混凝土桥梁有效预应力检测及安全评价

1、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）

2、 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

3、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)=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

4、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

5、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o预应力混凝土桥梁检测评价指南o1 总则o2 术语、符号o2.1 术语o2.2 符号o3 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 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.

6、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 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o5.2 预应力钢束影响评价o6 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

7、、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 o力筋锈蚀检测 预应预应 力钢钢筋锈蚀锈蚀 等级评级评 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o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 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#121.1128.6 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#149.7149.8 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）1022.9918.60.

8、1026#墩顶束（银川方向）1022.91070.00.046o有效预应力理论分布顶板分布腹板分布o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 腹板预应力束有效预应力沿程分布曲线 控制截面应应力评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 MPaMPaMPaMPa 6#墩支点上缘6.71.37.01.7 下缘1.21.11.71.7 8#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

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