超声波纵波波速，记为：C11、C12…C1m，…，Cn1、Cn2…Cnm，然后分别求出相应静态载荷P0、P1…Pn下混凝土标准试件的超声波纵波波速的平均值，记为C0、C1…Cn，其中：(7)、将得到的不同静态载荷作用下混凝土标准试件的超声波纵波波速的平均值C0、C1…Cn分别代入混凝土材料的损伤关系式 中，其中：k＝0,1,2…n，得到不同静态载荷下所对应的混凝土标准试件的损伤值D0、D1…Dn，然后以不同静态载荷作用下的混凝土标准试件的应力值 为横坐标，以相应应力状态下所对应的混凝土标准试件的损伤值D0、D1…Dn为纵坐标，用MATLAB数学软件进行B样条的数据拟合，得到应力-损伤函数的三次B样条光滑曲线，便得到混凝土材料在静态载荷作用下的损伤演化规律。
2.如权利要求1所述的混凝土材料在静态载荷作用下损伤演化的测量方法，其特征在于所述的步骤(2)中，测点为3个且均分分布在平面的对角线上。
混凝土材料在静态载荷作用下损伤演化的测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及混凝土材料的损伤演化测量，尤其涉及混凝土材料在静态载荷作用下损伤演化的测量方法。
背景技术
[0002] 目前在工程上，混凝土是一种应用非常广泛的结构材料，它被大量使用在民用建筑、道路桥梁、军事掩体、核设施、海上平台等。混凝土材料在服役过程中，主要受到静态载荷的作用。在静态载荷作用下，混凝土材料内部不可避免地会有损伤形成并伴随着损伤演化。而混凝土材料的损伤演化规律是构建混凝土材料本构关系以及对混凝土设施进行安全监控的基础，但是目前还没有对混凝土材料在静态载荷作用下损伤演化的测量方法。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种混凝土材料在静态载荷作用下损伤演化的测量方法。
[0004] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：混凝土材料在静态载荷作用下损伤演化的测量方法，包括以下具体步骤：
[0005] (1)、根据混凝土的配合比设计，制作尺寸为150mm×150mm×150mm的混凝土标准试件，并对制作好的混凝土标准试件进行标准养护，标准养护条件为：养护温度20±2℃、湿度95％以上、时间28天；
[0006] (2)、选定混凝土标准试件中的任意一组相对平面，在其中一个平面上，取位于该平面对角线上的至少两个测点，记为测点1、2…m，m≥2且取整数，再在相对平面上与测点1、2…m相对应的位置处取测点，并记为测点1’、2’…m’；
[0007] (3)、将非金属超声波检测仪中的换能器与主机连接牢固、稳定，并根据混凝土标准试件的尺寸，设定非金属超声波检测仪的发射电压为1000V、采样周期为0.4ms、发射波宽为0.08ms；
[0008] (4)、选定与测点所在平面相垂直的其中一组相对平面作为施加载荷面，并将其中一个平面与地面或者工作台面水平接触，在相对平面上分别依次施加不同的静态载荷P0、P1…Pn，n取整数，其中P0＝0，Pn≤σ·S，σ为混凝土材料配合比设计强度，S为混凝土标准试件的承载面面积；
[0009] (5)、当混凝土标准试件所受静态载荷为P0时，在非金属超声波检测仪的换能器上均匀涂抹耦合剂，并将换能器的发射端沿与测点1所在平面相垂直的方向固定在测点1上，将换能器的接收端沿与测点1’所在平面相垂直的方向固定在测点1’上，测出测点1的超声波纵波波速，为C01，然后按照相同的操作依次测出测点2…m的超声波纵波波速，记为C02…C0m；
[0010] (6)、当混凝土标准试件所受静态载荷分别为P1…Pn时，按照步骤(5)的操作分别对混凝土标准试件上的各个测点进行超声波检测，并记录相应静态载荷下混凝土标准试件的测点1、2…m处的超声波纵波波速，记为：C11、C12…C1m，…，Cn1、Cn2…Cnm，然后分别求出相应静态载荷P0、P1…Pn下混凝土标准试件的超声波纵波波速的平均值，记为C0、C1…Cn，其中：
[0011] (7)、将得到的不同静态载荷作用下混凝土标准试件的超声波纵波波速的平均值C0、C1…Cn分别代入混凝土材料的损伤关系式 中，其中：k＝0,1,2…n，得到不同静态载荷下所对应的混凝土标准试件的损伤值D0、D1…Dn，然后以不同静态载荷作用下的混凝土标准试件的应力值 为横坐标，以相应应力状态下所对应的混凝土标准
试件的损伤值D0、D1…Dn为纵坐标，用MATLAB数学软件进行B样条的数据拟合，得到应力-损伤函数的三次B样条光滑曲线，便得到混凝土材料在静态载荷作用下的
损伤演化规律。
[0012] 所述的步骤(2)中，测点为3个且均分分布在平面的对角线上。
[0013] 与现有技术相比，本发明的优点是该方法能够测量不同载荷情况下混凝土材料的损伤演化规律，测量结果比较准确，具有广泛的实际工程应用性和理论价值；而且方法中所使用的仪器设备简单，操作简单方便。
附图说明
[0014] 图1为本发明中在混凝土标准试件上的加载面与测试面的示意图；
[0015] 图2为本发明所测量得到的混凝土材料的损伤演化规律。
具体实施方式
[0016] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0017] 如图所示，混凝土材料在静态载荷作用下损伤演化的测量方法，包括以下具体步骤：
[0018] (1)、根据混凝土的配合比设计，制作尺寸为150mm×150mm×150mm的混凝土标准试件，并对制作好的混凝土标准试件进行标准养护，标准养护条件为：养护温度20±2℃、湿度95％以上、时间28天；
[0019] (2)、选定混凝土标准试件中的前后一组相对平面，在前平面上，取均匀分布在该平面对角线上的三个测点，记为测点1、2、3，再在后平面上与测点1、2、3相对应的位置处取测点，并记为测点1’、2’、3’；
[0020] (3)、将非金属超声波检测仪中的换能器与主机连接牢固、稳定，并根据混凝土标准试件的尺寸，设定非金属超声波检测仪的发射电压为1000V、采样周期为0.4ms、发射波宽为0.08ms；
[0021] (4)、选定与测点所在平面相垂直的上下一组相对平面作为施加载荷面，并将下平面与工作台面水平接触，在上平面上分别依次施加不同的静态载荷0kN、100kN、200kN、300kN、400kN、500kN、600kN，混凝土材料的配合比设计强度σ为30MPa，混凝土标准试件的承载面面积S为0.0225m2；
[0022] (5)、当混凝土标准试件所受静态载荷为0kN时，在非金属超声波检测仪的换能器上均匀涂抹耦合剂，并将换能器的发射端沿与测点1所在平面相垂直的方向固定在测点1上，将换能器的接收端沿与测点1’所在平面相垂直的方向固定在测点1’上，测出测点1的超声波纵波波速4.624km/s，然后按照相同的操作依次测出测点2、3的超声波纵波波速分别为4.639km/s、4.652km/s；
[0023] (6)、当混凝土标准试件所受静态载荷分别为100kN、200kN、300kN、400kN、500kN、600kN时，按照步骤(5)的操作分别对混凝土标准试件上的各个测点进行超声波检测，并记录相应静态载荷下混凝土标准试件的测点1、2、3处的超声波纵波波速，分别为：4.416km/s、
4.447km/s、4.433km/s，4.122km/s、4.198km/s、4.164km/s,3.746km/s、3.761km/s、
3.785km/s,3.248km/s、3.268km/s、3.275km/s,2.657km/s、2.690km/s、2.635km/s,
1.935km/s、1.949km/s、1.925km/s，然后分别求出相应静态载荷下混凝土标准试件的超声波纵波波速的平均值，分别为：4.638km/s、4.432km/s、4.161km/s、3.746km/s、3.264km/s、
2.661km/s、1.936km/s；
[0024] (7)、将得到的不同静态载荷作用下混凝土标准试件的超声波纵波波速的平均值4.638km/s、4.432km/s、4.161km/s、3.746km/s、3.264km/s、2.661km/s、1.936km/s分别代入混凝土材料的损伤关系式 中，其中：k＝0,1,2…7，得到不同静态载荷下所对
应的混凝土标准试件的损伤值0、0.0869、0.1951、0.3414、0.5047、0.6708、0.8258，然后以不同静态载荷作用下的混凝土标准试件的应力值0MPa、4.444MPa、8.888MPa、13.333MPa、
17.778MPa、22.222MPa、26.667MPa为横坐标，以相应应力状态下所对应的混凝土标准试件的损伤值为纵坐标，用MATLAB数学软件进行B样条的数据拟合，得到 应力-损伤函数的三次B样条光滑曲线，便得到混凝土材料在静态载荷作用下的损伤演化规律。
[0025] 以下是对混凝土材料的损伤关系式的推导过程，本推导以《应力波理论》、《损伤力学》材料为基础：
[0026] 超声波通过三种形式在混凝土介质中传播，纵波、横波和表面波，而纵波的传播速度是最快的，故本方法主要研究混凝土材料中纵波的传播规律。假定混凝土材料为均匀介质，那么它的动态弹性模量Ed与在其中传播的纵波波速C1的关系可以用下式表示：
[0027]
[0028] 其中：Ed为混凝土材料的动态弹性模量，C1为在混凝土中传播的纵波波速，ρ为混凝土材料的密度，ν为混凝土材料的泊松比。
[0029] 从而可得到在混凝土材料中的初始波速E0，其中：C0为在混凝土中传播的初始纵波波速，ρ0为混凝土材料的初始密度，ν0为混凝土材料的初始泊松比，而混凝土材料在受静态载荷过程中，本研究假定混凝土材料的密度不变，并且泊松比效应对混凝土损伤的影响不大，那么混凝土在受静态载荷过程中的损伤演化就表现为混凝土动弹性模量的演化，设混凝土受静态载荷过程中，对混凝土造成的损伤值为D，则可以得出：
[0030] 把(2)式代入(3)式，就可以得出混凝土的损伤值D的关系式：
[0031]
[0032] 其中：C0为在混凝土中传播的初始纵波波速，C为混凝土在不同静态载荷情况下，在混凝土材料中传播的超声波纵波波速。
