预应力混凝土箱梁竖向预应力钢筋有效预应力检测研究.pdf
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1、第 3 8卷 , 第 3期 2 0 1 3年 6月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 8,No 3 J u n, 2 0 1 3 预应力混凝土箱梁竖向预应力钢筋 有效预应力检测研究 刘小燕 , 王 玮玮 ,张峰 , 齐 广志 ( 1 长沙理工大学 , 湖南 长沙4 1 0 0 0 0 ; 2 山东大学 岩土与结构工程研究中心 ,山东 济南2 5 0 0 6 1 ) 摘要 在大跨度 预应 力混凝 土桥梁 中, 竖向预应力不足或预应力损失过大将导致箱梁腹 板产生斜 裂缝 如 何 检测 箱梁竖向预应力钢筋的损失 , 寻 找箱梁施工时竖 向
2、预应力筋张拉力简单实用的检测方 法成为大 家关注的热 点 。为了能够有效的检测箱梁施工过程中的竖向预应力是 否达 到设 计值 , 本文基于 结构动 力学理论 , 通过有 限元 模 型的大量 模拟计算 , 建立起竖 向预应力筋外露段长度 、 锚 固段 刚度增大系数与外露段动力特性 之间 的参数关 系 ; 通 过模 型试验建立了箱梁竖向预应力筋有效 预应 力和锚固段 刚度增大 系数 的关系 , 并在现场某座连续 刚构桥上进 行 了部 分节段 的检测 。本 文方 法为高效 、 简便的检测竖向预应力钢筋的有效 预应力提供 了保障 。 关键词 精轧螺纹钢 ;张拉力 ; 外露段 ; 箱 梁;腹板 中图分类
3、号 U 4 4 8 2 1 3 文献标识码 A 文章编号1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 3 ) O 3 一 O l 8 4 一 O 4 S t u d y o n Te n s i o n i ng Fo r c e o f Ve r t i c a l Fi n i s h Ro l l e d Th r e a d e d Re i n f o r c i n g Ba r I n Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Bo x Gi r d e r W e b s L I U Xi a o y a n ,WANG W e i we i ,
4、 Z HA NG F e n g ,QI Gu a n g z h i ( 1 C h a n g s h a U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,C h a n g s h a ,H u n a n 4 1 0 0 0 0 ,C h i n a ; 2 S h a n d o n g U n i v e r s i t y , G e o t e c h n i c a l a n d S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g R e s e a r c h
5、 C e n t e r , J i n a n , S h a n d o n g 2 5 0 0 6 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t A s f o r t h e l o n g s p a n p r e s t r e s s e d c o n c r e t e b r i d g e , t h e s h o r t a g e o f v e r t i c a l p r e s t r e s s i n g a n d t h e o u t g r o w l o s s o f p r e s t r e s s i n g c a
6、n b o t h l e a d t o i n c l i n e d c r a c k s i n we b s An d ho w t o d e t e c t t h e l o s s o f v e r t i c a l p r e s t r e s s i n g i n b o x g i r d e r a n d f i n d t h e s i mp l e a n d p r a c t i c a l d e t e c t i o n me t h o d t o d e t e c t t h e t e n s i o ni ng f o r c e
7、 o f v e r t i c a l p r e s t r e s s i n g t e n d o n a r e b e c o mi n g t h e f o c u s o f r e s e a r c h I n o r d e r t o e s t i ma t e t h a t e f f e c t i v e l y wh e t h e r t h e t e n s i o n i n g f o r c e a c c o r d wi t h t h e d e v i s e d n u mb e r o r n o t ,t h e p a p e
8、 r i s b a s e d o n t h e t h e o r y o f s t r u c t u r a l d y n a mi c s t h r o u g h t h e n ume r i c a l s i mu l a t i o n c a l c ul a t i o n wi t h p l e n t y o f f i n i t e mo de l s Th e p a r a me t e r r e l a t i o n s h i p,whi c h i s a mo n g t h e e x s e r t i o n s e g me n
9、 t l e n g t h,t h e s t i f f n e s s i n c r e me n t c o e ffi c i e n t o f t h e a n c h o r i n g s e g me n t ,a n d t h e e x s e r t i o n s e g me n t d y n a mi c c h a r a c t e r i s t i c s o f v e r t i c a l pr e s t r e s s i n g t e n d o n,h a s b e e n bu i l t Be s i d e s,t h e
10、 r e l a t i o n s h i p b e t we e n t h e e f f e c t i v e p r e s t r e s s a n d t h e s t i ffn e s s i n c r e me n t c o e f f i c i e n t o f t h e a n c h o r i n g s e g me n t o f v e rti c a l p r e s t r e s s i n g t e nd o n ha s b e e n b u i l t ,a t t h e s a me t i me, pa r t i a
11、 l s e g me n t o f a c o n t i n u o u s r i g i d fla me b r i d g e h a s b e e n t e s t Th i s p a p e r wo u l d p r o v i d e g ua r a n t e e f o r t h e e ffi c i e n t a n d s i mp l e e f f e c t i v e p r e s t e s s d e t e c t i o n o f v e r t i c a l p r e s t r e s s i n g t e n d o
12、 n Ke y w o r d s f i n i s h i n g r o l l i n g r e b a r ; t e n s i o n i n g f o r c e ; e x s e r t i o n s e g m e n t ;b o x g i r d e r ; w e b 0 前 言 腹 板斜 裂缝 是预 应力 混凝 土连 续箱梁 较 常见 的 裂缝形式 , 腹板斜裂缝 的成因复杂多样 , 其开裂的根 本 原 因是腹 板 中的 主拉应 力过 大 。如设计 时对 结构 构造 、 主拉应 力 等 问题 考 虑不周 ; 施 工期对 施 工质量 控 制 不严 , 纵 向
13、 和竖 向预应力 损失 过大 ; 加上 运营期 车辆 荷载严 重超 载等都 可能 导致 主拉应 力过 大 。尽 管腹 板主拉应 力 大 小与 纵 向预应 力 筋 布 置 方式 、 竖 向预应 力筋 、 温度 应力 、 徐 变应力 等 多方面 的 因素有 关 。但 箱梁 中 的竖 向预 应 力仍 然 是 抵抗 剪 应 力 和主拉应力的重要因素, 尤其是在纵 向预应 力不变 收稿 日期 2 0 1 2 0 8 2 9 作者简 介刘小燕( 1 9 6 3 一) , 女 , 教授 , 硕士, 主要研究方 向: 钢筋混凝土基本理沦 , 桥 梁结构分析 , 大跨径桥梁试验研究。 学兔兔 w w w .x
14、u e t u t u .c o m 第 3期 刘小燕 , 等 : 预应力混凝土箱梁竖向预应力钢筋有效预应 力检测研究 1 8 5 的条件下 , 竖 向预应力对全桥箱梁腹板 的主拉应力 影响将会变得异 常显著 。一旦 竖 向预应力 损失 过大, 斜截面抗剪应力储备将严重不足。 随着箱形截面预应力混凝土连续梁桥跨度的增 大 , 混凝土箱梁腹板开裂的问题越来越严重, 这引起 了广 大工 程技 术人 员 的关 注 。 O 4桥规 将竖 向预应力产生 的竖 向压应力计 算公式在文献 4 的基础上乘 以 0 6的折 减系数 , 并规定了竖 向预应力 筋的纵向间距不小 于 5 0 c m。 这是基于竖向预
15、应力筋施工质量不理想的情况考虑 了这 一折 减 系数 。 国 内外有 关竖 向预 应力 研究 重点 在 以下 几个方 面, 开展了对精轧螺纹钢筋预应力 的瞬时损失和长 期损失分析 ; 对竖向预应力筋进行二次张拉 、 超 张拉和滞 后 张 拉 等施工 工 艺研 究 以保 证施 工 质 量 ; 开展竖 向精 轧螺纹钢张拉力 的有效 测试方 法研 究 , 以把 握 竖 向钢筋 的有效 预 应力 “ 。 文献 1 0 和文献 1 1 为 了研究 目前竖 向预应 力张拉力的损失 , 基于解 析解 获得 了竖 向预应力筋 外露段锚 固区刚度变化与张拉力 的关 系。但 由于其 推导的方程十分复杂 , 不便于
16、工程应用 。本文从结 构动力学理论人手 , 通过数值模拟和室内模型试验 , 建立 起箱 梁竖 向有 效预 应力 和外 露段 钢筋 动力 特性 的关系, 便于快速的计算 钢筋锚 固段刚度的变化与 有效张拉力之间的关 系。通过现场检测 , 证明了检 测方法的简便 、 可靠性。 1 精 轧螺 纹钢 外露 段 锚 固时 动 力特 性数 值 模 拟 1 1 理 论 分析 锚固在箱梁 中的竖向预应力钢筋张拉力大小会 影响螺母与精轧螺纹钢筋之间咬合 的松紧程度 , 在 螺母范围内, 螺纹之间不 同的咬合程度会使锚 固段 钢筋有不 同的抗弯刚度 , 它又使外露段钢筋会有不 同的固有频率。钟新谷教授研究表明 :
17、 随着张拉 力 增加 , 外露 段 钢筋 的一 阶振 型 固 有 频率 均 存 在 不 同 程度 的增 加 , 竖 向预应力 筋外 露 段在 张拉 过程 中 , 抗弯刚度不断增加 , 外露段的锚 固端 随着张拉力的 不 断增加 , 刚 度 随 之 产 生 变 化 ( 这 一 变化 用 刚 度 增 大系数来表示 ) , 这为张拉力的测试提供 了依据。 不 同 的外 露 段 长度 和 锚 固段 刚度 增 大 系数 , 对 应 有不 同的外 露 段 钢 筋 固 有 频率 。 照 此 理 念 , 通 过 寻 找竖 向预 应 力 钢 筋 外 露 段 长 度 、 外 露 段 竖 向 预 应力 钢筋 固有
18、频 率 和 锚 固段 刚 度 增 大 系 数 k三 者间的关系 , 来获取竖 向预应力钢筋的有效张拉力。 钟新谷教授在文献 1 1 中提出视外 露段为悬 臂梁模型, 采用基于能量守恒定理瑞雷商法分析一 阶频率得 出锚 固段 刚度增大系数 k 、 预应力 钢筋外 露段 长度 和外 露 段 竖 向预 应 力 钢 筋 固 有 频 率 三者 之 问的关 系 : ( C +G 2 ) k +( B w +G 1 ) k + A w = 0 。 ( 1 ) 各参数参见文献 1 1 。 由于方程的精确求解十分困难 , 本文借助有 限 元 的方 法进 行求解 。 1 2有 限元模 型 建立 根 据上 述 基
19、本 原理 , 将 竖 向预应 力 筋外 露 段 视 为悬臂梁模型, 取竖 向钢筋外露段为分析体。对图 1 所示的受力模型利用 A N S Y S进行模拟 , 外露段 和 锚 固段采用 梁单 元 。 锚 固螺母 L (= = 锚垫板 = : 一 (= l 2 螺旋箭 3 2 精轧螺纹钢 (= = 波 纹 管 、 图 1 竖 向预应 力钢 筋锚 固示 意图 Fi g u r e l t he a n c h o r i n g s e g me nt o f v e r t i c a l pr e s t r e s s i n g t e n do n 为了获得 , L , 三者之间的关 系,
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