申请/专利权人：湖南铁院土木工程检测有限公司

申请日：2023-04-26

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN116525040B

主分类号：G16C60/00

分类号：G16C60/00;G06F17/10;G06F17/11

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2024.01.30#专利申请权的转移;2023.08.18#实质审查的生效;2023.08.01#公开

摘要：本发明涉及混凝土，公开了钢纤维‑二元骨料体系填充密度预测模型构建方法及应用，该方法是获得钢纤维‑二元骨料体系的建模基本参数，确定不同钢纤维对不同骨料的扰动作用系数和在钢纤维扰动作用下不同骨料的虚拟残余填充密度，然后在原有CPM模型的基础上提出了相互作用系数的修正计算公式，并获得了修正系数的计算方法，建立了填充密度预测模型，然后应用该模型对填充密度进行预测；本发明充分吸纳了现有技术中CPM模型的框架，并基于纤维扰动作用系数、松动效应系数和壁效应系数，创新性提出一种钢纤维‑二元骨料体系的填充密度预测模型构建方法，其适用范围更广，预测精度较高，有效避免现有方法中的盲目性，具有良好可操作性和实用性。

主权项：1.钢纤维-二元骨料体系填充密度预测模型构建方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、获得建模基本参数：根据钢纤维-二元骨料体系中钢纤维的几何尺寸将钢纤维分成k类，k＝1、2，k1＝1表示单掺钢纤维或两种钢纤维混掺时的细纤维，k2＝2表示两种钢纤维混掺时的粗纤维；根据骨料的粒径尺寸将骨料划分成i个粒径区间，i＝1、2，i＝1表示二元骨料中的粗颗粒骨料，i＝2表示二元骨料中的细颗粒骨料；将钢纤维视作同体积的虚拟球体颗粒，计算每一类钢纤维的虚拟球体粒径df-eqk；将df-eqk与不同骨料的特征粒径Di相除，得到每一类钢纤维与不同骨料的虚拟粒径比seqi,k；根据seqi,k，按纤维扰动体积法计算每一类钢纤维中单根钢纤维对周边不同骨料的扰动体积Vpi,k；根据钢纤维-二元骨料体系中每一类钢纤维的体积掺量VFk及相应几何尺寸，计算每一类钢纤维的根数NFk；将钢纤维对不同骨料的虚拟粒径比的乘积的平方根定义为钢纤维对二元骨料的二元纤粒比SSk，按公式1-1计算第k类钢纤维对二元骨料的二元纤粒比SSk：SSk＝seq1,k·seq2,k121-1式中：seq1,k为第k类钢纤维对粗骨料的虚拟粒径比，seq2,k为第k类钢纤维对细骨料的虚拟粒径比；将钢纤维-二元骨料体系中各类钢纤维的体积与相应二元纤粒比SSk的乘积之和定义为钢纤维混杂因子Q，按公式1-2计算钢纤维混杂因子Q： 式中：Q为钢纤维混杂因子，VFk为第k类钢纤维的体积掺量，100·VFk表示100体积份钢纤维-二元骨料体系中第k类钢纤维的体积；S2、确定扰动作用系数Δi：根据各类钢纤维中单根钢纤维对不同骨料的扰动体积Vpi,k以及相应类钢纤维的根数NFk，按公式2-1a或2-1b得到钢纤维对不同骨料的扰动作用系数Δi；对于单掺钢纤维，扰动作用系数Δi按公式2-1a计算：Δi＝1-[VFk+NFk·Vpi,k]2-1a；式中：Δi为所有钢纤维对第i个粒径区间骨料的整体的扰动作用系数，Vpi,k为单根第k类钢纤维对周边第i个粒径区间骨料的扰动体积，NFk为第k类钢纤维的根数；对于两种钢纤维混掺，扰动作用系数Δi按公式2-1b计算： 式中：k1＝1表示单掺钢纤维或两种钢纤维混掺时的细纤维，k2＝2表示两种钢纤维混掺时的粗纤维；S3、确定虚拟残余填充密度β'i：测量不同骨料的实际残余填充密度αi，根据骨料的不同压实条件，按公式3-1计算在钢纤维扰动作用下不同纯骨料的虚拟残余填充密度βi′： 式中：β'i为在钢纤维扰动作用下第i个粒径区间骨料的虚拟残余填充密度，αi为第i个粒径区间骨料的实际残余填充密度，S4、确定实测的相互作用系数选择钢纤维种类、二元骨料的粒径范围，按公式1-2确定对应的钢纤维混杂因子Q，调整钢纤维、骨料的掺杂比例，进行l个钢纤维-二元骨料体系堆积试验，得到l个与Q对应的实测填充密度Φreal；将实测填充密度Φreal代入现有CPM模型的填充密度预测模型4-1、4-2中，同时根据S3所得βi′将模型简化为Φreal随yj变化的方程组，然后采用回归分析法对该方程组进行拟合，得到与钢纤维混杂因子Q对应的一组实测相互作用系数 式中：Φ为在钢纤维扰动作用下单掺钢纤维-二元骨料体系的预测填充密度，K为二元骨料的压实系数，Ki为第i个粒径区间骨料的压实系数，yi为堆积试验时二元骨料中第i个粒径区间骨料的体积占比，βi为在钢纤维扰动作用下第i个粒径区间骨料的虚拟残余填充密度，βj为细骨料颗粒的虚拟残余填充密度，γi为第i个粒径区间骨料的虚拟填充密度，aij、bij为相互作用系数，其中aij为松动效应系数、bij为壁效应系数，yj为二元骨料中细骨料颗粒的体积占比；对于二元骨料，i＝1、2；ij，j＝1、2，n＝2；调整钢纤维种类、二元骨料的粒径范围，得到m个钢纤维混杂因子Q，调整钢纤维、骨料的掺杂比例，进行m×l个钢纤维-二元骨料体系堆积试验，得到m×l个实测填充密度Φreal，将m×l个Φreal代入现有CPM模型的填充密度预测模型4-1、4-2中，拟合得到与m个钢纤维混杂因子Q对应的m组实测相互作用系数m≥10；S5、建立相互作用系数的修正计算公式：采用修正系数Pa、Pb对现有CPM模型中的相互作用系数aij、bij计算公式进行修正，建立单、混掺钢纤维-二元骨料体系的相互作用系数a'ij、b'ij的修正计算公式5-1、5-2： 式中：a'ij、b'ij为修正后的相互作用系数，其中a'ij为修正后的松动效应系数、b'ij为修正后的壁效应系数；Pa、Pb为相互作用系数的修正系数，yj为堆积试验时细骨料颗粒占二元骨料颗粒的体积分数，βi′为在钢纤维扰动作用下第i个粒径区间骨料的虚拟残余填充密度，βj′为细骨料颗粒的虚拟残余填充密度，e为堆积试验时二元骨料的空隙指数，和分别为e-yj曲线在起点和终点处30％区间的线性段斜率；对于二元骨料，i＝1、2，ij，j＝1、2，n＝2；S6、确定相互作用系数的修正系数Pa、Pb：将S4所得m组实测相互作用系数代入公式5-1、5-2中，得到m组修正系数Pa、Pb，将m组修正系数Pa、Pb与m个钢纤维混杂因子Q，采用非线性回归分析法分别进行拟合，得到修正系数Pa、Pb与Q的表达式6-1、6-2：Pa＝AaQ2+BaQ+Ca6-1Pb＝AbQ2+BbQ+Cb6-2式中：Aa、Ab为二次项系数，Ba、Bb为一次项系数，Ca、Cb为常数项；将式6-1、6-2代入式5-1、5-2中得到修正后的相互作用系数a'ij、b'ij的计算公式5-3、5-4： S7、构建钢纤维-二元骨料体系的填充密度预测模型：根据S3所得βi及由S6所得修正后的相互作用系数a'ij、b'ij，对现有CPM模型的填充密度预测模型进行修正，得到单、混掺钢纤维-二元骨料体系的填充密度预测模型7-1、7-2： 式中：γi′为修正后的第i个粒径区间骨料的虚拟填充密度，Φ为在钢纤维扰动作用下钢纤维-二元骨料体系的预测填充密度，K为二元骨料的压实系数，Ki为第i个粒径区间骨料的压实系数，yi为二元骨料中第i个粒径区间骨料的体积占比，yj为二元骨料中细骨料颗粒的体积占比；对于二元骨料，i＝1、2，ij，j＝1、2，n＝2。

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