混凝土局部应力释放法在剩余预应力识别中的应用

发布时间：2020-09-11 19:08

　　预应力混凝土结构的剩余预应力对于结构的安全性评估极其重要,是反映结构技术状况的重要指标。它对构件中裂缝的形成和发展,以及挠度的大小有着很大的影响,当预应力损失较为严重时,会对构件的正常使用和寿命产生影响,甚至会发生安全事故。因此,只有准确获得在役桥梁结构中的剩余预应力值,才能对其现有承载能力进行评估,为桥梁的维修与加固提供可靠的依据,为结构的安全性提供保障。本文在查阅国内外相关文献的基础上,采用混凝土应力释放法,对一片跨径为24.6 m的预应力混凝土T梁进行了ANSYS模拟,对影响应力释放效果的因素进行了研究,同时进行了应力释放法试验。以期找到一种简便、可靠的应力测试方法,得到应力零点的释放深度,进而根据应力释放前后的应力差来估算结构的剩余预应力值,本文主要研究工作及结论如下:(1)建立三维实体有限元模型,模拟计算在跨中底部开环孔、方孔和开槽法三种情况下的应力释放曲线。结果表明:采用切割两条平行横槽的效果与切割四条边呈方孔以及环孔的效果是一致的,其应力释放为零的深度为33 mm左右。(2)针对开槽法,分别研究了改变切割间距d、切割宽度t和切割位置时对测点纵向应力释放速度的影响,结果表明:切槽宽度和切槽位置对应力释放效果的影响不大,切割间距d直接影响测点的应力释放速度。(3)建立了切割过程中测点纵向应力释放至零的切割深度h与切割间距d之间的近似公式,即h≈(0.32~0.34)d。(4)根据模拟的结果对1/4跨、跨中和3/4跨梁底进行了开槽试验,测量并记录应力释放前后应变的改变值,通过简化的力学公式,计算出结构的剩余预应力值。同时,为验证模拟结果的可靠性,将试验求得的剩余预应力反代入有限元模型中,得到测点未开槽时的应力值,与试验值进行比较误差均在10%以内,验证了开槽法试验的可靠性。
【学位单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU378
【部分图文】：

城市桥梁

续表桥名地理位置建成年份主桥跨径/m 跨南京长江大桥北叉桥江苏 2001 165 金沙洲大桥广东 2003 138 王灌冲大桥湖南 2009 125 惠州大桥广东 1989 124 镫口黄河特大桥内蒙 2009 100 钱塘江二桥江苏 1992 80 来桥梁垮塌的事故时有发生，如图 1-1 所示为预应力混凝土桥梁发在役预应力混凝土桥梁中剩余预应力的准确预测是急需解决的问系着结构的安全性和使用寿命。由于预应力混凝土结构受力复杂应力混凝土桥梁中剩余预应力的检测目前仍然是一个较难解决的

桥梁病害

很多桥梁不能满足承载力和使用需求，危桥所占比重有所提升。相当一部分预应力混凝土桥梁处于“带病”工作状态，这将会对桥梁的安全使用产生很大的隐患。我国处于交通运输业迅速发展的阶段，为适应发展需求，大量的预应力混凝土桥梁都处于快速建设中。与此同时，一些在役桥梁在疲劳、荷载、外部环境腐蚀的作用下，产生了不同程度的损伤并降低了其承载能力[4]。对于一些大跨径的桥梁结构，其病害主要表现为跨中挠度增大、梁体开裂、预应力钢筋外露被腐蚀等，如图 1-2 所示。其中，跨中下挠会进一步增加梁底的开裂尺寸，导致混凝土保护层剥落、钢筋锈蚀等，因此降低了桥梁的承载能力、缩短了使用寿命，使桥梁提前退出工作状态。下面对几座典型的预应力混凝土桥梁产生的病害进行介绍。

截面图,梁端,截面图,位置

3.2 创建 T 梁整体模型本文基于混凝土应力释放法对一片后张法预应力混凝土T梁进行ANSYS数值模拟。T 梁采用变截面形式，梁总长 24.6 m，计算跨径为 23.8 m，上、下翼缘宽分别为 1.935 m 和 0.96 m，梁高 2.35 m。受拉区预应力筋采用曲线布筋，受压区采用直线布筋，预应力筋共 9 束。主要设计参数如下：混凝土：弹性模量为 3.234×1010Pa，泊松比为 0.3，容重为 243kN/m 。预应力钢筋：弹性模量为 1.764×1011Pa，每束孔道内预应力筋的截面面积为 883.5 mm2，线膨胀系数为 1.0×10-5，泊松比为 0.3，位于受拉区的曲线预应力筋 N1、N2、N3、N4的张拉控制应力分别为 1100.26 MPa，1073.64 MPa，1131.32MPa，1100.26 MPa，受压区直线预应力筋 N5的张拉控制应力 783.05MPa。普通钢筋：弹性模量大小为 2.1×1011Pa，泊松比为 0.3，钢筋的质量密度为7 850 kg/m3。梁体横截面尺寸及预应力筋的布置情况如图 3-1、3-2、3-3 所示。

【参考文献】