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非破損檢測(cè)中混凝土強(qiáng)度的推定方法

2006-08-03 00:00
摘 要:根據(jù)實(shí)際工程的檢測(cè)數(shù)據(jù),比較了現(xiàn)行規(guī)范中各種混凝土強(qiáng)度評(píng)定或推定方法,提出了用于非破損檢測(cè)中批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定的一種新方法——直接概率法。

關(guān)鍵詞
:非破損檢測(cè) 混凝土強(qiáng)度推定值 直接概率法
 
 
  非破損檢測(cè)是國內(nèi)外新建混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢測(cè)與既有混凝土結(jié)構(gòu)可靠性鑒定中的常用檢測(cè)手段,我國目前用于混凝土強(qiáng)度非破損檢測(cè)的主要方法是回彈法和超聲回彈綜合法?;炷翉?qiáng)度非破損檢測(cè)結(jié)果的可靠性直接影響工程質(zhì)量仲裁或既有結(jié)構(gòu)可靠性鑒定的結(jié)果,因此,提高其檢測(cè)結(jié)果的可靠性具有重要意義。混凝土強(qiáng)度非破損檢測(cè)結(jié)果的可靠性主要體現(xiàn)在檢測(cè)方法的精確性與強(qiáng)度推定方法的合理性兩個(gè)方面。通過我國各行業(yè)與推薦標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施與修訂,在混凝土強(qiáng)度非破損檢測(cè)精度方面有了較大進(jìn)步,但各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)混凝土強(qiáng)度評(píng)定或推定方法的規(guī)定差異較大,存在問題較多,值得進(jìn)一步探討與研究。
 
1  現(xiàn)行規(guī)范中的各種混凝土強(qiáng)度評(píng)定或推定方法

1
1  CECS 02 方法
 
  中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《超聲回彈綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(CECS 02 :88)分別規(guī)定了單構(gòu)件和批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的推定方法。
 
  1) CECS 02 單構(gòu)件強(qiáng)度推定法
    f cu ,e = f cu ,min     (1)
式中 f cu ,e ——混凝土強(qiáng)度推定值,MPa ;
   f cu ,min ——各測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值中的最小值(MPa) 。
 
  2) CECS 02 批構(gòu)件強(qiáng)度推定法
    f cu ,e = m - 11645 S    (2
式中 m ——各測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的平均值,MPa ;
   S ——各測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的標(biāo)準(zhǔn)差,MPa。
 
  CECS 02 :88 還規(guī)定, 當(dāng)S 過大, 按式(2) 計(jì)算結(jié)果小于各構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度最小換算值的平均值時(shí),則批構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值取各構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度最小換算值的平均值;當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不高于C20 且S 大于4.5MPa 或混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于C20 且S 大于5.5MPa 時(shí),不能按批構(gòu)件推定混凝土強(qiáng)度,只能按單構(gòu)件推定混凝土強(qiáng)度。
 
12  J GJ / T 23 方法
 
  國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(J GJ / T 23 - 2001)在修訂前規(guī)定的單構(gòu)件與批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定方法同CECS 02 :88 ,修訂后規(guī)定:
 
  1) 當(dāng)單構(gòu)件的測(cè)區(qū)少于10 個(gè)時(shí),單構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值按式(1) 計(jì)算,當(dāng)單構(gòu)件的測(cè)區(qū)不少于10 個(gè)時(shí),單構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值按式(2) 計(jì)算;
 
  2) 批構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度推定值按式(2) 計(jì)算;

  3) 當(dāng)混凝土強(qiáng)度平均值低于C25 且S 大于4.5MPa 或混凝土強(qiáng)度平均值不低于C25 且S 大于5.5MPa 時(shí),不能按批構(gòu)件推定混凝土強(qiáng)度,只能按單構(gòu)件推定混凝土強(qiáng)度。
 
13  GBJ 107 方法
 
  國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》( GBJ 107 - 87)規(guī)定了三種混凝土強(qiáng)度評(píng)定方法:標(biāo)準(zhǔn)差已知統(tǒng)計(jì)方法、標(biāo)準(zhǔn)差未知統(tǒng)計(jì)方法和非統(tǒng)計(jì)方法。顯然,標(biāo)準(zhǔn)差已知統(tǒng)計(jì)方法不適用于現(xiàn)場(chǎng)非破損檢測(cè),這里僅介紹標(biāo)準(zhǔn)差未知統(tǒng)計(jì)方法和非統(tǒng)計(jì)方法。應(yīng)該指出, GBJ 107 - 87 規(guī)定的混凝土強(qiáng)度評(píng)定方法都是以混凝土試塊強(qiáng)度為依據(jù)的,數(shù)據(jù)的離散性較現(xiàn)場(chǎng)非破損檢測(cè)得到的混凝土強(qiáng)度低,但其評(píng)定方法有一定的參考價(jià)值,這里將其借用為非破損檢測(cè)中混凝土強(qiáng)度推定的一種方法。為方便分析與比較,認(rèn)為驗(yàn)收批的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與非破損檢測(cè)中的混凝土強(qiáng)度推定值等價(jià),驗(yàn)收批的立方體抗壓強(qiáng)度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別與非破損檢測(cè)中的測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差等價(jià),立方體試塊組數(shù)與非破損檢測(cè)中的測(cè)區(qū)數(shù)等價(jià)。
 
  1) GBJ 107 標(biāo)準(zhǔn)差未知統(tǒng)計(jì)方法
  混凝土強(qiáng)度推定值取下列兩式計(jì)算結(jié)果的較小值:
 
    
 
式中 λ1 ,λ2 ——合格判定系數(shù),按表1 取值。
 
    
   2) GBJ 107 非統(tǒng)計(jì)方法
  混凝土強(qiáng)度推定值取下列兩式計(jì)算結(jié)果的較小值:
 
    
 
 
1.4  GB 50292 方法
 
  國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》( GB 50292 -1999)規(guī)定了各類材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的推定方法,其中混凝土強(qiáng)度的推定方法如下:
    f cu ,e = m - k ·S           (5
式中 k ——計(jì)算系數(shù),根據(jù)測(cè)區(qū)數(shù)n 按表2 取值。
 
    
 
  上述各方法可分為統(tǒng)計(jì)方法與非統(tǒng)計(jì)方法兩類,其中,CECS 02 批構(gòu)件強(qiáng)度推定方法與J GJ / T 23 方法基本相同,以下統(tǒng)稱為J GJ / T 23 方法,J GJ / T 23 方法、GBJ 107 標(biāo)準(zhǔn)差未知統(tǒng)計(jì)方法和GB 50292 方法均為統(tǒng)計(jì)方法,CECS 02 單構(gòu)件強(qiáng)度推定方法和GBJ 107 非統(tǒng)計(jì)方法為非統(tǒng)計(jì)方法。
 
  各統(tǒng)計(jì)方法均假定混凝土強(qiáng)度檢測(cè)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布,其中,J GJ / T 23 方法不考慮樣本(測(cè)區(qū)) 數(shù)量對(duì)推定結(jié)果的影響,只要測(cè)區(qū)數(shù)不小于10 ,統(tǒng)一取正態(tài)分布的0.05 下分位值作為混凝土強(qiáng)度推定值; GBJ 107 標(biāo)準(zhǔn)差未知統(tǒng)計(jì)方法和GB 50292 方法均考慮了測(cè)區(qū)數(shù)量對(duì)推定結(jié)果的影響,當(dāng)測(cè)區(qū)數(shù)量相對(duì)較少時(shí),推定條件相對(duì)苛刻;但GBJ 107 標(biāo)準(zhǔn)非破損檢測(cè)中混凝土強(qiáng)度的推定方法———蔣利學(xué),等差未知統(tǒng)計(jì)方法是以混凝土試驗(yàn)強(qiáng)度為依據(jù)的,數(shù)據(jù)的離散性較小,因此又對(duì)推定條件作了放松;故在多數(shù)情況下, GBJ107 標(biāo)準(zhǔn)差未知統(tǒng)計(jì)方法推定結(jié)果大于J GJ / T 23 方法,而J GJ / T 23 方法推定結(jié)果又大于GB 50292 方法;當(dāng)測(cè)區(qū)數(shù)量足夠大時(shí),GB 50292 方法與J GJ / T 23 方法推定結(jié)果趨于一致。
 
  顯然,從方法本身講,統(tǒng)計(jì)方法優(yōu)于非統(tǒng)計(jì)方法,但當(dāng)測(cè)區(qū)數(shù)量較少(一般不超過10 個(gè)) 時(shí),又不得不采用非統(tǒng)計(jì)方法??梢钥闯觯珿BJ 107 非統(tǒng)計(jì)方法的條件式(4b) 比CECS02 單構(gòu)件強(qiáng)度推定方法條件式(1) 放松,但GBJ 107 非統(tǒng)計(jì)方法的條件式(4a) 又往往比CECS 02 單構(gòu)件強(qiáng)度推定方法條件式(1) 苛刻。
 
2  直接概率法及其與其他方法的比較分析

2
.1  直接概率法
 
  因混凝土強(qiáng)度推定值具有95 %的保證率,對(duì)批構(gòu)件各測(cè)區(qū)混凝強(qiáng)度換算值按由小到大的順序排列,去除最小的5 %(當(dāng)5 %的測(cè)區(qū)數(shù)為非整數(shù)時(shí)去除取整測(cè)區(qū)數(shù)) ,取余下測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的最小值作為批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的推定值,這就是直接概率法。
 
  直接概率法是基于下述考慮提出的:現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)(子樣容量) 總是有限的,但有限的子樣并不一定服從正態(tài)分布,用現(xiàn)有各種基于正態(tài)分布假設(shè)的統(tǒng)計(jì)方法推定批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度可能帶來較大誤差,而直接概率法可適用于各種分布的檢測(cè)數(shù)據(jù);另一方面,現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,用回彈法或超聲回彈綜合法檢測(cè)批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度時(shí),抽樣構(gòu)件數(shù)量不應(yīng)少于同批構(gòu)件總數(shù)的30 %且不應(yīng)少于10 個(gè),因此,批構(gòu)件的測(cè)區(qū)數(shù)一般不少于100 個(gè)(一個(gè)構(gòu)件測(cè)區(qū)數(shù)一般不少于10 個(gè)) ,較多的測(cè)區(qū)數(shù)量為采用直接概率法推定批構(gòu)件強(qiáng)度創(chuàng)造了條件。
 
2.2  各種方法在單構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定中的比較分析
 
  以某3 層框架結(jié)構(gòu)房屋中65 根柱的混凝土強(qiáng)度回彈法檢測(cè)結(jié)果為例,分析各種方法對(duì)單構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定結(jié)果的差異。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20 ,采用現(xiàn)場(chǎng)拌制混凝土澆搗,回彈法檢測(cè)按照《回彈法檢測(cè)混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》(J GJ / T 23 - 2001) ,檢測(cè)結(jié)果見表3 。在按GBJ107 標(biāo)準(zhǔn)差未知統(tǒng)計(jì)方法推定的兩種方法中,按式(3a) 推定的單構(gòu)件混凝土強(qiáng)度中有80 %的構(gòu)件比按式(3b) 的推定結(jié)果低; 在按GBJ 107 非統(tǒng)計(jì)方法推定的兩種方法中,按式(4a) 推定的單構(gòu)件混凝土強(qiáng)度中有95.4 %的構(gòu)件比按式(4b) 的推定結(jié)果低;在CECS 02 方法- 式(1) 與J GJ / T 23 方法- 式(2) 中,按J GJ / T 23 方法- 式(2) 推定的單構(gòu)件混凝土強(qiáng)度中有7815 %的構(gòu)件比按CECS 02 方法- 式(1) 的推定結(jié)果低。在各種方法中,100 %的構(gòu)件以按GBJ 107 標(biāo)準(zhǔn)差未知統(tǒng)計(jì)方法- 式(3a) 或(3b) 推定的強(qiáng)度最高;96.9 %的構(gòu)件以按GBJ 107 非統(tǒng)計(jì)方法- 式(4a) 或GB 50292 方法-式(5) 推定的強(qiáng)度最低。
 
  對(duì)該65 根構(gòu)件檢測(cè)數(shù)據(jù)的A2 檢驗(yàn)表明,89.2 %的構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值不拒絕正態(tài)分布假設(shè),因此,多數(shù)情況下在單構(gòu)件強(qiáng)度推定中采用正態(tài)分布假設(shè)是可行的(對(duì)少量拒絕正態(tài)分布假設(shè)的構(gòu)件,按正態(tài)分布假設(shè)的推定結(jié)果一般偏于保守) ;另一方面,因GBJ 50292 方法考慮了檢測(cè)數(shù)量對(duì)推定強(qiáng)度的影響,從理論上講,比不考慮檢測(cè)數(shù)量影響的JGJ / T 23 方法更加合理、可靠。GB 50292 - 式(5) 推定的強(qiáng)度最低。對(duì)于10 個(gè)測(cè)區(qū)的構(gòu)件, GB 50292 方法- 式(5)可以改寫為:
    f cu ,e = m – 2.103 S        (6
 
  可以證明, 當(dāng)測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的變異系數(shù)為0.062 時(shí),式(6) 與式(4a) 等價(jià);當(dāng)變異系數(shù)大于0.062 時(shí),按式(6) 推定結(jié)果比按式(4a) 推定結(jié)果低;當(dāng)變異系數(shù)小于0.062 時(shí),按式(6) 推定結(jié)果比按式(4a) 推定結(jié)果高。還可證明,按式(6) 推定結(jié)果與按J GJ / T 23 方法- 式(2) 推定結(jié)果的誤差(負(fù)誤差) 為0.458δ/ (1 – 1.645δ) ,其中δ為變異系數(shù),一般單構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值的變異系數(shù)多不超過0.1 (如本例中僅6.2 %的構(gòu)件的變異系數(shù)超過0.1) ,因此,按式(6) 推定結(jié)果比按J GJ / T 23 方法- 式(2) 推定結(jié)果的誤差(負(fù)誤差) 多不超過5.5 %(如本例中各構(gòu)件推定結(jié)果的平均誤差為3.3 %) 。因此,由J GJ / T 23 方法- 式(2) 改為GB50292 方法- 式(6) 后,因方法變化帶來的推定結(jié)果差異在工程實(shí)踐中是可以接受的。
 
  上述分析表明,無論從理論上還是工程實(shí)踐上講, GB50292 方法均是最適合于單構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定的方法,可按式(6) 計(jì)算單構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值,但建議在實(shí)測(cè)變異系數(shù)小于0.06 時(shí)取0.06 。
    
 
2.3  各種方法在批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定中的比較分析
 
  仍以上述3 層框架結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度回彈法檢測(cè)結(jié)果為例,分析各種方法對(duì)批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定結(jié)果的差異。上述65 根柱分屬三層,其中一、二層各25 根(各250 個(gè)測(cè)區(qū)) ,三層15 根(150 個(gè)測(cè)區(qū)) ,按一、二、三層柱分別作為一批,分別推定批構(gòu)件的混凝土強(qiáng)度。圖1 為批構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值分布直方圖,可以看出,二層柱批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度為正態(tài)分布,一、三層柱批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度為正偏態(tài)分布, x2 檢驗(yàn)也表明,二層柱批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度不拒絕正態(tài)分布假設(shè),一、三層柱批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度拒絕正態(tài)分布假設(shè),但不拒絕極值Ⅰ型分布假設(shè)。
    
 
    
  表4 列出各種方法對(duì)三個(gè)批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度的推定結(jié)果,可以看出,對(duì)于批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度,按GB 50292 方法的推定結(jié)果與按J GJ / T 23 方法推定結(jié)果一致;對(duì)于服從正態(tài)分布的二層柱批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度,按J GJ / T 23 方法推定結(jié)果與按直接概率法推定結(jié)果接近;對(duì)于不服從正態(tài)分布的一、三層柱批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度,按J GJ / T 23 方法推定結(jié)果與按直接概率法推定結(jié)果的誤差達(dá)11 % ,而按極值Ⅰ型分布假設(shè)推定結(jié)果與按直接概率法推定結(jié)果接近;按GBJ 107 標(biāo)準(zhǔn)差未知統(tǒng)計(jì)方法推定結(jié)果可能存在較大誤差。
 
  上述分析表明,由于批構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值并不一定服從正態(tài)分布,用現(xiàn)有各種基于正態(tài)分布假設(shè)的統(tǒng)計(jì)方法推定批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度可能帶來較大誤差;而直接概率法可以適用于各種分布假設(shè)的批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定,且推定精度高。
 
3  結(jié) 語
 
  1) 實(shí)際工程檢測(cè)數(shù)據(jù)表明,單構(gòu)件的測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值樣本一般不拒絕正態(tài)分布假設(shè);無論從理論上還是工程實(shí)踐上講,按GB 50292 方法推定單構(gòu)件混凝土強(qiáng)度結(jié)果最為合理、可靠,可按式(6) 計(jì)算單構(gòu)件混凝土強(qiáng)度推定值,但建議在實(shí)測(cè)變異系數(shù)小于0.06 時(shí)取0.06 。
 
  2) 實(shí)際工程檢測(cè)數(shù)據(jù)表明,有限數(shù)量的批構(gòu)件測(cè)區(qū)混凝土強(qiáng)度換算值樣本并不一定服從正態(tài)分布,用現(xiàn)有各種基于正態(tài)分布假設(shè)的統(tǒng)計(jì)方法推定批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度可能帶來較大誤差。
 
  3) 用直接概率法推定批構(gòu)件混凝土強(qiáng)度方法簡(jiǎn)便,直觀性強(qiáng),適用性好,推定精度高,具有較高的實(shí)用價(jià)值。 
 

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2024-11-24 06:05:14