CN104020056B - 一种弯剪压复合应力作用下混凝土徐变试验的加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弯剪压复合应力作用下混凝土徐变试验的加载方法，首先制作混凝土梁类构件，在构件内部预留一条预应力筋的孔道，预应力筋在构件内中间位置高于两端位置，构件成横向放置，在构件两端伸出的预应力筋上分别穿上锚固钢板，并将其中一端的锚定钢板与构件之间安装压力传感器，根据需要在构建上设置千分表；读取千分表初始值，并用手持千分尺量取应变测点的间距，获得千分表和应变测点间距的初始值；将预应力筋一端锚固，另一端采用预应力张拉设备张拉预应力筋，并通过压力传感器读取拉力值，当拉力值达到实验要求时，停止张拉，并实施锚固；本发明的有益效果是可以根据科研需要进行调整控制弯矩值和剪力值。

Description

一种弯剪压复合应力作用下混凝土徐变试验的加载方法

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种弯剪压复合应力作用下混凝土徐变试验的加载方法。

背景技术

混凝土在不变荷载长期作用下，其变形随时间延长而持续增长的现象称为混凝土的徐变。混凝土徐变对桥梁长期性能的影响是严重的。近十年来，我国交通事业快速发展，车辆运行速度不断提升，高寒或冻土地区高速公路与铁路的通车里程持续增加。高速运行的车辆要求桥面或轨道具有较精确的平顺性，复杂的使用环境亦要求桥梁结构具有良好的耐久性。因此，合理预控混凝土徐变引起的桥梁结构的长期变形，防治与桥梁长期挠度过大而“并发”的梁体开裂，已成为桥梁工程中亟待解决的问题。

以大跨度桥梁为例，混凝土徐变对其性能的影响是严重的。欧洲CEB委员会调查了27座混凝土桥梁的变形数据，表明有些桥梁在建造完成后8～10年内变形仍有明显增长且数值较大。美国的Parrotts渡桥在使用12年后，主跨跨中下挠约635mm，大大超过预期。西太平洋帕劳共和国Koror-Babeldaob桥，建成后由于混凝土徐变使其跨中向下挠曲多达1.2m，后加铺桥面板又进一步加剧了徐变，加固修补3个月后桥梁倒塌。国内的三门峡黄河公路大桥、广东虎门大桥辅航道桥、黄石长江大桥等，在运营期间都出现了跨中挠度增加过大的问题，且在持续下挠过程中伴随出现大量斜裂缝及垂直裂缝，导致桥梁结构不得不加固处理。对新建设计时速300-350km客运专线的预应力混凝土桥梁，轨道铺设后，无砟桥面梁的徐变上拱值不应大于10mm；如若桥梁后期徐变变形超出无砟轨道扣件的调节范围，将对桥上线路平顺性造成严重危害，甚至可导致轨道扣件破坏失效，对行车安全造成巨大隐患。

应力状态对混凝土徐变性能的影响是显著的，科研工作者对桥梁长期挠度超过设计预期的原因及其影响进行了调查分析，主要结论可归纳为如下：

①对混凝土徐变规律认识不足，混凝土徐变计算模型不合适，施工期间桥面短龄期混凝土在循环荷载作用下，单轴徐变规律的适用性存疑。

②未充分考虑预应力筋多向布束等因素使结构应力复杂化对混凝土徐变性能的影响，且预应力筋张拉不足，预应力松弛损失和收缩徐变损失估计值偏小。

③桥梁长期变形设计计算方法有缺陷，对长期剪切应力引起的徐变挠度考虑不足。

④桥梁长期挠度过大引起的混凝土开裂导致梁体刚度退化，引发了预应力损失与混凝土徐变的耦合效应。

上述工程实践及分析表明，混凝土徐变降低了桥梁结构的长期性能，而对不同应力状态下混凝土徐变性能的差异性考虑不足是影响桥梁结构徐变效应预测精度的重要因素之一。

现有混凝土徐变试验多以单向轴压应力作用下的徐变试验为主，而对复合应力作用的混凝土桥梁结构徐变效应分析时直接套用单向轴压条件下混凝土的徐变模式是不合理的。近年来，许多专家开始探索不同应力状态下混凝土的徐变性能。

与本发明最相似的研究是对混凝土梁进行长期堆载试验，获取混凝土梁在弯剪复合应力作用下的徐变性能。但是，这种方案很难实现构件加载时对弯矩值和剪力值的同时控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种弯剪压复合应力作用下混凝土徐变试验的加载方法，解决了目前混凝土梁在进行长期堆载时弯矩值和剪力值难以根据科研需要进行调整控制的问题。

本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：试验构件的制作，首先制作混凝土梁类构件，在构件内部预留一条预应力筋的孔道，预应力筋在构件内中间位置高于两端位置，两端位置与构件截面中心的距离为偏心距e1，中间位置与构件截面中心的距离为偏心距e1与偏心距e2之和，并在构件梁一侧截面上埋设千分尺应变测点，测点采用不锈钢制作，埋入深度为10mm；

步骤2：将构件吊装至科研需要试验场地上，构件成横向放置，两端分别用角钢和滚轴支撑，在构件两端伸出的预应力筋上分别穿上锚固钢板，并将其中一端的锚定钢板与构件之间安装压力传感器，根据科研需要在构建上设置千分表；

步骤3：读取千分表初始值，并用手持千分尺量取应变测点的间距，获得千分表和应变测点间距的初始值；

步骤4：将预应力筋一端锚固，另一端采用预应力张拉设备张拉预应力筋，并通过压力传感器读取拉力值，当拉力值达到实验要求时，停止张拉，并实施锚固，及时量测千分表，并及时量测手持千分尺应变测点间距；

步骤5：定期读取千分表的数值，同时测定千分尺应变测点的间距，定期读取传感器的数值，在每次读取数值时，若发现压力传感器的数值比张拉力初值少2％以上时，即对预应力筋补张拉，保持有效预应力应力恒定。

进一步，所述步骤1中预应力筋的孔道可以穿过一根或数根预应力筋。

进一步，所述步骤2中千分表同时在构件两端和底部设置。

进一步，所述步骤3中应变测点在构件的横截面的顶部、中部及底部设置。

进一步，调整所述e1值可实现弯矩值的调整，调整所述e2值可实现剪力值的调整。

本发明的有益效果是分析不同应力梯度值和剪切应力值对混凝土徐变性能及混凝土梁长期挠度的影响，可以根据科研需要进行调整控制弯矩值和剪力值。

附图说明

图1是本发明构件加载及量测方案示意图；

图2是本发明构件端部截面图；

图3是本发明构件跨中截面图。

图中，1.压力传感器，2.应变测点，3.锚定钢板，4.预应力筋，5.千分表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明采用的技术方案为按照以下步骤进行：

步骤1：试验构件的制作，首先制作混凝土梁类构件如图1所示，构件的截面如图2和图3所示，图2为构件端部截面，图3为构件跨中截面，在构件内部预留一条预应力筋4的孔道，预应力筋4的孔道可以根据需要穿过一根或数根预应力筋4，预应力筋4在构件内中间位置高于两端位置，两端位置与构件截面中心的距离为偏心距e1，中间位置与构件截面中心的距离为偏心距e1与偏心距e2之和，并在构件梁一侧截面上埋设千分尺应变测点2，应变测点2采用不锈钢制作，埋入深度为10mm。如图2和图3所示，如若是一根预应力束就如图2所示，如若是两根及其以上的预应力束图2的预应力筋4就表示多根合起来，e1、e2值表示钢束的偏心距，可根据需要调整大小，采用与钢束直径大一个规格的塑料波纹管预留预应力筋4的孔道，并将预应力筋4穿过孔道。本发明中，调整e1值可实现弯矩值的调整，调整e2值可实现剪力值的调整。

步骤2：待构件混凝土强度达设计强度后，将构件吊装至科研需要试验场地上，将构件按图1所示简支放置，构件成横向放置，两端分别用角钢和滚轴支撑，在构件两端伸出的预应力筋4上分别穿上锚固钢板3，并将其中一端的锚定钢板3与构件之间安装压力传感器1。根据科研需要在构建上设置千分表5，优选在构件两端和底部设置。

步骤3：读取千分表5初始值，并用手持千分尺量取应变测点2的间距，应变测点可根据研究需要，优选在构件的横截面的顶部、中部及底部设置，获得千分表和应变测点间距的初始值。

步骤4：将预应力筋4一端锚固，另一端采用预应力张拉设备张拉预应力筋4，并通过压力传感器1读取拉力值，当拉力值达到实验要求时，停止张拉，并实施锚固。

步骤5：定期读取千分表5的数值，同时测定千分尺应变测点2的间距。定期读取传感器1的数值，在每次读取数值时，若发现压力传感器的数值比张拉力初值少2％以上时，即对预应力筋4补张拉，保持有效预应力应力恒定。

本发明的试验方法目的：

1)通过改变预应力钢束的张拉控制应力和偏心距e₁值，可以调整弯矩值；

2)通过改变预应力钢束的张拉控制应力和偏心距e₂值，可以调整剪力值；

3)通过千分表量测混凝土梁的挠曲变形，获取长期挠度变化值；

4)通过手持千分尺量测跨中应变测点间距，进而获取应变变化。

本发明根据预应力的等效荷载原理，采用预应力后张法使混凝土结构构件长期处于弯、剪、压复合应力状态，并通过压力传感器获取预应力损失值，后期定量补偿预应力，可解决如下问题：

1、可使混凝土构件同时处于弯、剪、压复合应力状态且仅处于弯、剪、压应力状态；

2、通过压力传感器获取预应力损失值，通过后期定量补偿损失的预应力，可使混凝土构件长期处于恒定的弯、剪、压应力作用之下；

3、通过改变预应力钢束的数量或改变钢束的张拉控制应力，可调整混凝土徐变试验构件的压应力、应力梯度或剪切应力；

4、在钢束数量和位置不需改变的情况下，调整钢束的偏心位置，亦可以根据科研的需要使混凝土构件处于不同压应力、应力梯度或剪切应力。

本发明具有的优点有，加载容易，长期荷载容易实现且安全；可实现弯压复合应力加载，并可同时与单向轴压徐变试验对比研究；轴压应力及挠曲应力梯度值可根据科研需要较易调整。本发明根据荷载等效原理采用预应力后张法对构件加载，其有益效果是混凝土弯剪压复合应力作用下的徐变试验方法简单，且弯矩值和剪力值均可控，成本低。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种弯剪压复合应力作用下混凝土徐变试验的加载方法，其特征在于按照以下步骤进行：

步骤1：试验构件的制作，首先制作混凝土梁类构件，在构件内部预留一条预应力筋(4)的孔道，预应力筋(4)在构件内中间位置高于两端位置，两端位置与构件截面中心的距离为偏心距e1，中间位置与构件截面中心的距离为偏心距e1与偏心距e2之和，并在构件梁一侧截面上埋设千分尺应变测点(2)，应变测点(2)采用不锈钢制作，埋入深度为10mm；

步骤2：将构件吊装至科研需要试验场地上，构件成横向放置，两端分别用角钢和滚轴支撑，在构件两端伸出的预应力筋(4)上分别穿上锚固钢板(3)，并将其中一端的锚固钢板(3)与构件之间安装压力传感器(1)，根据需要在构件上设置千分表(5)；

步骤3：读取千分表(5)初始值，并用手持千分尺量取应变测点(2)的间距，获得千分表和应变测点间距的初始值；

步骤4：将预应力筋(4)一端锚固，另一端采用预应力张拉设备张拉预应力筋(4)，并通过压力传感器(1)读取拉力值，当拉力值达到实验要求时，停止张拉，并实施锚固；

步骤5：定期读取千分表(5)的数值，同时测定千分尺应变测点(2)的间距，定期读取压力传感器(1)的数值，在每次读取数值时，若发现压力传感器的数值比张拉力初值少2％以上时，即对预应力筋(4)补张拉，保持有效预应力应力恒定。

2.按照权利要求1所述一种弯剪压复合应力作用下混凝土徐变试验的加载方法，其特征在于：所述步骤1中预应力筋(4)的孔道可以穿过一根或数根预应力筋(4)。

3.按照权利要求1所述一种弯剪压复合应力作用下混凝土徐变试验的加载方法，其特征在于：所述步骤2中千分表(5)必须且只能在构件两端和底部设置。

4.按照权利要求1所述一种弯剪压复合应力作用下混凝土徐变试验的加载方法，其特征在于：所述步骤3中应变测点(2)在构件的横截面的顶部、中部及底部设置。

5.按照权利要求1所述一种弯剪压复合应力作用下混凝土徐变试验的加载方法，其特征在于：调整所述e1值可实现弯矩值的调整，调整所述e2值可实现剪力值的调整。