CN112683425A - 一种桥梁体内纵向预应力筋有效应力的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于桥梁预应力检测技术领域，提出一种桥梁体内纵向预应力筋有效应力的检测方法，本发明通过在试验机上张拉与现场实测预应力筋规格、型号、长度等参数相同的单根预应力筋，得到预应力筋张拉力与自振频率间的拟合曲线方程，在现场检测时，将测得的预应力筋的自振频率代入方程则可得到预应力筋当前的张拉力，再利用应力与力之间的关系计算出预应力筋的有效应力。本发明通过试验对拉力与频率的关系进行修正，能够有效提高纵向预应力筋有效应力的检测精度和桥梁正常使用状态评价的准确性。
Description
技术领域
本发明属于桥梁预应力检测技术领域，具体涉及一种桥梁体内纵向预应力筋有效应力的检测方法。
背景技术
预应力筋是预应力混凝土结构构件的重要组成部分，桥梁结构中纵向预应力筋的有效应力水平决定着桥梁结构的正常使用状态，包括裂缝、挠度等。随着时间的推移，受预应力钢筋与管道壁之间的摩擦、锚具变形、钢筋回缩和拼装构件的接缝压缩、混凝土的弹性压缩、预应力钢筋的应力松弛及混凝土的收缩和徐变等因素的影响，纵向预应力筋的有效预应力将会逐步损失。有效应力的降低将导致结构出现开裂或裂缝发展、主梁跨中下挠等不利现象。因此，准确检测桥梁结构中纵向预应力筋的有效应力，可全面准确掌握桥梁结构的工作性能和运营水平，为桥梁加固决策与设计提供重要支撑。
目前可用于检测在役桥梁体内纵向预应力筋有效应力的方法主要有横张位移增量法、应力释放法及动测法。横张位移增量法的原理是在预应力筋上施加横向荷载，将横向位移增量与相应横向荷载增量代入实用经验公式得到预应力筋的当前拉力；该法通过钢索张力测试仪配合数显仪实现现场拉力测试，但仪器较为笨重、操作不便，同时横张力与位移显示数据不同步造成测试结果误差较大。应力释放法是采用机械切割的方法释放预应力筋中被约束的应力，将测得的应变增量代入截面平衡公式求解预应力，但该法局限于单点应力释放且测试精度较低。动测法是基于振动原理及张拉弦理论，利用动测设备获取预应力筋的自振频率，再根据相关公式得到拉力，对于长度短、力值小的预应力筋测试结果误差较大。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种桥梁体内纵向预应力筋有效应力的检测方法，可实现对不同类型、规格、长度的桥梁体内纵向预应力筋的有效应力进行高精度测试。
本发明提出的一种桥梁体内纵向预应力筋有效应力的检测方法，具体步骤如下：
(1)在试验室内调试试验机参数，将与待测预应力筋规格、型号相同的单根预应力筋两端锚固于试验机上，锚点之间的距离与待测预应力筋支点间距离相同，在预应力筋沿长度方向的中点位置安置高灵敏度传感器并接入动测设备等待测试。
(2)采用分级加载的方式，对预应力筋按10kN的级差逐级施加50kN～(σcon·S)kN的拉力，每级持荷1min并进行频率采集，同时记录动测设备输出的频谱图，其中σcon和S分别表示纵向预应力筋的锚下控制张拉应力与单根预应力筋的横截面面积。
(3)进行试验分析，通过各级加载时记录的频谱图得出被测预应力筋对应力值的自振频率，通过回归分析得到张拉力T与自振频率F间的拟合方程，即T＝A·F2+B，其中A与B均为通过回归分析得到的已知系数。
(4)在检测现场确定待测预应力筋的具体位置，切割混凝土、开挖矩形槽口，槽口长度须大于1.00m；清理槽口周围杂物并露出预应力筋，将1根待测预应力筋两端以刚性支撑支起，支距最少为1.00m，除两端支点与刚性支撑接触外，待测预应力筋的其余部位均不得与任何物体接触。
(5)接入并调试测试设备，在待测预应力筋沿长度方向的中点位置安置高灵敏度传感器并接入动测设备进行测试，得到实测预应力筋的频谱图，分析得到实测预应力筋当前状态下的自振频率f，将自振频率f代入拟合方程T＝A·F2+B中，得到实测预应力筋当前状态下的张拉力T1＝A·f2+B。
(6)利用应力与力之间的关系计算出实测预应力筋在当前状态下的有效应力。
本发明的有益效果在于：通过对与现场实测预应力筋规格、型号、长度等相同的预应力筋进行分级加载试验，获取施加于预应力筋的拉力与预应力筋的自振频率之间的实际拟合曲线方程，在现场检测时，将测得的预应力筋的自振频率代入方程即可计算得到预应力筋当前的张拉力，再利用应力与力之间的关系计算出预应力筋的有效应力。该桥梁体内纵向预应力筋有效应力的检测方法为现场检测提供了试验数据支持，大大提高了预应力筋有效应力的检测精度，提升了桥梁正常使用状态评价的准确性。
附图说明
图1为本发明方法的流程图示。
具体实施方式
本发明方法首次在某黄河公路大桥的体内纵向预应力筋有效应力检测工作中进行了实际应用，该桥主桥为660m的五跨一联变截面预应力混凝土连续刚构-连续梁桥，跨径布置为(65+160+210+160+65)m，经过近20年的运营，桥梁腹板出现较多斜向裂缝且主跨跨中下挠严重，研究认为纵向预应力损失过大是产生上述病害的重要原因，因此对大桥主梁内部纵向预应力筋有效应力的检测方法进行了深入研究，并且在该桥成功实现应用。目前，本发明方法已在多座桥梁的体内纵向预应力筋有效应力的检测中得到应用，效果良好。
选择每跨的长束及短束均进行检测，根据设计图纸等资料确定被测预应力筋的规格、型号，选取长度为1.50m的相同规格、型号的单根预应力筋在试验室进行试验，锚点之间的距离为1.00m，在预应力筋沿长度方向的中点位置安置高灵敏度传感器并接入动测设备等待测试。
采用分级加载的方式，对预应力筋按10kN的级差逐级施加50kN～187kN的拉力，每级持荷1min并进行频率采集，同时记录动测设备输出的频谱图。
进行试验分析，通过各级加载时记录的频谱图得出被测预应力筋对应力值的自振频率，通过回归分析得到张拉力T与自振频率F间的拟合方程，即T＝A·F2+B，其中A与B均为通过回归分析得到的已知系数。
根据设计图纸等资料确定被测预应力筋的具体位置，现场结合探地雷达对箱内底板的纵向预应力筋进行扫描定位，在确定相应预应力筋位置后切割混凝土开挖纵桥向约1.20m、横桥向约0.20m的槽口，清理杂物并露出预应力筋，将1根待测预应力筋两端以Φ12的钢筋支起，支距为1.00m。除两端支点与钢筋接触外，待测预应力筋的其余部位均不得与任何物体接触。
接入并调试动测设备，在预应力筋沿长度方向的中点位置安置高灵敏度传感器拾取其激振信号，根据动测设备输出的频谱图确定预应力筋自振频率f，将自振频率f代入拟合方程T＝A·F2+B中，得到实测预应力筋当前状态下的张拉力T1＝A·f2+B。
利用应力与力之间的关系计算出实测预应力筋在当前状态下的有效应力。
以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非限制本发明的保护范围，故凡应用本发明说明书及附图内容所作出的等效变化，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种桥梁体内纵向预应力筋有效应力的检测方法，其特征在于，包括试验室内的测试与分析，以及现场测试与计算；具体步骤如下：
(1)在试验室内调试试验机参数，将与待测预应力筋规格、型号相同的单根预应力筋两端锚固于试验机上，锚点之间的距离与待测预应力筋支点间距离相同，在预应力筋沿长度方向的中点位置安置高灵敏度传感器并接入动测设备等待测试；
(2)采用分级加载的方式，对预应力筋按10kN的级差逐级施加50kN～(σcon·S)kN的拉力，每级持荷1min并进行频率采集，同时记录动测设备输出的频谱图，其中σcon和S分别表示纵向预应力筋的锚下控制张拉应力与单根预应力筋的横截面面积；
(3)进行试验分析，通过各级加载时记录的频谱图得出被测预应力筋对应力值的自振频率，通过回归分析得到张拉力T与自振频率F间的拟合方程，即T＝A·F2+B，其中A与B均为通过回归分析得到的已知系数；
(4)在检测现场确定待测预应力筋的具体位置，切割混凝土、开挖矩形槽口，槽口长度须大于1m；清理槽口周围杂物并露出预应力筋，将1根待测预应力筋两端以刚性支撑支起，支距最少为1m，除两端支点与刚性支撑接触外，待测预应力筋的其余部位均不得与任何物体接触；
(5)接入并调试测试设备，在待测预应力筋沿长度方向的中点位置安置高灵敏度传感器并接入动测设备进行测试，得到实测预应力筋的频谱图，分析得到实测预应力筋当前状态下的自振频率f，将自振频率f代入拟合方程T＝A·F2+B中，得到实测预应力筋当前状态下的张拉力T1＝A·f2+B；
(6)利用应力与力之间的关系计算出实测预应力筋在当前状态下的有效应力。
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