本发明涉及混凝土结构开裂风险评估技术领域，尤其涉及对于混凝土结构外约束度的评价方法。
技术背景
大量的工程裂缝调查结果显示，混凝土结构特别是超长大体积混凝土结构，80％～90％的裂缝都是由于混凝土降温收缩及干缩受到外界约束，产生的约束应力超过混凝土的极限抗拉强度引起的，即是由于混凝土受到的约束拉应变超过了混凝土的极限拉伸而引起的。
根据中国标准《大体积混凝土施工标准》(gb50496-2018)，构件的变形受到底部、端部或侧面的约束而产生的外约束应力与构件的自由变形量、弹性模量、约束度和徐变系数相关，构件所受的约束度与构件的长度l、高度h、基础水平阻力系数cx相关，可按式(1)进行计算：
式中：l——混凝土浇筑体的长度(mm)；
h——混凝土浇筑体高度，当h>0.2l时，取0.2l(mm)；
cx——外约束介质的基础水平阻力系数(mpa/mm)，一般可按表1取值。
表1不同外约束介质下cx取值(mpa/mm)
根据中国标准，构件的约束度与基础水平阻力系数密切相关，而规范中仅给出了不同条件下基础水平阻力系数的取值的经验范围，比如在钢筋混凝土基础上浇筑混凝土，规范给出的参考值是1.0～1.5mpa/mm，取值从1.0调整到1.5，会导致约束度出现成倍的差异，导致约束应力的计算结果可信度不高。
根据欧洲标准，构件受外约束的约束度见表2所示。
表2欧洲标准给出的外约束度经验取值
欧洲规范仅给出了不同约束条件下，构件外约束度的经验取值范围。
欧洲标准和中国标准关于基础约束度的差异主要体现在：欧洲标准中约束度与新浇筑构件的长度、高度无关，与新旧混凝土构件的断面尺寸关系较大。而中国标准则认为，构件的约束度与新浇筑混凝土构件的长度、高度密切相关，与新旧混凝土构件的断面尺寸关系不大。
不管是根据中国标准给出约束度计算方法，还是根据欧洲标准给出的约束度经验取值，均只能得出约束度的经验范围，在进行实体结构拉应力计算的时候，存在较大的偏差，影响了混凝土结构开裂风险评估结果的准确性。
技术实现要素：
现有规范中约束度取值偏差对约束应力计算结果有较大影响，为了弥补现有规范的不足，本发明开发一种基于整体变形监测的实体结构外约束度评价方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于整体变形监测的实体构件外约束度评价方法，其包括以下步骤：
(1)在混凝土实体构件的内部及表面预埋温度传感器，混凝土实体构件浇筑后进行实体构件的中心温度、上表面温度及下表面温度的温度场监测，根据式(i)计算实体构件的平均温度；
式中：tav(t)为实体构件的平均温度；tm(t)为实体构件的中心温度；tbm(t)为实体构件的上表面温度；tdm(t)为实体构件的下表面温度；
(2)根据温度监测结果，以实体构件平均温度达到最大值作为起始点，根据公式(ii)计算实体构件温度降低导致的自由变形量ε1t；
ε1t＝α×[tav,max-tav(t)](ii)
式中：ε1t为实体构件温度降低导致的的自由变形量，tav(t)为t时刻实体构件的平均温度；tav,max为实体构件平均温度最大值；α为混凝土热膨胀系数；
(3)按实体构件的混凝土配合比和配筋率，成型混凝土试件并架空，试件成型后采用保湿养护膜进行包裹养护，模拟实体构件的湿度场，在试件两侧架立百分表或千分表进行试件变形量监测，计算自收缩和干缩导致的自由变形量ε1s；
(4)根据步骤(2)得到的实体构件的温度降低导致的自由变形量和步骤(3)得到的自收缩和干缩导致的自由变形量数值综合计算构件浇筑后不同龄期的总自由变形量ε1，根据公式(iii)求得实体结构的总自由变形量ε1；
ε1＝ε1t+ε1s(iii)
式中：ε1为构件的总自由变形量；ε1t构件温度降低导致的自由变形量；ε1s构件自收缩和干缩导致的自由变形量；
(5)在现场实测实体构件浇筑后不同龄期的实际变形量ε2；
(6)以总自由变形量ε1与实际变形量ε2的差值为约束变形量ε3，见公式(iv)；
ε3＝ε1-ε2(iv)
(7)根据公式(v)求得实体结构的约束度r，
r＝ε3/ε1(v)
式中：ε1为实体构件的总自由变形量；ε2为实体构件的实际变形量；ε3为实体构件的约束变形量；r为实体构件的约束度。
公式(ii)中混凝土热膨胀系数α取10με/℃。
优选地，混凝土实体构件上表面和下表面的温度传感器分别埋设于距离混凝土表面5cm位置。
优选地，温度场监测间隔时间为1h，且连续监测至混凝土中心温度降低至环境温度为止。
优选地，步骤(5)在现场实测实体构件浇筑后不同龄期的实际变形量ε2是在混凝土构件断面平均温度达到最大值时，开始变形监测，监测频率为每天一次。
本发明通过在混凝土内部埋设温度传感器监测混凝土构件温度场变化，获得构件降温阶段温度变化引起的构件自由变形量，并以相同配合比和相同配筋率的自由变形试件梁体在绝湿养护环境下的自由变形量作为构件自收缩和干缩自由变形量，以温度变形、自收缩、干缩变形之和作为构件的总自由变形量。沿实体构件长度方向在两端埋设监测点，监测构件在实际约束条件下实际发生的变形量。通过自由变形量、实际变形量计算实体构件的约束度。
本发明建立了一种根据实际温度、变形监测结果计算实体构件约束度的方法，可以获得构件在实际工况下的约束度实际值。现行规范仅能根据公式(1)和表1的经验参数得到约束度的大致范围。因此，本专利有助于提高混凝土结构早期约束应力计算的准确性，从而对结构的开裂风险进行更准确的评估，为混凝土结构裂缝控制措施的制定提供支撑。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明，方便本行业的技术人员在现场实施发明内容。
(1)在混凝土实体构件的内部及表面预埋温度传感器，混凝土实体构件浇筑后进行实体构件的中心温度、上表面温度及下表面温度的温度场监测，根据式(i)计算实体构件的平均温度；
式中：tav(t)为实体构件的平均温度；tm(t)为实体构件的中心温度；tbm(t)为实体构件的上表面温度；tdm(t)为实体构件的下表面温度；
上表面和下表面温度传感器分别埋设于距离混凝土表面5cm位置。温度监测间隔时间为1h，并连续监测至混凝土中心温度降低至环境温度为止。
(2)根据温度监测结果，以实体构件平均温度达到最大值作为起始点，根据公式(ii)计算实体构件温度降低导致的自由变形量ε1t；
ε1t＝α×[tav,max-tav(t)](ii)
式中：ε1t为实体构件温度降低导致的的自由变形量，tav(t)为t时刻实体构件的平均温度；tav,max为实体构件平均温度最大值；α为混凝土热膨胀系数，一般取10με/℃；
以某码头胸墙监测结果为例，混凝土构件平均温度最大值tav,max为60℃，以构件断面平均温度的最大值为起点，计算不同龄期的累计降温，并换算成降温收缩ε1t，见表3所示。
表3某码头胸墙降温导致的收缩应变计算
(3)按实体构件的混凝土配合比和配筋率，成型混凝土试件并架空，试件成型后采用保湿养护膜进行包裹养护，模拟实体构件的湿度场，在试件两侧架立百分表或千分表进行试件变形量监测，计算自收缩和干缩导致的自由变形量ε1s；
(4)根据步骤(2)得到的实体构件的温度降低导致的自由变形量和步骤(3)得到的自收缩和干缩导致的自由变形量数值综合计算构件浇筑后不同龄期的总自由变形量ε1，根据公式(iii)求得实体结构的总自由变形量ε1；
ε1＝ε1t+ε1s(iii)
式中：ε1为构件的总自由变形量；ε1t构件温度降低导致的自由变形量；ε1s构件自收缩和干缩导致的自由变形量；
(5)在现场实测实体构件浇筑后不同龄期的实际变形量ε2；
在混凝土浇筑前在构件顶部预埋收敛计监测点，监测点应成对埋设，选用质地坚硬的材料，并高出混凝土顶面10cm以上，监测点应具有足够的刚度，不会因收敛计张力而产生变形。在混凝土构件断面平均温度达到最大值时，一般为混凝土浇筑后24h～48h，开始变形监测，监测频率一般为每天一次，且宜在每天的同一时间进行监测。
(6)以总自由变形量ε1与实际变形量ε2的差值为约束变形量ε3，见公式(iv)；
ε3＝ε1-ε2(iv)
(7)根据公式(v)求得实体结构的约束度r，
r＝ε3/ε1(v)
式中：ε1为实体构件的总自由变形量；ε2为实体构件的实际变形量；ε3为实体构件的约束变形量；r为实体构件的约束度。
某码头胸墙约束度评价见表4，实测约束度在早期存在一定的波动，14d之后，基本稳定在0.52。按现行规范进行计算，由于规范中给定的基础水平阻力系数cx推荐值为1.0～1.5mpa/mm，按上下限取值计算的第30d龄期的约束度范围为0.67～0.77。根据实测的约束度可以对规范中基础水平阻力系数cx进行修正。
表4