U型混凝土渠槽预制构件试验与标准研究

王亚辉

（北票市龙潭水库管理处，辽宁 北票122124）

1 混凝土预制构件概述

本次研究主要对象为小型U型槽混凝土渠槽预制构件，其构件截面为U字型，具有厚度小、重量轻、安装简单、施工速度快等特点，小型渠槽是由若干个U型预制混凝土构件连接在一起的渠槽结构，当渠槽使用一定时间后，强度较低的构件容易发生断裂破坏，堵塞农田渠槽，对渠槽内水的流通性产生不良影响。

2 U型混凝土渠槽预制构件试验

2.1 受力特点

U型混凝土渠槽预制构件主要用于农田用水的导流，在结构上，预制构件外侧主要受两侧土体挤压产生压力。另外，人为扰动（如行走、农业机械行走等）也会产生竖向荷载作用。预制构件内部为水流通道，水的压力作用在构件内表面，与构件的自重组合起来对构件产生水平向外的压力。这两种水平力是引起U型混凝土渠槽预制构件产生破坏的主要方面，作用力如图1。

图1 预制构件受力情况

2.2 预制构件试验

本次对U型混凝土渠槽预制构件分别进行内侧水平扩压和外侧挤压试验，模拟不同规格的U型混凝土渠槽预制构件在实际应用时的破坏过程及荷载值，两种试验的加载点位置均为U型混凝土渠槽预制构件开口下10cm处。两组试验设备如图2。

根据收集到的江西省部分生产U型混凝土渠槽预制构件的厂家数据，本次试验分别选用C20和C25混凝土预制构件进行试验，试验选用的U型混凝土渠槽预制构件规格如表1。

图2 试验设备

表1 预制构件试验规格参数

试验时，外侧挤压试验与内侧扩压试验分别进行，U型混凝土渠槽预制构件规格按表1选取，测试随机选自各厂家批量生产的外观完整、 无裂缝等缺陷的U型混凝土渠槽预制构件，每种规格的数量为16个，采用分组试验进行。

2.3 外侧挤压试验结果

C20混凝土渠槽预制构件外侧挤压试验结果如表2，C25混凝土预制构件外侧挤压试验结果如表3。

表2 C20混凝土预制构件试验结果

续表2

表3 C25混凝土预制构件试验结果

由表2、表3可知，在外侧挤压力作用下，各规格的U型构件中，混凝土强度提升普遍明显增加了U型构件的抗外侧挤压能力，另外，在U型构件的3个尺寸参数中，槽深增加显著降低了U型构件的强度，壁厚增加显著提高了U型构件的强度，而槽宽变化值对U型构件的抗外侧挤压能力的影响较小。

2.4 内侧扩压试验结果

C20混凝土混凝土渠槽预制构件内侧扩压试验结果如表4。C25混凝土混凝土渠槽预制构件内侧扩压试验结果如表5。

表4 C20混凝土预制构件试验结果

表5 C25混凝土预制构件试验结果

由表4、表5可知，在内侧扩张压力作用下，各规格的U型构件中，混凝土强度提升普遍明显增加了U型构件的抗内侧扩张力能力，另外，在U型构件的3个尺寸参数中，槽深增加显著降低了U型构件的强度，壁厚增加显著提高了U型构件的强度，而槽宽变化值对U型构件的抗内侧扩张力的影响较小。

3 材料试验

由于U型混凝土渠槽预制构件结构型状的特殊性，构件材料混凝土的破坏主要为弯拉破坏，为了确定选用C20和C25混凝土时，预制构件结构能达到的弯拉强度值，进行构件材料试验。

试验采用回弹法进行，回弹法是一种表面硬度法的混凝土无损检测方法，试验仪器为回弹仪，回弹仪上的弹簧驱动重锤弹击构件混凝土的表面，而后测量重锤反弹距离，重锤的反弹距离与弹簧的原长之比即为构件混凝土的回弹值，以此来确定构件混凝土强度。回弹试验选用构件混凝土标准试块，试块数量为16块，每个试块完成回弹试验后再进行抗压强度试验。得出的数据如图3。

图3 回弹值强度与试块抗压强度关系

图5为回弹值与试块抗压强度的散点图，为了更好表明其关系，将其分为3个区间，通过最小二乘法拟合各区间曲线，如式（1）：

式中为混凝土强度换算值；a为常数；Rai为回弹值；b为回归系数。

拟合后的数据如表6。

表6 各区间拟合后对应关系

拟合出的结果还原到幂级数回归方程，如式（2）：

式中fn为混凝土的弯拉强度；fc为混凝土的抗拉强度。

根据拟合结果，C20混凝土对应的极限弯拉强度为3.7MPa，C25 混凝土对应的极限弯拉强度4.3MPa。

4 构件质量标准值确定

根据试验结果，综合计算得出的C20、C25混凝土极限弯拉强度值，利用结构力学理论对不同规格U型混凝土渠槽预制构件的强度要求进行计算，计算结果统计如表7和表8。

表7 C20渠槽预制构件强度值 单位：kN/m

表8 C25渠槽预制构件强度值 单位：kN/m

由表7、表8可知，对U型构件的理论计算值与试验得到的结果有一定差别，各规格的U型构件强度的实测值要大于理论计算值，但部分U型构件的理论计算强度值与实测值较为接近，由于假设原因，理论计算难免存在一定误差，过于贴近理论强度值的构件仍需提高其质量标准。

5 结语

（1）U型混凝土渠槽预制构件的强度检测方法采用随机抽样内、外压的方法，通过统计学方法对比确定的标准值进行。

（2）U型混凝土渠槽预制构件的强度理论标准值按表7和表8中的理论计算值取值。

（3）目前江西省各厂家生产的U型混凝土渠槽预制构件仍有小部分构件不能满足标准值要求，应适当提高生产工艺。