混凝土桥梁有效预应力检测及

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,长安大学 贺拴海,混凝土桥梁有效预应力检测及,安全评价,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）,A.Dallasta等,首次开裂弯矩法,二次开裂弯矩法,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,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,给出了适用条件,（2）基于静力参数的有效预应力预测方法,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,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,实体梁普通钢筋应力释放试验,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,截面应力状态,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)=1,PP0+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,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,动力检测法,工况一,工况二,张力频谱图,锚固长,工作长,动力检测法计算公式,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,波动束（VT）,（0，10.0,平缓束（MT）,（10.0，15.0）,预,测,模,型,2、预测分析,预测流程,模型一预测式,模型二预测式,模型三预测式,拟摩阻损失算法,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,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,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,类和类桥梁名义裂缝宽度分级,标度描述,对抗裂度影响程度,应对措施,小,常规养护,大,结合桥梁静、动载试验进行检测及评价,预应力混凝土桥梁检测评价指南,1 总则,2 术语、符号,2.1 术语,2.2 符号,3 预应力混凝土桥梁缺损状况检测,3.1 一般规定,3.2 混凝土及预应力束劣化程度检测,4 预应力钢束有效预应力检测,4.1 一般规定,4.2 横张增量法,4.3 基于直接测试的预应力模拟及预测,4.4 应力释放测试法,4.5 有效预应力衰减程度及其安全评价,5 预应力混凝土桥梁分项指标评价,5.1 混凝土及钢筋影响评价,5.2 预应力钢束影响评价,6 预应力混凝土桥梁综合评价,6.1 安全性评价,6.2 适用性评价,6.3 耐久性评价,6.4预应力混凝土桥梁综合性能评价,附录,A1 混凝土中氯离子含量检测方法,A2 混凝土裂缝深度检测方法,A3钢索张力测试仪操作规程,A4 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,A5 波动束拟摩阻损失函数算法,A6 截面应力释放值分析程序,A7 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。,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,混凝土碳化深度,混凝土保护层厚度,力筋锈蚀检测,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,管道压浆状况检测,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,有效预应力检测,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,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#,121.1,128.6,2#,108.6,槽口2,包头下游侧,3#,156.2,6#墩顶束,（银川方向）,槽口3,银川上游侧,4#,149.7,149.8,槽口1,银川下游侧,5#,149.8,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）,1022.9,918.6,0.102,6#墩顶束（银川方向）,1022.9,1070.0,0.046,有效预应力理论分布,顶板分布,腹板分布,全桥有效预应力分布模拟,预应力筋分布模式,钢束号,位置,分布模式,模拟方法,T8,6#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,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,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,MPa,MPa,MPa,MPa,6#墩,支点,上缘,6.7,1.3,7.0,1.7,下缘,1.2,1.1,1.7,1.7,8#墩,支点,上缘,11.2,1.6,11.5,1.8,下缘,1.3,0.6,1.8,0.8,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,