混凝土桥梁有效预应力检测及精编版课件.ppt

1、长安大学长安大学 贺拴海贺拴海混凝土桥梁有效预应力检测及混凝土桥梁有效预应力检测及安全评价安全评价 420/2503102902902902903703703702482884.6233064.6233089.12029.989.12029.9851459.91851439.814240.7267.120.2 265314.46176/25996/20123456789R=4003F1R=500R=500R=500R=500R=600R=600R=600R=1000 =123F23F33F43F53F63F73F86F106F979.290R=1000 =122184T14T24T34T44T

2、56T66T78T88T9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

3、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()(EIfNEIA.Dallasta等)()(ccc4442nyyyIANEIANEmLn 首次开裂弯矩法 二次开裂弯矩法 10101/pnncrprnne yMyNfIAI20201/pnncrpnne yMyNI

4、AI 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预应力混凝土简支梁有效刚度比与力的关系BB/ecu1)21(1AfNhek2cu3cu2)()(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

5、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不同形状芯孔混凝土表面轴向应变随深度变化曲线轴向应变随深度变化曲线 不同孔芯直径下的圆形孔芯不同孔芯直径下的圆

6、形孔芯表面轴向应变随深度变化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-0.200.20.40.60.810153045607590105 120时间（分钟）应力释放比回归曲线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 钢筋应变随时间变化规律 钢筋温度随时间 优选试验方法优选试验方法实体梁普通钢筋应力释放试验 钢筋应变随时间变化钢筋应变随时间变化 温度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

7、。（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截面应力状态截面应力状态 5551115522115()()5()iiiiiiiiiiiyyyyyy 5511()55iiiiyaype0()()hNy b y dype0()()()hxN ey b yyy dy形截面外围轮廓挖空部分箱形截面挖 空 部 分外 围 轮 廓

8、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（StrAN V1.0），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PP0？计算影响线，给节点加竖向单位力PM(3*LP(P)1)=1PP0+R0+F0+Q0？PP0+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

9、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PP0？输出节点的位移输出杆端力Z00？输出内力影响线HZ0？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）钳式抓拔器钳式抓拔器 支块支块 预应力束筋分隔器预应力束筋分隔器 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L12

10、1 y=-1E-05x2+0.0057x+0.1168R2=0.99740.000.100.200.300.400.500.600.700.80020406080100 120 140 160 180 200 220纵向力（KN）横向力（KN）5mm 纵向力多项式(5mm 纵向力)y=0.0828x+1.17R2=0.99920.005.0010.0015.0020.00020406080100 120 140 160 180 200 220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 1.0Lm0.7lm221222120

11、.0040.4Bml fml fEIFlAe锚固长工作长动力检测法计算公式动力检测法计算公式 0.5lm221222120.0040.4Bml fml fEIFlAe1.0Lm0.7lm221222222 4411111120.0040.4(416)Bml fml fEIFABml fC m l flAe0.5lm221222222 4411111120.0040.4(416)Bml fml fEIFABml fC m l flAe 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

12、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（i1n）测值数j3=/测i,j理i,j测值衰减系数是从属模式判别0.951.0分布模式一（等差）分布模式二（等比）0.850.95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)(

13、)(11)()(111 1ln1 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()()ppppppCB mlnxmplnxBnlCAmlplnAplkxBplnx nkplCB mlnxplnxBnkplCAmlplknAplkxB plnx nkpl（）（）模型三预测式 con2con1con2con1(,)ln(,)lnllallakAkxkkAkkx测理测拟摩阻损失算法 ipllllli1321,22,33,4i,i+1直线圆曲线plff3lRllK段抛物线4ii

14、-1i+1ppi+1i-1i4321212l3ll1conpe212,1,1f,11112f,1f2f()0()()2()22()()()2()(,)()0(,)lppmljm mjj jjp pjj mjlp plxmpxlx Sl Sll Smpxlx Smp xlxmp xl编制了预应力钢束拟摩阻损失等效参数求解程序（PresPS V1.0），软件登记号为：2007SR17517，以30m预应力混凝土T梁为例，进行了验证。4、桥梁安全评价基于有效预应力储备度的分级体系 S,rE,r,rX,rE桥梁环境类型类和类类和类标度描述衰减程度工作状态预警应对措施工作状态预警应对措施无安全常规养护安

15、全常规养护低度安全常规养护界限通过预应力度衰减率进一步确定中度界限通过预应力度衰减率及名义裂缝宽度两指标进一步确定危险分析使用应力强度，采取技术改造措施严重危险分析使用应力强度，采取技术改造措施有效预应力储备度衰减率分级有效预应力储备度衰减率分级,K,K桥梁环境类型类和类类和类标度描述预应力储备度变化速率应对措施应对措施发展缓慢确定名义裂缝宽度指标进行判定确定下一有效预应力检测时间区段进行复测发展较快结合桥梁静、动载试验进行检测结合桥梁静、动载试验进行检测环境环境 类和类和类桥梁名义裂缝宽度分级类桥梁名义裂缝宽度分级 0,0.05fkrw0.05,0.1fkrw标度描述对抗裂度影响程度应对措施

16、小常规养护大结合桥梁静、动载试验进行检测及评价o预应力混凝土桥梁检测评价指南预应力混凝土桥梁检测评价指南o1 1 总则总则o2 2 术语、符号术语、符号o2.1 术语o2.2 符号o3 3 预应力混凝土桥梁缺损状况检测预应力混凝土桥梁缺损状况检测o3.1 一般规定o3.2 混凝土及预应力束劣化程度检测o4 4 预应力钢束有效预应力检测预应力钢束有效预应力检测o4.1 一般规定o4.2 横张增量法o4.3 基于直接测试的预应力模拟及预测o4.4 应力释放测试法o4.5 有效预应力衰减程度及其安全评价o5 5 预应力混凝土桥梁分项指标评价预应力混凝土桥梁分项指标评价o5.1 混凝土及钢筋影响评价o

17、5.2 预应力钢束影响评价o6 6 预应力混凝土桥梁综合评价预应力混凝土桥梁综合评价o6.1 安全性评价o6.2 适用性评价o6.3 耐久性评价o6.4预应力混凝土桥梁综合性能评价o附录附录oA1 混凝土中氯离子含量检测方法oA2 混凝土裂缝深度检测方法oA3钢索张力测试仪操作规程oA4 基于有限截面检测的有效预应力预测程序等效参数求解程序oA5 波动束拟摩阻损失函数算法oA6 截面应力释放值分析程序oA7 预应力混凝土桥梁评价系统5、实桥应用研究 贵州省贵阳新寨河特大桥（120+2230+120）m连续刚构陕西省铜川玉皇阁特大桥（75+4140+75）m连续刚构宁夏自治区石嘴山黄河公路大桥预

18、应力混凝土T构简介3座桥梁的应用 石嘴山黄河公路大桥 主桥为四跨带挂梁的T型刚构，横断面为单箱双室，跨径组合为60+290+60m。o 一般检测 检测了桥面铺装、桥面排水设施、伸缩缝、人行道及栏杆、上部结构的悬臂箱梁外（内）部及横隔板开裂情况、挂梁及T梁的裂缝情况和下部结构外观等情况，混凝土强度、碳化、保护层等。混凝土抗压强度混凝土抗压强度 混凝土碳化深度混凝土碳化深度 混凝土保护层厚度混凝土保护层厚度 o 力筋锈蚀检测 预应力钢筋锈蚀等级评定预应力钢筋锈蚀等级评定部位测点编号评定依据评定等级银川侧一T构1二类：钢绞线表面局部失去光泽，钢丝间有少量氧化铁粉，人工打磨呈现原钢绞线金属光泽，可见锈

19、蚀为斑点状无锈坑。二类银川侧第一T构2二类包头侧第一T构3二类包头侧第一T构4二类o 管道压浆状况检测 预应力管道压浆状况等级评定预应力管道压浆状况等级评定 部 位测点编号评定等级银川侧第一T构1密实银川侧第一T构2密实包头侧第一T构3全空包头侧第一T构4全空o 有效预应力检测矩形槽横断面及所测预应力钢绞线位置矩形槽横断面及所测预应力钢绞线位置 有效预应力检测结果有效预应力检测结果 关键服役钢束槽口位置实际位置钢绞线编号有效张拉力（kN）实测值平均值8#墩顶束（包头方向）槽口4包头上游侧1#121.1128.62#108.6槽口2包头下游侧3#156.26#墩顶束（银川方向）槽口3银川上游侧4

20、#149.7149.8槽口1银川下游侧5#149.8有效预应力评价指标有效预应力评价指标 关键服役钢束理论值实测值评价指标设（MPa）测（MPa）设-测/设8#墩顶束（包头方向）1022.9918.60.1026#墩顶束（银川方向）1022.91070.00.046o 有效预应力理论分布有效预应力理论分布420/2503102902902902903703703702482884.6233064.6233089.12029.989.12029.9851459.91851439.814240.7267.120.2 265314.46176/25996/20123456789R=4003F1R=5

21、00R=500R=500R=500R=600R=600R=600R=1000 =123F23F33F43F53F63F73F86F106F979.290R=1000 =122184T14T24T34T44T56T66T78T88T9钢束立面布置顶板分布腹板分布o 全桥有效预应力分布模拟全桥有效预应力分布模拟 预应力筋分布模式预应力筋分布模式 con1252.76.8钢束号位置分布模式模拟方法T86#墩顶银川方向0.898等比调整后张拉控制应力：8#墩顶包头方向1.046等差调整后钢束松弛系数：顶板预应力束有效预应力沿程分布曲线顶板预应力束有效预应力沿程分布曲线 腹板预应力束有效预应力沿程分布曲

22、线腹板预应力束有效预应力沿程分布曲线 控制截面应力评价控制截面应力评价墩号控制断面应力位置最大组合压应力最大组合拉应力最大组合主压应力最大组合主拉应力MPaMPaMPaMPa6#墩支点上缘6.71.37.01.7下缘1.21.11.71.78#墩支点上缘11.21.611.51.8下缘1.30.61.80.8满足正常使用极限状态预应力A类构件的要求，不会出现因安全性不足而破坏的情况 贵阳新寨河特大桥(840)+(120+2230+120)+(240)陕西省铜川市玉皇阁特大桥75+4140+75 技术先进性对比目标技术国内国外先进程度检测预应力横张增量法无无国际领先力学指标法无仅限于中心配束矩形梁国际领先应力释放法有，未到实用阶段有，未到实用阶段国际先进预测全桥预应力衰减程度及评价基于释放应力基于表层预应力无无国际领先请各位批评指正请各位批评指正