混凝土桥梁有效预应力检测及

长安大学贺拴海混凝土桥梁有效预应力检测及安全评价420/25031029029029029037037037024828°84.623°3064.623°3089.120°29.989.120°29.98514°59.918514°39.814°240.7267.120.2265314.46176/25996/20123456789R=4003F1R=500R=500R=500R=500R=600R=600R=600R=1000θ=12°3F23F33F43F53F63F73F86F106F979.290R=1000θ=12°2184T14T24T34T44T56T66T78T88T9钢束立面布置存在问题：下挠、开裂、各种病害解决问题：1、有效预应力是多少？2、满足使用要求吗？3、桥梁安全吗？混凝土桥梁结构中实际的永存预应力本身是未知的在设计时是靠理论公式估算各项预应力损失而得到其计算值六项损失：预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失先张法构件预应力筋与台座间的温差引起的应力损失混凝土弹性压缩引起的应力损失钢筋松弛引起的应力损失混凝土收缩和徐变引起的应力损失若计算值与实际值之间偏差较大，则会影响到结构的使用性能和寿命，严重时还会导致安全事故。即使计算值较精确（其实目前很难达到），由于结构性能的变化，实际的永存预应力值与理论值亦有较大差异，对在役预应力混凝土桥梁结构永存预应力的检测及其评价，预应力混凝土桥梁的安全评价进行研究1、现有方法国内外对于有效预应力检测理论的关注程度非常高，涉及基于动力特征、基于静力特征及开裂弯矩法等三个方面，而其中基于预应力梁动力特征的理论和试验研究成为研究热点：形心直线布束的简支梁室内模型试验研究（1994年M.Saiidi等）gee)75.11()(EIfNEI＋＝A.Dallasta等])()[(ccc4442nyyyIANEIANEmLn首次开裂弯矩法二次开裂弯矩法10101[]/[]pnncrprnneyMyNfIAI20201/[]pnncrpnneyMyNIAI2、有效预应力测试对在建桥梁可以用振弦式传感器、光纤光栅传感技术、特别是加拿大公司生产的应变式传感器对其预应力进行检测对在役桥梁基于梁体力学性能的检测基于应力释放的检测基于横张增量法的检测预应力混凝土简支梁有效刚度比与力的关系BB/ecu1)21(1AfNhek2cu3cu2)()(1AfNkAfNk)(cu54AfNkk有效刚度比≤0.30时：＞0.30时：预应力束设置方式直线配束曲线配束频率力关系曲线配束直线配束（1）基于动力参数的有效预应力预测方法预应力混凝土梁测试基频测量测结构尺寸计算Be计算基频计或B计算()BB测计/或=e/判断1外观调查梁是否开裂结束退出评估由有效刚度比推求有效预应力N评估预应力混凝土梁否否是是给出了适用条件（2）基于静力参数的有效预应力预测方法预应力混凝土梁坚向加载测试w测或c测或s测量测结构尺寸计算Be计算B或w计或c计或s计计算判断1外观调查梁是否开裂结束退出评估由有效刚度比推求有效预应力N评估预应力混凝土梁否是是给出了适用条件（3）基于应力释放的预应力测评总体流程不同形状芯孔混凝土表面轴向应变随深度变化曲线不同孔芯直径下的圆形孔芯表面轴向应变随深度变化基于应力释放的预应力衰减程度测评研究混凝土应力释放技术芯孔形状及深度研究梁体应力释放技术-0.200.20.40.60.810153045607590105120时间（分钟）应力释放比β回归曲线1＃片2＃片3＃片4＃片混凝土应力释放技术受干扰因素多，实测离散性大。普通钢筋应力释放技术裸露普通钢筋应力释放试验无初应变试件有初应变切割-30-20-1001020304016:39:0116:39:5016:42:3216:43:0716:44:1816:44:5116:44:5516:48:4416:51:5916:57:0316:59:5917:03:1917:06:12时间应变（με）应变(上)应变(下)轴向应变钢筋应变随时间变化规律14.015.016.017.018.019.020.016:28:0016:28:2616:30:5116:32:1716:33:5716:34:2116:35:4716:38:1716:41:5616:44:4916:46:1916:50:0816:53:20时间温度（℃）温度(℃)钢筋温度随时间优选试验方法实体梁普通钢筋应力释放试验-15-10-505101520253010:41:0410:44:3210:45:1010:45:2610:45:5510:46:1810:46:3010:46:4210:46:5510:47:0810:47:3110:47:5710:48:3010:50:5610:52:5010:54:2710:56:0010:57:5610:59:1011:04:2311:10:48时间应变（με）应变(上)应变(下)轴向应变0.05.010.015.020.025.030.035.040.010:19:1010:20:5710:21:4810:22:2210:25:1010:26:4910:28:1310:29:5310:31:4010:33:5210:36:0910:37:5510:38:35时间温度(℃)温度（℃）钢筋应变随时间变化温度随时间变化设备及操作手持式砂轮机作为普通钢筋应力释放法的推荐设备。（1）凿除钢筋保护层，暴露长度以不小于20厘米（2）解除钢筋与混凝土的粘结，沿钢筋径向两边打磨，对称粘贴两钢筋应变片，蜡封保护（3）用小型切割设备释放普通钢筋应力，边切割边喷水冷却（4）割断普通钢筋后，分时间段监控测量释放应变，首次量测应控制在切割完成后2分钟内采集数据（5）修补基于钢筋释放应力的有效预应力合效应分析()yy截面应力状态5551115522115()()5()iiiiiiiiiiiyyyyyy5511()55iiiiyaype0()()hNybydype0()()()hxNeybyyydy形截面－外围轮廓挖空部分箱形截面挖空部分外围轮廓空心板截面开始输入测点信息线性回归系数计算得到截面应力状态输入截面信息各等分点处应力和宽度计算沿截面高度方向等分10000份合力及合力偏心距计算结束用截面应力释放值分析软件（StrANV1.0），登记号为：2007SR17518，进行计算输入基本数据求结构总刚度矩阵主元素序号的指示矩阵IM(L3)和最大带宽MB生成总刚度矩阵KM(IM(L3))主系数强化处理及引入边界条件总刚的三角化分解过程生成荷载列阵P≤P0？计算影响线，给节点加竖向单位力PM(3*LP(P)－1))=－1P≤P0+R0+F0+Q0？P≤P0+R0+F0？输入温度荷载计算温度内力并叠加进荷载列阵输入分布荷载计算分布荷载内力并叠加进荷载列阵输入集中力荷载计算集中力产生的内力并计入荷载列阵回代求解方程得到位移由节点位移求杆端力并且叠加进杆端力数组QM中P≤P0？输出节点的位移输出杆端力Z0≤0？输出内力影响线HZ＝0？结束存贮影响数组是否否是否是否是否是否是Y有限钢筋释放应力预测有效预应力预测方法（4）基于横张增量法的预应力测评预应力钢索张力测试仪（型号：LCZL-50）钳式抓拔器支块预应力束筋分隔器静力检测法对两端张拉钢绞线的跨中横向施加作用力，测试其横向变位值，从而推算钢束中张力压力传感器支承点钢绞线T1（T2）支承点压力传感器F1(F)F1(F)模拟剥离长度L2有效工作长度L1δ2δ1y=-1E-05x2+0.0057x+0.1168R2=0.99740.000.100.200.300.400.500.600.700.80020406080100120140160180200220纵向力（KN）横向力（KN）5mm纵向力多项式(5mm纵向力)y=0.0828x+1.17R2=0.99920.005.0010.0015.0020.00020406080100120140160180200220纵向力（KN）横向力（KN）20mm纵向力线性(20mm纵向力)0TFKF动力检测法工况一工况二张力频谱图1.0Lm0.7lm221222120.0040.4BmlfmlfEIFlAe锚固长工作长动力检测法计算公式0.5lm221222120.0040.4BmlfmlfEIFlAe1.0Lm0.7lm2212222224411111120.0040.4(416)BmlfmlfEIFABmlfCmlflAe0.5lm2212222224411111120.0040.4(416)BmlfmlfEIFABmlfCmlflAe计算结果相对误差在3%以内3、复杂预应力体系有效预应力模拟及预测应力沿程界限波动率波动束、平缓束拟摩阻损失函数管道综合影响系数名义损失参数等差分布模式等比分布模式混合分布模式1、测试钢束分类定义钢束应力界限波动率pemaxpemincon波动束（VT）（0，10.0]平缓束（MT）（10.0，15.0）截面内应力预测模型目标钢束分类判别表层直接测试钢束钢束有效预应力预测值应力沿程极限衰减率β定位三个测点单测点（控制截面）平缓束拟摩阻损失函数求解钢束拟摩阻损失参数波动束模拟方法钢束测值信息库钢束i测值（i＝1…n）测值数j＝3γ=σ/σ测i,j理i,j测值衰减系数是从属模式判别0.95≤γ1.0分布模式一（等差）分布模式二（等比）0.85≤γ0.95γ0.85分布模式三（混合）钢束纵向沿程三测点应力(j=1～3)测i,jXσi,j否《桥规》建立的预应力损失理论钢束i有效预应力沿程分布规律钢束单点应力σ测i,j(j=1)iiii提取钢束样本模块一分布模拟测值分析模块二平缓束模拟方法一平缓束模拟方法二平缓束模拟方法三钢束有效预应力检测内层间接预测钢束波动束钢束有效预应力测试值预测模型2、预测分析预测流程由式（4.5.9）得到间接预测钢束预应力损失预测值'σl预迭代求解迭代求解直接求解求解△μ，△k应用子模型一预测应用子模型二预测否是测点位置判别测点位置x反摩阻影响长度lf是否投影长度l反摩阻影响长度lf基准测试钢束分类判别应用子模型三预测钢束间有效预应力测值预测模型)()(11)()(11]1[1ln]1[1lnkxkxllkxkxlleekxkkeekx理测理测＝＝模型一预测式模型二预测式2(1)()2()(1)[1(1)]()2()()2(1)()2()(1)[1(1)]()2()()ppppppCBmlnxmplnxBnlCAmlplnAplkxBplnxnkplCBmlnxplnxBnkplCAmlplknAplkxBplnxnkpl（）＝（）模型三预测式con2con1con2con1(,)ln[](,)ln[]llallakAkxkkAkkx测理测＝拟摩阻损失算法ipllllli1321,22,33,4i,i+1直线圆曲线plff3…lRllK段抛物线4ii-1i+1ppi+1i-1i4321212l3ll1σconpeσ212,1,1f,11112f,1f2f()0()()2()22()()()2()(,)()0(,)lppmljmmjjjjppjjmjlpplxmpxlxSlSllSmpxlxSmpxlxmpxl