王亞輝

（北票市龍?zhí)端畮?kù)管理處，遼寧 北票122124）

1 混凝土預(yù)制構(gòu)件概述

本次研究主要對(duì)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(jiǎn)單、施工速度快等特點(diǎn)，小型渠槽是由若干個(gè)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(shí)間后，強(qiáng)度較低的構(gòu)件容易發(fā)生斷裂破壞，堵塞農(nóng)田渠槽，對(duì)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(yàn)

2.1 受力特點(diǎn)

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(dòng)（如行走、農(nóng)業(yè)機(jī)械行走等）也會(huì)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(duì)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(yàn)

本次對(duì)U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件分別進(jìn)行內(nèi)側(cè)水平擴(kuò)壓和外側(cè)擠壓試驗(yàn)，模擬不同規(guī)格的U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的破壞過程及荷載值，兩種試驗(yàn)的加載點(diǎn)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(yàn)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(yàn)分別選用C20和C25混凝土預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備

表1 預(yù)制構(gòu)件試驗(yàn)規(guī)格參數(shù)

試驗(yàn)時(shí)，外側(cè)擠壓試驗(yàn)與內(nèi)側(cè)擴(kuò)壓試驗(yàn)分別進(jìn)行，U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件規(guī)格按表1選取，測(cè)試隨機(jī)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(gè)，采用分組試驗(yàn)進(jìn)行。

2.3 外側(cè)擠壓試驗(yàn)結(jié)果

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

表2 C20混凝土預(yù)制構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表2

表3 C25混凝土預(yù)制構(gòu)件試驗(yàn)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(qiáng)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(gè)尺寸參數(shù)中，槽深增加顯著降低了U型構(gòu)件的強(qiáng)度，壁厚增加顯著提高了U型構(gòu)件的強(qiáng)度，而槽寬變化值對(duì)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(kuò)壓試驗(yàn)結(jié)果

C20混凝土混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件內(nèi)側(cè)擴(kuò)壓試驗(yàn)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(kuò)壓試驗(yàn)結(jié)果如表5。

表4 C20混凝土預(yù)制構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果

表5 C25混凝土預(yù)制構(gòu)件試驗(yàn)結(jié)果

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

3 材料試驗(yàn)

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(dá)到的彎拉強(qiáng)度值，進(jìn)行構(gòu)件材料試驗(yàn)。

試驗(yàn)采用回彈法進(jìn)行，回彈法是一種表面硬度法的混凝土無損檢測(cè)方法，試驗(yàn)儀器為回彈儀，回彈儀上的彈簧驅(qū)動(dòng)重錘彈擊構(gòu)件混凝土的表面，而后測(cè)量重錘反彈距離，重錘的反彈距離與彈簧的原長(zhǎng)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(qiáng)度?；貜椩囼?yàn)選用構(gòu)件混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，試塊數(shù)量為16塊，每個(gè)試塊完成回彈試驗(yàn)后再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。得出的數(shù)據(jù)如圖3。

圖3 回彈值強(qiáng)度與試塊抗壓強(qiáng)度關(guān)系

圖5為回彈值與試塊抗壓強(qiáng)度的散點(diǎn)圖，為了更好表明其關(guān)系，將其分為3個(gè)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(qiáng)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(duì)應(yīng)關(guān)系

擬合出的結(jié)果還原到冪級(jí)數(shù)回歸方程，如式（2）：

式中fn為混凝土的彎拉強(qiáng)度；fc為混凝土的抗拉強(qiáng)度。

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

4 構(gòu)件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值確定

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

表7 C20渠槽預(yù)制構(gòu)件強(qiáng)度值 單位：kN/m

表8 C25渠槽預(yù)制構(gòu)件強(qiáng)度值 單位：kN/m

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

5 結(jié)語(yǔ)

（1）U型混凝土渠槽預(yù)制構(gòu)件的強(qiáng)度檢測(cè)方法采用隨機(jī)抽樣內(nèi)、外壓的方法，通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)比確定的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行。

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