本發(fā)明涉及混凝土建筑工程設(shè)計計算、安全評價和服役壽命研究以及粉煤灰摻量影響研究
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體的說是一種計算地下工程混凝土全齡期抗壓強度的方法。
背景技術(shù)：
：地下工程近些年來高速發(fā)展，規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，對其安全性、壽命的要求也越來越高。在進行復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、安全評價和服役壽命研究時，需要計算該工程混凝土全齡期抗壓強度。在某些完全建立在試驗基礎(chǔ)上的全齡期抗壓強度計算方式，雖然精度高，但試驗時間長、費用高，對于小型工程和大型工程的初步設(shè)計、施工過程實時優(yōu)化是困難的，混凝土種類多的大型工程也是難以全面做到。為此，朱伯芳院士針對地面大體積混凝土(對級配)通過大量室內(nèi)試驗提出了rc28計算的經(jīng)驗公式(見《大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制》)和全齡期抗壓強度計算公式：rc28＝arc28(c/w-b)(1)rc(τ)＝rc28[1+mln(τ/28)](2)式中：rc28—28d齡期混凝土的抗壓強度，mpa；c-水泥用量，kg/m3；w-用水量，kg/m3；rc28-28d齡期水泥強度(軟練法)，mpa；a、b-試驗系數(shù)，見《大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制》；rc(τ)—齡期τ的混凝土抗壓強度，mpa；τ—齡期，d；m—系數(shù)，與水泥品種有關(guān)。系數(shù)m，推薦中國水利水電科學(xué)研究院的試驗結(jié)果：礦渣硅酸鹽水泥，m＝0.2471；普通硅酸鹽水泥，m＝0.1727；普通硅酸鹽水泥，摻60％粉煤灰，m＝0.3817。由于各工程中的水泥、砂石骨料、外加劑等差異極大，各有關(guān)規(guī)范對于混凝土大多是以28d齡期為設(shè)計齡期，為滿足工程設(shè)計與施工基本要求，一般都會進行混凝土配合比優(yōu)化和28d齡期抗壓強度試驗?，F(xiàn)行《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》推薦各種強度等級混凝土的標準值、試驗值，并在附錄中對應(yīng)礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥推薦7d、60d、90d與28d強度關(guān)系的計算系數(shù)(表1)。表1混凝土不同齡期的抗壓強度比值注：表中強度比值是以28d齡期強度為基礎(chǔ)，適合c30以下混凝土，對于c30以上混凝土強度比值必須通過試驗確定。近些年，圍繞著地下工程對高強、抗沖耐磨、抗?jié)B、抗凍、防裂等要求的高性能混凝土研制，混凝土性能不斷改良優(yōu)化。如高性能外加劑摻入混凝土用水量減少，強度提高，施工性能改善，使得以上式(1)計算rc28值誤差增大；粉煤灰摻入，而且地下工程大多在10％～30％，使得混凝土全齡期抗壓強度發(fā)展過程改變，上述式(2)推薦m值都不能再適用，表1中的比值也不再適用。而且表1只適合c30以下混凝土，地下工程特別是大型水電站的泄洪洞等大多是c30以上高強混凝土，有的甚至達到c70(小浪底泄洪洞)，表1完全不能適用。另外，地下工程中的機組蝸殼、巖錨梁、泄洪洞底板襯砌甚至邊墻襯砌混凝土，為了減少施工期溫度裂縫，盡可能采用泵送混凝土；而泄洪洞邊頂拱等結(jié)構(gòu)則大多采用泵送施工，級配少，水泥用量大，外加劑多，混凝土性能及其演變規(guī)律已經(jīng)與泵送混凝土完全不一致。綜合以上情況說明，目前全齡期抗壓強度的計算方法，已經(jīng)不能適合現(xiàn)代地下工程高性能混凝土抗壓強度全齡期計算，不能滿足設(shè)計計算、安全評價和服役壽命研究等需要，特別是摻粉煤灰及其不同粉煤灰摻量混凝土地下工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算、安全評價和服役壽命研究等，也不能反映區(qū)分泵送與泵送混凝土膠凝材料及其用量、外加劑等顯著區(qū)別帶來的影響。因此，迫切需要區(qū)別泵送、泵送類別，提出基于現(xiàn)代地下工程摻粉煤灰混凝土試驗成果得出的新全齡期抗壓強度計算公式和方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明克服了以上
背景技術(shù)：
部分所涉及的現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種計算地下工程混凝土全齡期抗壓強度的方法?？紤]到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，根據(jù)本發(fā)明公開的一個方面，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種用于地下工程混凝土全齡期抗壓強度的計算方法，包括：步驟一、分析計算確定混凝土設(shè)計齡期抗壓強度；步驟二、獲取混凝土28d齡期抗壓強度；步驟三、計算混凝土全齡期抗壓強度。為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，進一步的技術(shù)方案是：根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所述步驟一為根據(jù)設(shè)計規(guī)范和粉煤灰混凝土性能試驗成果，分析確定混凝土設(shè)計齡期抗壓強度計算取值；或者根據(jù)地下工程具體結(jié)構(gòu)部位設(shè)計混凝土強度等級和設(shè)計規(guī)范確定混凝土設(shè)計齡期抗壓強度。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，在有能夠進行混凝土性能試驗的情況下，根據(jù)試驗成果和規(guī)范計算確定混凝土設(shè)計齡期抗壓強度。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，在有28d齡期抗壓強度rc28試驗值的情況下，選取28d齡期抗壓強度rc28試驗值作為所述步驟二中獲取的混凝土28d齡期抗壓強度值。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，在混凝土設(shè)計齡期為28d的情況下，以混凝土28d齡期抗壓強度rc28作為所述步驟二中獲取的混凝土28d齡期抗壓強度值。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，在混凝土設(shè)計齡期為90d的情況下，所述步驟二中混凝土28d齡期抗壓強度rc28通過以下公式(1)計算：rc90＝10.3944+0.9898rc28(1)式中，rc28和rc90為混凝土28d和90d齡期抗壓強度，單位mpa；α為混凝土中粉煤灰摻量與總膠凝材料比值的百分數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，在混凝土設(shè)計齡期為7d的情況下，所述步驟二中混凝土28d齡期抗壓強度rc28通過以下公式(2)計算：rc28＝8.2535+1.2561rc7(2)式中，rc7、rc28為混凝土7d、28d齡期抗壓強度，單位mpa；α為混凝土中粉煤灰摻量與總膠凝材料比值的百分數(shù)。本發(fā)明還可以是：根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案，所述步驟三中混凝土全齡期抗壓強度rc的計算方法為將齡期τ、28d混凝土的抗壓強度rc28和混凝土中粉煤灰摻量α代入式(3)計算得到：rc(τ)＝rc28[1+0.2062ln(τ/28)](3)式中，rc(τ)—齡期τ的混凝土抗壓強度，單位mpa；rc28—齡期28d混凝土的抗壓強度，單位mpa；α-混凝土中粉煤灰摻量與總膠凝材料比值的百分數(shù)；τ—齡期，單位d。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果之一是：本發(fā)明的一種計算地下工程混凝土全齡期抗壓強度的方法，其通過大量實際地下工程混凝土抗壓強度試驗成果的統(tǒng)計分析，能合理反映地下工程混凝土抗壓強度與齡期的關(guān)系、典型齡期抗壓強度之間的關(guān)系，以及粉煤灰摻量的影響，可以迅速高精度計算地下工程混凝土全齡期抗壓強度，完全可以應(yīng)用于實際工程設(shè)計計算、安全評價和服役壽命研究，以及粉煤灰摻量影響研究等，特別是初步設(shè)計和現(xiàn)場實時計算分析；且計算公式簡單，使用方便。附圖說明為了更清楚的說明本申請文件實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)的描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是對本申請文件中一些實施例的參考，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可以根據(jù)這些附圖得到其它的附圖。圖1為混凝土90d抗壓強度與28d抗壓強度的關(guān)系曲線示意圖。圖2為混凝土28d抗壓強度與7d抗壓強度關(guān)系曲線示意圖。圖3為混凝土抗壓強度與28d抗壓強度比值和齡期關(guān)系曲線示意圖。圖4為地下電站機組蝸殼c25常態(tài)混凝土全齡期抗壓強度曲線示意圖。圖5為泄洪洞襯砌c9040泵送混凝土全齡期抗壓強度曲線示意圖。圖6為地下工程混凝土抗壓強度統(tǒng)計表(附表1)。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。為了解決上述
背景技術(shù)：
的問題，本發(fā)明以中國長江三峽集團公司組織開發(fā)建設(shè)的三峽永久船閘和右岸地下電站、溪洛渡水電站、向家壩水電站、白鶴灘水電站、烏東德水電站等特大型地下工程摻粉煤灰混凝土250余組試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，采用如下技術(shù)方案進行研究。一種計算地下工程混凝土全齡期抗壓強度的方法，包括如下步驟：(1)分析計算確定混凝土設(shè)計齡期抗壓強度；(2)計算混凝土28d齡期抗壓強度；(3)計算混凝土全齡期抗壓強度。對于具體的地下工程(包括其全部結(jié)構(gòu)部位)，設(shè)計人一般都要根據(jù)有關(guān)設(shè)計規(guī)范、建筑物的級別、運行期工程結(jié)構(gòu)安全性和防滲、抗凍、抗侵蝕、抗沖耐磨等要求，確定具體結(jié)構(gòu)部位混凝土的技術(shù)指標，包括設(shè)計齡期(大多28d，也有的是90d、180d)抗壓強度和滿足抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、抗沖刷等耐久性要求。技術(shù)設(shè)計階段，設(shè)計人或者是設(shè)計人主導(dǎo)委托專門科研人，還要對具體結(jié)構(gòu)部位的混凝土，根據(jù)設(shè)計技術(shù)指標，采用工程原材料進行混凝土配合比優(yōu)化，進行混凝土有關(guān)設(shè)計指標性能試驗，推薦施工配合比。在施工過程中，施工單位一般再參考推薦施工配合比，進行28d抗壓強度和施工性能試驗，在28d抗壓強度滿足設(shè)計要求的前提下確定施工配合比。上述步驟(1)分析計算確定混凝土設(shè)計齡期抗壓強度，是與設(shè)計人共同根據(jù)有關(guān)設(shè)計規(guī)范和混凝土性能試驗成果，分析確定混凝土設(shè)計齡期抗壓強度計算取值。對于小型工程和沒有進行混凝土性能試驗(如可研設(shè)計階段)的情況，根據(jù)地下工程具體結(jié)構(gòu)部位設(shè)計混凝土強度等級(包括設(shè)計齡期)和有關(guān)設(shè)計規(guī)范計算確定混凝土設(shè)計齡期抗壓強度(由于抗壓強度試驗值都是標準立方體壓縮試驗值，因此該值可以取配置強度)；在有全面的設(shè)計指標性能試驗的情況，根據(jù)試驗成果和有關(guān)規(guī)范計算確定混凝土設(shè)計齡期抗壓強度。上述步驟(2)計算混凝土28d齡期抗壓強度，是根據(jù)步驟(1)計算確定的混凝土設(shè)計齡期抗壓強度計算。當(dāng)混凝土設(shè)計齡期為28d時，混凝土28d齡期抗壓強度rc28等于設(shè)計齡期抗壓強度；當(dāng)有28d齡期抗壓強度rc28試驗值時，可以取28d齡期抗壓強度rc28試驗值；當(dāng)混凝土設(shè)計齡期為90d時，由式(1)計算rc28：rc90＝10.3944+0.9898rc28(1)式中，rc28和rc90為混凝土28d和90d齡期抗壓強度，單位mpa；α為混凝土中粉煤灰摻量與總膠凝材料比值的百分數(shù)。如果只進行了混凝土7d齡期抗壓強度試驗(如施工期)時，可以按式(2)計算計算rc28：rc28＝8.2535+1.2561rc7(2)式中，rc7、rc28為混凝土7d、28d齡期抗壓強度，單位mpa；α為混凝土中粉煤灰摻量與總膠凝材料比值的百分數(shù)。上述步驟(3)計算摻粉煤灰混凝土全齡期抗壓強度，是將齡期τ、28d混凝土的抗壓強度rc28和混凝土中粉煤灰摻量α代入式(3)計算得到rc(τ)＝rc28[1+0.2062ln(τ/28)](3)式中：rc(τ)—齡期τ的混凝土抗壓強度，單位mpa；rc28—齡期28d混凝土的抗壓強度，單位mpa；α-混凝土中粉煤灰摻量與總膠凝材料比值的百分數(shù)；τ—齡期，單位d。上述步驟(2)的式(1)、式(2)和步驟(3)的式(3)根據(jù)列舉的如下技術(shù)方案獲得。中國長江三峽集團公司開發(fā)建設(shè)的三峽水利樞紐、溪洛渡水電站、向家壩水電站、白鶴灘水電站、烏東德水電站，在進行其中的特大型地下工程建設(shè)過程中，進行了250余組地下工程摻粉煤灰混凝土試驗，抗壓強度統(tǒng)計列于附表1(圖6所示表格)。上述步驟(2)的式(1)混凝土90d齡期與28d齡期抗壓強度關(guān)系，是對附表1試驗成果中混凝土90d齡期與28d齡期抗壓強度進行線性統(tǒng)計(圖1)分析獲得的。上述步驟(2)的式(2)混凝土28d齡期與7d齡期抗壓強度關(guān)系，是對附表1試驗成果中混凝土28d齡期與7d齡期抗壓強度進行線性統(tǒng)計(圖2)分析獲得的。上述步驟(3)的式(3)混凝土抗壓強度與齡期的關(guān)系，是將附表1試驗成果中混凝土7d、28d、90d、180d、360d齡期抗壓強度，轉(zhuǎn)化為rc/rc28與ln(τ/28)的關(guān)系進行線性統(tǒng)計(圖3)分析獲得的。實例1：水電站地下廠房巖壁吊車梁混凝土溪洛渡水電站地下廠房機組蝸殼最大寬度27.69m，蝸殼進口直徑7.20m。蝸殼混凝土施工采取從下往上分層澆筑，澆筑層厚度約為1.50～2.0m，上升速度為0.3～0.5m/h。蝸殼混凝土設(shè)計考慮為28天二級配c25常態(tài)混凝土?？裳性O(shè)計階段進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，采用有限元法計算施工期至運行期各階段動靜力作用下的安全性，因此需要進行全齡期抗壓強度的計算。(1)分析計算確定混凝土設(shè)計齡期抗壓強度可研設(shè)計階段，沒有進行混凝土性能試驗。根據(jù)《水電站設(shè)計規(guī)范》，地下電站機組蝸殼采用c25常態(tài)混凝土(設(shè)計齡期28d)。根據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程(sl352-2006)》附錄a，混凝土的配制強度fcu,0＝fcu,k+tσ(4)式中：fcu,0為混凝土的配制強度，mpa；fcu,k為設(shè)計齡期的設(shè)計抗壓強度，mpa；t為保證率系數(shù)，由給定的保證率p選定；σ為混凝土抗壓強度標準差，mpa。根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》第4.1.2條:混凝土強度等級應(yīng)按立方體抗壓強度標準值確定，……,在28d齡期用標準試驗方法測得的具有95％保證率的抗壓強度。由《水工混凝土試驗規(guī)程(sl352-2006)》表a.2.2，95％保證率的t值1.645；由表a.2.4查得c25混凝土抗壓強度標準差4.0mpa。代入式(4)計算得混凝土的配制強度31.58mpa。所以混凝土28d設(shè)計齡期抗壓強度為31.58mpa。(2)計算混凝土28d齡期抗壓強度根據(jù)步驟(1)計算確定的混凝土28d設(shè)計齡期抗壓強度為31.58mpa。當(dāng)混凝土設(shè)計齡期為28d時，混凝土28d齡期抗壓強度rc28等于設(shè)計齡期抗壓強度31.58mpa。(3)計算混凝土全齡期抗壓強度將齡期τ和28d混凝土的抗壓強度31.58mpa代入式(5)，即可計算溪洛渡水電站機組蝸殼c25常態(tài)混凝土全齡期抗壓強度，典型齡期抗壓強度值列于表2，全齡期抗壓強度示于圖4。表2機組蝸殼c25常態(tài)混凝土典型齡期抗壓強度單位：mpa齡期(天)7289018036072010801440計算值22.5531.5839.1843.7048.2152.7255.3657.24試驗值26.835.245.851.6誤差(％)15.810.314.415.3修正計算值25.1435.243.6748.7153.7458.7761.7163.80修正后誤差6.20.04.65.6(4)誤差分析在技術(shù)設(shè)計階段，設(shè)計單位對機組蝸殼c25常態(tài)混凝土進行了性能試驗，典型齡期抗壓強度試驗結(jié)果也列于附圖6的表格中。根據(jù)附圖6抗壓強度式(3)計算值和試驗值誤差計算分析，都是試驗值大于計算值，最大相對誤差15.8％。原因在于，可研設(shè)計階段沒有進行混凝土性能試驗，取設(shè)計齡期的抗壓強度等于配制強度(計算值)，而工程中為安全起見，實際配置混凝土的強度都大于計算配制強度，即試驗強度大于計算配制強度。當(dāng)然，這樣取值計算混凝土全齡期抗壓強度也是偏于安全的。如果采用28d齡期試驗值代入式(3)計算混凝土全齡期抗壓強度，則誤差很小(見表2修正值和修正后誤差)，最大相對誤差6.2％。誤差分析結(jié)果表明，本發(fā)明方法是科學(xué)的，計算公式精度高，在采用規(guī)范推薦計算配制強度代入式(3)計算混凝土全齡期抗壓強度，誤差稍大些，偏于安全；采用28d齡期試驗值代入式(3)計算混凝土全齡期抗壓強度，精度高。實例2：泄洪洞襯砌混凝土某水電站為大(一)型，泄洪洞為ⅰ級建筑物。泄洪洞無壓段襯砌混凝土設(shè)計強度等級為c9040常態(tài)混凝土。在進行襯砌結(jié)構(gòu)襯砌運行期安全性計算分析時需要進行全齡期抗壓強度的計算。(1)分析計算確定混凝土設(shè)計齡期抗壓強度泄洪洞建成后需要相當(dāng)長時間才投入使用，因而采用90d齡期設(shè)計，混凝土強度等級c9040。鑒于泄洪洞安全運行的重要性，在招標設(shè)計過程中進行了襯砌混凝土配合比優(yōu)化和全面的設(shè)計指標性能試驗。根據(jù)試驗成果，90d齡期抗壓強度值54.1mpa，即混凝土90d設(shè)計齡期抗壓強度54.1mpa。(2)計算混凝土28d齡期抗壓強度混凝土設(shè)計齡期為90d，將90d設(shè)計齡期抗壓強度54.1mpa代入式(3)計算rc28＝(54.1-10.3944)/0.9898＝44.16mpa。(3)計算混凝土全齡期抗壓強度將齡期τ和28d混凝土的抗壓強度44.16mpa代入式(3)，即可計算溪洛渡泄洪洞c9040泵送混凝土全齡期抗壓強度，典型齡期抗壓強度值列于表3，全齡期抗壓強度示于圖5。表3泄洪洞襯砌c9040泵送混凝土典型齡期抗壓強度單位：mpa齡期(天)7289018036072010801440計算值31.5444.1654.161.1067.4273.7377.4280.04試驗值3044.654.158.8誤差(％)-5.11.0-1.3-3.9(4)誤差分析表2和圖5結(jié)果表明，抗壓強度式(3)計算值和試驗值誤差很小，最大誤差僅5.1％。以上實例計算分析結(jié)果表明，本發(fā)明計算公式簡單，能合理反映地下工程摻粉煤灰混凝土抗壓強度與齡期的關(guān)系、典型齡期抗壓強度之間的關(guān)系，以及粉煤灰摻量的影響，可以迅速高精度計算地下工程摻粉煤灰混凝土全齡期抗壓強度，完全可以應(yīng)用于實際工程設(shè)計計算、安全評價和服役壽命研究等，特別是初步設(shè)計和現(xiàn)場實時計算分析。本發(fā)明的保護范圍并不限于地下工程摻粉煤灰混凝土全齡期抗壓強度計算，通過適當(dāng)調(diào)整和變形，完全可以在類似工程特別是地面工程結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行某些公式結(jié)構(gòu)的變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。倘若這些改動和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則發(fā)明的意圖也包含這些改動和變形在內(nèi)。本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。當(dāng)前第1頁12