预应力混凝土梁结构快速检测技术研究.docxVIP

? ? 预应力混凝土梁结构快速检测技术研究 ? ? 袁光英 李 刚 金 花 王 龙 （1.陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000；2.陕西省高性能混凝土工程实验室，陕西 渭南 714000） 0 引言 我国的公路桥梁到目前为止已超过90万座，其中跨度超过40m以上的桥梁不超过15%，跨度小于40m的中小桥梁超过85%。中小跨径桥梁占绝大多数，中小跨径桥中又以预应力混凝土桥梁最为普遍。从使用年限来看，大约有60%～70%的桥梁是在近30年间修建的，但也有30%～40%的桥梁使用年限在30年以上。根据外国经验，设计平均寿命为75年的桥梁实际使用寿命平均为40年左右。由于施工质量通常得不到保证，以及超载现象的普遍化，使得我国桥梁的损伤和老化速度超过预期。如何能够合理地对这些桥梁进行检测、评定，对于维护人民群众的生命财产安全，降低全周期成本等均有重要的意义。 预应力混凝土桥梁以其优良的经济性及力学性能，从而得到了极其广泛的应用。其优点为：（1）结构所采用的高标号钢材和混凝土，导致整个截面尺寸较小，从而较好地减轻了结构自重。（2）截面刚度较大，同时无裂缝可很好保护混凝土内的钢筋，提高了耐久性。预应力混凝土桥梁的特性决定了需要长期重视安全性。 预应力混凝土桥梁的破坏模式主要有：（1）桥墩的失稳引起的垮塌（桥墩失稳）；（2）由于超重车辆的不符合交通要求行驶，导致整个桥梁受力不符合规范要求而出现破坏，基本有桥跨的中部以弯曲破坏为主和桥跨的端部以剪切破坏为主两种类型。（3）由于孔道灌浆不密实造成的钢绞线锈蚀以及预应力损失。预应力损失是随着桥梁使用年限的增加而累计的，其危害将越来越大。本文就预应力混凝土桥梁结构检测技术进行研究。 1 混凝土梁检测参数确定 通过对混凝土本构关系的分析和混凝土强度机理的推导，可确定对于实际结构而言，如果想要对混凝土桥梁进行结构检测以确定其是否有损伤，可从如下三个方面进行：混凝土弹性模量、混凝土裂缝区域、混凝土裂缝深度。 对于普通钢筋混凝土桥梁，由于其弯曲变形特性，截面可分为3部分：压缩区、中性区、拉伸区。对于预应力混凝土桥梁，由于预应力的存在，整个梁截面基本处于受压状态，每点受力均为压应力。但是当预应力出现损失，且损伤超过一定数值时，整个截面的应力状态便会发生变化，与正常弯曲变形类似。因此对于钢筋混凝土桥梁，需要对梁的上、中、下部位都进行测试才能满足要求。此外利用不同荷载进行测试，可以进一步提高测试精度。可取桥梁自重荷载或者自重+正常使用极限状态下的荷载进行测试。 当无法得到混凝土弹性模量E c或为了提高推算精度，可以利用不同应力条件下的结果回归E c和S L。其方法为：当仅自重作用下，混凝土切线弹性模量可以表示为： 或者 当自重+交通荷载作用下的测试，根据交通荷载的大小，可以推算出应力水平的增量DS L，此时的规范模型的切线弹性模量为： 联立上两式，可以求得E i（即E c）和S L。过镇海模型也可以按同样方法处理。 由于桥梁的承载力不仅与混凝土材料状况有关，而且与梁板的几何尺寸、钢筋、预应力等有密切的关系。在实际操作中主要根据测得的实际应力状态和裂缝大小情况来推算桥梁实际的承载力状态与设计工况之间的区别。依据设计参数，确定在不同工况下的应力状态与材料的弹性模量之间的关系。将设计值与相应位置的测试值进行比较，明确其间的差异，从而找出实际受力与设计值之间的差别。测试区域的均值与极值由于预应力梁在外荷载作用下，各点的应力水平均不相同，因此测试区间的选取十分重要。另一方面，在实际的测试中往往利用梁的两端，这就存在应力水平的均值问题。 2 混凝土梁检测试验 本次试验中混凝土梁的加固测试模型分为钢板加固和碳纤维布加固两种类型，分别进行结构的荷载试验，见图1～图4。根据弯曲构件的特点，加固区设置在梁的底面。模型尺寸为长×宽×厚（185×20×10cm），荷载方向与浇筑面平行，即荷载方向结构尺寸为20cm。 图1 碳纤维布构件试验分析结果 图2 碳纤维布构件测试波形（上：低荷载，下：高荷载） 图3 钢板加固构件试验分析结果 图4 钢板加固构件测试波形（上：低荷载，下：高荷载） 通过对测试结果进行分析：数据显示随着荷载的增加，结构构件的弹性模量所测得数值呈逐渐下降的趋势；反射法得到弹性模量的降低率要大于透射法的结果，但初始值基本一致；在裂缝发生前后，弹性模量有较为明显的降低。对于上节中的混凝土加固构件，对其中受压区的弹性模量的变化情况，利用IE法（MEM）进行了测试，测试方向与裂缝深度方向平行，测试实景及示意图见图5～图7。 图5 受压区弹性模量变化率 图6 高应力区频谱 图7 点次高应力区MEM频谱 测试结果说明：随着荷载的增加，测试得到的弹性模量呈先升高后降低的趋势；对称位置的测试结果基本一致。 对预应力构