预应力混凝土箱梁竖向预应力钢筋有效预应力检测研究

资料大小：630KB
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-04

资料介绍

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410000； 2．山东大学岩土与结构工程研究中心，山东济南250061)
[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
[中图分类号]U 448．213 [文献标识码]A [文章编号]1674—0610(2013)O3一Ol84一O4
Study on Tensioning Force of Vertical Finish Rolled Threaded
Reinforcing Bar In Prestressed Concrete Box Girder W ebs
LIU Xiaoyan ，WANG Weiwei ，ZHANG Feng ，QI Guangzhi
(1．Changsha University of Science and Technology，Changsha，Hunan 410000，China； 2．Shandong
University，Geotechnical and Structural Engineering Research Center，Jinan，Shandong 25006 1，China)
[Abstract]As for the long span prestressed concrete bridge，the shortage of vertical prestressing
and the outgrow loss of prestressing can both lead to inclined cracks in webs． And how to detect the loss
of vertical prestressing in box girder and find the simple and practical detection method to detect the ten—
sioning force of vertical prestressing tendon are becoming the focus of research． In order to estimate that
effectively whether the tensioning force accord with the devised number or not，the paper is based on the
theory of structural dynamics through the numerical simulation calculation with plenty of finite models．
The parameter relationship，which is among the exsertion segment length，the stiffness increment coefi—
cient of the anchoring segment，and the exsertion segment dynamic characteristics of vertical prestressing
tendon，has been built． Besides，the relationship between the effective prestress and the stifness incre—
ment coefficient of the anchoring segment of vertical prestressing tendon has been built，at the same time，
partial segment of a continuous rigid flame bridge has been test．This paper would provide guarantee for
the eficient and simple effective prestess detection of vertical prestressing tendon．
[Key words]finishing rolling rebar；tensioning force；exsertion segment；box—girder；web
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]2012—08—29
[作者简介]刘小燕(1963一)，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 www.xuetutu.com
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 185
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。
O4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50 cm。
这是基于竖向预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[10]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：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[11]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 +G2)k +(Bw +G1)k+Aw =0。 (1)
各参数参见文献[11]。
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ANSYS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
—( =
32精轧螺纹钢 —(<= l2螺旋箭
＼＼波纹管
、
图1 竖向预应力钢筋锚固示意图
Figure l the anchoring segment of vertical prestressing tendon
为了获得，L，∞ 三者之间的关系，对和k进
行了大量的模拟计算(见表1)，取锚固段钢筋(螺母
部分)长度取7 cm，外露段钢筋L(不包含螺母)长
度取值为5～80 cm，每次递增5 mm，共151个数
值。对每个外露段长度，锚固段刚度增大系数k取
值为1～l0，每次递增0．1，共91个数值。即外露段
钢筋长度和锚固段冈4度增大系数的组合共有151×
91=13 741种