鉆孔應力釋放法檢測評估方法的體系設計★

許紅葉 楊維國 鄒常進 柳 霆

(1.湖南高速鐵路職業技術學院，湖南 衡陽 421002； 2.湖南恒德檢測有限公司，湖南 衡陽 421002)

1 概述

鉆孔應力釋放法誕生已有85年(1934德國學者J.Mathar提出)歷史。鉆孔應力釋放法主要應用于鋼結構現存應力或殘余應力測試。對于混凝土結構的應用，由于其物理力學性質的原因和計算手段的落后，相對來說比較少，但是隨著鉆孔機械和計算理論的進步，鉆孔應力釋放法開始在混凝土結構，尤其是在預應力混凝土結構中得到了應用。由于應用實踐方面的實例比較不多，因此還有許多工作需要工程科研人員去做，對其評估方法體系進行規劃，使其理論化、條理化、系統化。

2 評估指標

混凝土的組成材料有五種，每種材料的性質不一。五種材料發生化學反應后合成的混凝土，相比鋼材，結構性能不具備良好的穩定性。我們研究團隊搜集了2001年—2018年相關文獻(2001年之前應力釋放法未應用于混凝土結構)，見表1，發現以下指標是大多數科研人員在評估時考慮的指標。

2.1 彈性模量

彈性模量是工程技術人員非常重視的一個指標。目前研究彈性模量的理論和實踐非常多，但由于工程所處環境多變，并未建立一個統一的標準。為了便于研究，我們建議采用現場實測彈性模量，考慮靜載工況和動載工況，并考慮骨料、混凝土的強度、水泥石、混凝土的養護時間及混凝土的養護條件等次級指標進行修正。

表1 部分典型代表性文獻統計結果

2.2 鉆孔孔徑

混凝土結構中的鉆孔一般屬于大鉆孔，這種鉆孔與鋼結構有非常明顯的不同，主要考慮混凝土是非均勻質材料，骨料的性能不同于混凝土的性能，因此所鉆取的鉆孔一般比較大，但是在檢測過程中還是要做區分，可以考慮：1)常規鉆孔(梁板)；2)小鉆孔(桿件)。

2.3 應變片距鉆孔中心距離

應變片距鉆孔中心距離的不同會對應變測試響應產生一些誤差，應力集中程度有所區別，這個數據需要進行修正，一般誤差在10%～20%。

2.4 材料密度(容重)

工程中混凝土和鋼筋的種類繁多，不同密度的材料，對現存應力的影響是有所不同的。一般情況下，相對密度大，說明材料緊密，能夠發揮出來的物理力學性能更好。

2.5 收縮徐變

收縮徐變是一對相伴而生的工程現象，影響因素眾多。通過分析文獻[3]的研究成果，我們建議：1)收縮考慮采用當量收縮(溫度轉移)；2)徐變考慮采用齡期影響的徐變系數。

2.6 微損類型

由于微損類型不同，比如開槽口，切口形式、開孔形式以及空洞大小、形狀的影響，可能造成的應力集中效應也會有所不同。因此，需要借助應力集中系數來考慮應力集中的程度。

2.7 振動

在進行鉆孔試驗的過程中，由于操作人員的熟練度、機器的性能、環境影響，會產生一些振動，應變計處于臨時受壓工況，鉆孔后得到釋放，會影響最終的檢測數據，考慮能否將應力釋放速度放緩。

2.8 溫度

溫度對結構有比較大的影響，有兩方面的溫度需要考慮：1)環境溫度，受季節和日照影響；2)機械溫度，受檢測機械工作影響。

3 評估流程

1)確定評估因子及主副因子。

關于評估因子的選定，我們注意到8個評估指標，但是有的評估指標可以考慮用來修正結果，比如應變片距鉆孔中心距離。選擇主副因子時，我們要考慮：a.數據獲得難度；b.出現頻率；c.研究者關注度；d.與其他因子關聯度等工況(見表2)。

表2 評估因子的工況

通過對8個評估指標的研究分析，我們確定以下主副因子并進行編碼，見表3。

2)確定分級標準及預采取措施。

分級標準見表4。

3)標準化試驗并建立共享數據庫。

為了成果能夠得到廣泛的適用范圍，借鑒混凝土強度的確定方法，構建標準化實驗和建立共享數據庫是非常有必要的。

標準化試驗需要滿足：

a.結構類型：普通混凝土結構(包括素混凝土結構)、預應力混凝土結構；

b.收縮徐變：臨時結構(3年以內)、永久結構(3年以上)；

c.振動：常規使用條件動載、常規使用條件靜載；

d.溫度：高溫、常溫及低溫。

注：特別說明第2條與國家規定有所區別，主要考慮結構收縮徐變在3年以內完成度在90%以上。

表3 主副因子及其編碼

表4 分級標準

4)構建評估公式及修正系數。

由于評估過程受多種因子影響，因此評估公式的構建必須能夠反映出比較真實的工況。可以建立一個統一的公式，對于公式中各變量的取值結合標準化試驗獲得，并與預測值進行對比，再進行修正，同時必須考慮一定的安全系數。

4 結語

鉆孔應力釋放法是工程中一種實用的微損檢測方法，構建合理有效的檢測體系非常重要。當前的工程結構，例如橋梁，有75%以上是預應力結構，其現存應力對于評估結構的可靠性和可靠度非常有必要，采用標準化的鉆孔應力釋放法有助于評估同類工程結構，有很好的預測和借鑒意義。