2混凝土梁桥预应力张拉质量控制及锚下有效预应力检测技术

1、1 / 78 摘要预应力钢束是对预应力混凝土桥梁构架当中十分重要的部件，其性能的好坏直接决定整体的使用情况，预应力损失很大程度上会对桥梁的形状、结构以与使用年限产生很大的影响。因此，对于钢束有效预应力检测、评估以与相关的计算，对预应力混凝土桥梁具有十分重大的意思价值。本文针对这种情况进行了系统性的探讨。这篇文章 依据国家西部交通建设科技项目大中跨径混凝土桥梁预应力检测技术研究为参考 ，借助相关专家研究出的预应力钢束沿程分布规律的探究成果，进行了详细的探究。在实桥预留测点处，通过横x 位移增量法检测方法对钢束的有效预x 力进行相应的检测，通过一定的规律计算出实际数据。对桥梁的结构数据建立科学化的

2、模型，同时，遵循一定的规律计算出相应的数据。并且通过钢束有效预应力实际测试结果和计划值做详细的对比，以此来判别当前阶段与影流损失的情况。同时，根据规状态下主梁上下缘混凝土应力实际布局状况，按照相应的标准进实际的操作，同时对已经通过抽检的钢束预应力进行测量出实际值。桥梁在实际使用阶段，会因为各种各样复杂的原因而产生相应的影响，特别是预应力损失造成的影响。因此，为了更好的保障桥梁的安全性问题，本文通过利用midas空间模型，同时，考虑到更多可能的发生的状况，对桥梁的安全性做出了相应的检验分析，从理论情况来看，该座大桥在投入使用30 年后很大程度上会出现开裂的现状，因此，强烈建议在地板出预留管道处添

3、加相应的预应力钢束或者是增添体外预应力束以此来增强大桥的强度。关键词 :预应力损失，有效预应力预测，结构安全性分析。2 / 78 abstract prestressed steel beam is very important for the prestressed concrete bridge structure of the ponents, its performance decides the overall usage, the prestress loss will largely affect the shape, structure and service life of

4、the big bridge. therefore, it is of great value to the prestressed concrete bridge for the detection, evaluation and calculation of the effective prestress of steel beams. this paper makes a systematic study on this kind of situation. this article on the basis of western transport projects medium an

5、d large span prestressed concrete bridge detection technology research as a reference, with the help of experts of the prestressed steel beam along the distribution of research results, carried out a detailed inquiry. the effective pre tension of the steel beam is measured by the method of the displ

6、acement increment method, and the actual data is calculated by the method of the displacement increment method. to establish a scientific model of the structural data of the bridge, at the same time, to follow certain rules to calculate the corresponding data. by paring the actual test results and t

7、he planned value of the effective prestress of the steel beam, the results of the current stage and the loss of the shadow flow can be judged. at the same time, according to the rules of the main beam on the bottom edge of the concrete stress distribution conditions, according to the corresponding s

8、tandard into the actual operation, at the same time on the steel beam has been measured by the test of the actual value. 3 / 78 bridge in the actual use of the stage, because of a variety of plex causes and the corresponding impact, especially the impact caused by the loss of prestress. therefore, i

9、n order to better protect the safety of the bridge, through the use of midas space model, at the same time, taking into account the more likely occurrence situation, the safety of the bridge has made the corresponding analysis test, from the theoretical perspective, the use of bridge crack status wi

10、ll appear after 30 years largely in input therefore strongly remended in the floor of the pipeline at the reservation and add the corresponding prestressed steel beam or adding external prestressed tendons in order to enhance the strength of the bridge. key words: prestress loss; effective prestress

11、 forecast; analysis of structural safety 4 / 78 目录摘要 . 1abstract . 21 绪论 . 11.1 研究背景 . 11.2 预应力混凝土桥梁病害与成因. 21.2.1预应力混凝土桥梁病害现象. 21.2.2病害成因 . 41.3 国内外有效预应力检测研究现状. 61.3.1国外研究现状 . 61.3.2国内研究现状可加内容 . 71.4 本文研究的目的和主要内容. 12 1.4.1研究目的 . 12 1.4.2主要内容 . 13 1.5 研究内容、技术路线和创新点. 14 1.5.1研究内容 . 14 1.5.2技术路线的创新点. 1

12、5 1.6 本文采用的技术路线 . 16 2 有效预应力评价方法 . 17 2.1 基本假定 . 17 2.2 钢束的测试分类 . 18 2.3 钢束沿程分布模拟 . 19 2.3.1平缓束 . 19 2.4 复杂钢束有效预应力的模拟. 24 2.4.1预应力损失与有效预应力计算 . 24 2.4.2有效预应力的模拟. 30 2.5 同一截面不同钢束间有效预应力预测 . 33 2.5.1基本假定 . 33 2.5.2锚固损失 l2简化计算 . 34 2.5.3同一截面内各对称钢束间有效预应力的关系原理 . 36 3 预应力结构工程施工 . 38 3.1 预应力结构工程特点 . 38 3.1.1

13、我国预应力混凝土的现状. 38 3.2 预应力结构工程施工中预应力损失与其控制. 39 3.2.1预应力损失 . 39 3.3 预应力钢绞线断丝或滑丝. 44 3.4 预应力不均匀. 45 3.4.1减少预应力损失的措施. 46 3.5 本章小节 . 48 4 预应力精细化施工技术 . 48 5 / 78 4.1 锚具与其安装就位质量控制. 49 4.1.1锚具质量控制 . 49 4.1.2锚具安装就位质量控制. 50 4.2 锚具施工中引起的预应力缺陷. 50 4.2.1孔道中心线与锚头垫板面不垂直或垫板中心偏离孔道轴线. 50 4.2.2锚具夹片滑丝 . 50 2.2.3锚具碎裂 . 52

14、 4.3 钢束的梳编穿束工艺 . 52 4.3.1钢绞线发生缠绕的原因. 52 4.3.2钢束梳编穿束工艺. 53 4.4 预应力 x 拉施工 . 58 4.4.1x拉前的准备工作. 58 4.4.2 x拉施工工艺 . 58 4.4.3x拉设备 . 59 5 锚下有效预应力检测 . 61 5.1 锚下有效预应力检测 . 61 5.2 锚下有效预应力检测技术最常用的方法 . 62 5.3 锚下有效预应力检测技术的频率. 64 5.4 锚下预应力检测过程中所出现的问题 . 65 5.4.1锚下有效预应力值小于控制x 拉预应力值的原因. 65 5.4.2有效预应力值大于控制x 拉预应力值的原因. 6

15、5 5.5 小结 . 66 6 结论与展望 . 68 6.1 结论 . 68 6.2 展望 . 69 参考文献 . 69 1 / 78 1 绪论1.1 研究背景根据预应力混凝土桥梁的相关信息记载，德国是其出现最早的地区，随后随着其不断的发展，开始不断扩散到其他地区，主要有美国、日本以与欧洲等。早在19 世纪 50年代之前，因为各方面的限制，主要包括施工技术和材料，所以应用相对广泛的是中小跨径的简支梁和拱桥。 从 19 世纪 50 年代开始，建筑材料和施工技术等方面发展迅速，在桥梁的建设过程中，预应力混凝土桥梁已经有了一定的应用，并且通过了日常生产实践的检验，其使用开始逐步扩散至世界各个地区。上

16、个世纪中期，我国在桥梁建设方面的研究方向有所改变，对小跨径预应力混凝土桥梁中进行了相关试验，并成功实现国内首个预应力混凝土简支梁桥的构建，其跨径长达 20 米。自此以后，在公路桥梁的建设过程中，该项技术有了广泛的应用，与之相关的装配标准图也通过出版的方式展现出来。到上个世纪60 年代，国内首座 z 型刚构桥成功建成，这是我国第一次使用悬臂施工的方式进行的桥梁建设过程。20 世纪 70 年代，一座形状特殊的简支梁桥成功建成，呈现出鱼腹的形状，坐落于xx ，该桥梁的跨径长达 52 米。随后在 1976 年，一座具有一定长度的桥梁建设成功，即便是现在，国内也还没有比之更长的桥梁建筑出现，这座桥长达3

17、km ，建立于 xx。紧接着，预应力梁桥在国内有了进一步的发展，已经开始出现连续梁桥的工程建设。从上个世纪80 年代开始，国内在进行桥梁建设的过程中对悬臂施工的方式已经相当熟练，预应力连续梁桥的建设已经广泛存在， 一直到 90 年代前期，随着相关设备和工艺的不断进步和完善，实现大跨径的预应力混凝土桥梁的建设是其中的一个必然趋势，在这之后，国内桥梁开始向大跨径的方向发展，同时在结构方面也更倾向于连续刚构的桥梁。在 1997 年的时候，我国成功建成虎门辅航道桥，这座桥同时具备大跨径和连续刚构的特点，在当时那个年2 / 78 代，是同类型梁桥中，其跨径长度创世界之最。国正处于改革开放进行时，各个方面

18、的发展都取得了一定的进步，基于这样的现状，各种交通设施需要进一步发展才能满足人们新的需求，包括公路桥梁以与城市桥梁等。人们对交通设施的要求在不断的提高，而国内交通设施的现状表现出一定的落后性，两者之间存在巨大落差和矛盾，为了解决这一问题，我国经历了数十年的时间，加大力度发展桥梁建设，并在这方面取得了比较一定成绩。经过多年的努力，在全国x 围内实现多个桥梁的成功建设，在这些桥梁中，更多的还是中跨径和小跨径的桥梁。1.2 预应力混凝土桥梁病害与成因1.2.1 预应力混凝土桥梁病害现象在交通事业快读发展的阶段， 除了大量 交通设施的成功建设， 对于部分已有的桥梁，基于各种环境因素的不利影响，其预应力

19、结构也会受到各种损害。对于正在使用的各种预应力桥梁，它们受到的损害主要表现在梁体出现裂缝、外漏的钢线被腐蚀生锈、梁体裂缝情况加重以与跨中挠度加大等情况(图 1.2.1) ，桥梁各方面的功能性都会受到一定的影响。跨中挠度和梁底板之间存在相互影响的关系，前者挠度的加大将会对后者的开裂 xx 造成不利影响，两者之间的影响是相互的，与此同时还会伴随着其他各种情况的发生，包括钢筋锈蚀、持久度以与强度受损等等，这一系列的问题都使得桥梁的正常运营存在各种隐患，其使用周期以与正常运营过程都会受到不利影响。下面简单介绍国内几座著名桥梁使用过程中面临的各种情况。3 / 78 图 1.2.1桥梁病害xx 黄河公路大

20、桥，于1976 年建成，跨径长达50 米，整个桥长达3 千米。经过多年的使用之后，桥体不可避免的受到一些损害，首先有裂缝出现在其局部，并且存在坑槽的情况；在桥梁的重要部位主梁中，结构中的钢筋保护层出现比较严重的剥落情况，在某些局部区域甚至出现钢筋裸露的情况，另外，预应力钢筋存在被锈蚀的现象；除此之外梁体上面已经有较多微笑的裂缝，存在下挠的现象。虎门大桥辅航道桥 ，在其刚刚建设成功的时期，其跨径的长度存在明显优势，曾创世界之最。有相关人员对其实际数据进行多年的观测，结果显示，其墩顶角并没有出现明显的位移，其承台在竖直方向上位置的变化也相对较小，但是由于混凝土收缩徐变等原因，导致其跨中挠度向不断增

21、大的方向发展。根据相关检测数据显示，对比其刚刚建成时的状态，这座桥跨中下挠的程度比较明显，左幅桥和右幅桥的累计下挠分别为22.2cm和 20.7cm 。1994 年，金山大桥于 xxxx 建成，是一座预应力混凝土连续刚构桥梁。经过7年的运营之后，其主跨中表现出下挠现象，累计下挠达22cm ，另外有较多的斜向裂缝出现在其主跨箱梁腹板。团山河大桥于2000 年建成，是一座斜交空心板桥。经过7 年的运营之后，其空4 / 78 心板部位的钢筋裸露现象严重，同时伴随着明显的麻面现象；另外，不止50% 的梁体都存在明显的纵向裂缝情况；有横向裂缝出现在大量的梁体中，具体表现在跨中附近的地板上，其中情况最严重

22、的莫过于第四孔左幅，横线裂缝的现象出现在该部位的所有空心板中，对于其中的边梁，裂缝几乎连接腹板和顶板，其宽度最宽达到0.5mm 。山河大桥是一座规模较大的桥梁建筑，整个桥体跨越山河，坐落于102国道山海关段。在经历了多年的运营之后，其梁体下挠现象明显，累计量达50mm ，有大量的宽度大约为 0.2mm的裂缝出现在其腹板部位， 其中宽度最大的达到0.42mm ， 另外其保护层以与钢筋等结构都受到严重损害，桥梁的行车过程存在较大的安全隐患。因为在预应力技术方面的认知不足，另外没有有效控制其预应力筋危害的发展，再加上其使用过程缺少规x 性以与后期养护不足等， 导致预应力混凝土桥梁出现各种工程事故，严

23、重的还可能出现桥梁垮塌的情况，最终使得各个方面的利益都受到严重损害。1.2.2 病害成因我们都知道，在各种环境以与材料的作用下， 混凝土的结构性能都会受到一定影响，轻则受到损伤，重则被损坏，这个过程的发展是必然的。就预应力混凝土桥梁而言，这种情况通常表现在混凝土在结构方面表现出的不同以与混凝土各方面功能性的退化等的出现与这些情况的进一步加剧等。混凝土结构的变化呈现出非线性的状态，该过程相当复杂，在对之进行计算的时候并不能得到精确的结果。根据美国混凝土学会的相关报告显示，对混凝土的收缩和徐变过程产生影响的所有因素中，其自身同时也属于一个随机变量，并且其变异系数通常高于 15% ，对于众多预应力混

24、凝土桥梁来说，如果其下挠程度过于明显，则表示在估算混凝土的结构属性与其对桥梁使用寿命的影响程度时还不够全面。当预应力钢筋受到损伤的时候，特别是其有效预应力受到不利影响，通常情况下会对桥梁的使用寿命造成一5 / 78 定影响，如果情况比较严重，桥梁的正常使用过程将会存在各种安全隐患。根据以上所述不难发现， 桥梁主跨 下挠过大以与斜缝裂的产生等桥梁病害现象的存在相对广泛，而这些病害的出现大多数都与预应力减小相关。所以为了保障桥梁结构的安全性并实现其使用寿命的长期性，有必要对预应力混凝土新建桥梁展开深入研究。由于受到材料、施工以与外界环境等因素的作用，处于在役阶段的桥梁存在预应力损失的现象。因此在进

25、行设计的时候，应该将对应的应力损失减去，经过这样的处理之后得到的预应力才是钢筋预应力值。对于正处于在建和在役阶段的桥梁，其施工过程通常采取的是后 x 法，所以当对之进行正常的使用时，应该从一下几个方面对其损失进行考虑。应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失l1具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失l2凝土弹性压缩引起的应力损失l4筋松弛引起的应力损失l5混凝土收缩和徐变引起的应力损失l6 当桥梁所处的阶段为在役与在建的时候，并不能准确获知其结构实际的有效预应力。就现阶段而言，在设计和施工过程中使用的有效预应力是通过计算获得，通常情况下，都是充分利用各种设计规x 标准，结合相关的公式原理， 进而展

26、开对应的预应力损失估算；进行具体的施工时，其控制过程主要依赖于钢束拉值。很显然，在整个建设期间，各种不确定因素是必然存在的，包括在施工和控制等方面存在的误差；当桥梁处于运营期间，在各方面原因的影响下， 与计算值相比， 预应力钢束 x 力的具体数值将会有所不同，这对桥梁的功能性与其使用寿命造成一定影响，甚至将会让桥梁的使用过程的安全性失去有效保障，造成 安全事故。6 / 78 1.3 国内外有效预应力检测研究现状仔细分析以上各种桥梁病害，不难发现，预应力混凝土结构在构建内力结构的过程中，主要依赖于预 x 拉预应力筋， 预应力钢筋是其重要的受力结构，各方面都于预应力密切相关，因此在对桥梁的工作性能

27、进行评价的时候，最重要的就是对其有效预应力进行详细的了解。因此，有必要采取相关措施检测桥梁钢束的有效预应力，密切关注桥梁预应力筋的具体情况，以便能够与时发现并问题并找出其具体原因，进而使得改进过程具有较强目的性，从而减少甚至是避免各种安全事故的发生。1.3.1 国外研究现状早在 1978 年的时候， tse 就从理论的角度提出这样的观点，由于在轴向上，梁体的压力减小，均质梁的振动频率会因为这个力的作用发生变化。1982 年到 1988 年期间， 有多位学者展开试验对桥梁多个结构的单元刚度进行测定。1990 年的时候，buckle两座桥梁之间是否存在了裂缝进行测定，他展开的一系列试验主要依托于梁

28、体振动的特性。1994年，有学者通过定量的方式对梁体刚度受到永存预应力的影响，他们使用的原理为桥梁的振动频率；他们通过建立室内模型进行试验，得到的结论为：从理论上来说，对于质地均匀的构件，理想的状态应该是随着预应力的减小，频率呈现出逐渐增大的发展趋势；事实上，因为存在轴向压力荷载，所以构件将会有所增强，随着预应力的增大，频率 将会逐渐增大，在实验数据的基础上，对之进行进一步的推导，求取有效刚度(ei)的值，可以通过以下表达式来表示二者之间的关系：(ei )e= (1 + 1.75nfe)eig(1.3.1) 式中， n 为轴向压力 (正数);fe为混凝土抗压强度 ;elg为钢筋混凝土梁的刚度

29、;从表达式可看出， 轴向力 n 和有效刚度 (ei)e。之间是线性关系， 但是他们的试验仅对矩形截面形心处直线布束模型作了研究，缺少其他布束形式(例如曲线布束、偏心直线布束)和其7 / 78 他截面形式的研究。 a.dallasta和 lades 对混凝土简支梁的研究，应用kirchhoff动力模型，用变分法进行推导得: n2n44ml4( ec-nac) ic+ (ey+nay)iy(1.3.2) 式中ey, ay, iy、一一 预应力束的弹性模量、截面积、惯性矩;ec, ac, ic一一混凝土的弹性模量、截面积梁的惯性矩;m 单位长度的质量，由于x 拉力 n 的项与和奇成比例其值远小于e、

30、和耳项，而且i、通常比 i 小很多 ，因此，基本上可以忽略梁受到的来自钢束预应力的振频影响。德国学者jorge f.unger在 2006 年的时候进行了一个试验，研究的内容主要是从开裂状态一直发展至被破坏的状态，预应力混凝土梁表现出的动力特性参数。 其测量的数据显示， 试验过程中使用到的方法本身存在不足，另外，当梁体的破坏形态处于早起阶段时，识别梁体受到损伤过程存在一定难度，而当其受到的损伤状态趋于极限的时候，可以对之进行有效识别。1.3.2 国内研究现状可加内容通过搜集大量相关资料并对之进行分析调研之后我们发现， 在对有效预应力进行检测的时候，由于相关的技术本身存在的不足，再加上其计算过程

31、存在各种不确定因素，以至于国内这方面的发展进程不够理想。整体而言，在有效预应力的检测评估方面，我们要走的路还很长。就这方面的研究，长安大学相对来说更加深入，下面对其研究成果进行总结：1、静测法静测法原理 :将一个横向的荷载加载于预应力钢绞线上，在横向方向上始终保持位移不变， 在这种情况下，横向荷载于钢束与x 力之间的关系 基本上可以认为是成正比的，然后进行相关的试验并得到具体的数据，就能够得到在某个特定的位移下两者之间的比例系数，所以在横向位移固定的时候，将一个横向荷载加载于预应力钢绞线中，就能够8 / 78 根据求得的关系式获得对应的有效预应力。为了尽可能的减低系统中存在的误差，在求取钢束预

32、 x 力的时候，首先应该分别求取横向位移以与对应的横向荷载各自的差值，并利用它们之间关系进行计算。所得公式如下 : f=l?t4?(1.3.3) 要求出预 x 力 f，我们可以通过一些具体的实验测出以与对应的t，通过相应公式进行计算。其中无论是还是t，他们都是出自长按大学的索力x 力测试仪器进行测试得来的，最为宝贵的一点就是这个仪器是我国自主研发并得到完整的验证。2、动测法动测法是一种直观直接的测量之法，它完全不同于静测法。这种方法主要是通过在特殊情况下的 环境振动拉索，然后用最新的传感器记录全程数据，以此来识别拉索应有的振动频率。不过由于索拉力和其对应的频率之间有着一种极为微妙的关系，因此我

33、们可以通过测量频率来间接的得到我们需要的拉索索力，这种方法在斜拉桥的索力测量之中使用特别广。想要测试桥梁内部钢束的有效预应力的话必须要利用动测之法来测试，其最为 基本的一种思路为：通过对现有桥梁梁体进行局部性质的破损，然后剥离出一定长度的钢束，再然后通过 x 拉仪将对应的钢束拉起， 用特有的测试长度对它进行简支，最后通过钢束频率来测试计算出钢束实际的预应力。3、应力释放法应力的释放之法一般用在钢结构中残余应力的测试，其最基本的工作原理就是对最为初始的约束应力进行详细的测试构件，然后通过相应的机械切割来不断的释放被约束的应力，接着使用特定的仪器测量出在构件被切割后的应力变化量，最后根据相关的材9

34、 / 78 料得出结论。这种方法之下求到的本构关系便是构件的最为真实的应力状态，其最后需要根据截面的平衡原理求出截面对应的预应力。4、刚度法测量有效预应力在预应力的混凝土中的支梁上固有的振动一般都是采取eluer-bernoulli梁对应的曲振方程：ei y(4)+ my + ny = 0（1.3.4 ）可利用简支梁的边界条件推导出其固有频率与x 拉力的关系为：n2= (nl)4elm- (nl)2nm(1.3.5) 当 ei, m 均为常数时，等截面简的支梁采用kirchhoff动力模型 : ( eb-nap) ip+ (ec-nac)ic ?10?dx3+ m ?10?dx3(1.3.6)

35、 (x3,t) = exp (i nt)nsin (nx3l)n=1(1.3.7) 得：n2=1m(nl)4( ep-nap) ip+ (ec+nac)ic(1.3.8) 式中 :ap,ep,ip，分别为梁的截面面积，弹性模量和惯性矩; ac,ec,ic分别为预应力钢束的截面面积，弹性模量和惯性矩:n 为 x 拉力。由公式 (1.3.5) 和(1.3.7) 可以明显看出简支梁的振动频率随预x 力 d 增大而减小，但是在试验中却发现简支梁的振动频率随预x 力的增大而增大的， 这是因为纵向力的存在改变了简支梁的刚度，所以采用修正刚度的方法来计算简支梁的振动频率。根据简支梁的真实纵向锚固力n 和基频

36、，结合大量实验数据计算回归分析推导出结构的有效刚度rc，空心板的rc随 n 的变化规律如下 : rc= 1 + 1.9(naf) ei(1.3.9) 式中: rc一预应力混凝土梁的有效刚度; ei 一钢筋混凝土梁的毛截面刚度; 10 / 78 n 一预应力混凝土梁的有效预应力(kn ); a 一梁的毛截面面积 (m2); f一混凝土立方体抗压强度。由于预 x 力对混凝土简支梁振动频率的影响，且必须推导预应力构件的有效刚度el rc与轴向力 n 之间的关系，这就需要试验来确定不同截面形式下的简支梁的有效刚度与轴向力之间关系。5、基于开裂弯矩的有效预应力检测理论首次开裂弯矩法当预应力混凝土梁出现可

37、见的裂缝时，可以认为梁截面承受的弯矩即是开裂弯矩，通过首次开裂弯矩推导出有效预应力npl的公式。npl= mcrly0i0- fr i 1an+epnynin(1.3.10) 式中 :.yn,an,in一梁底至净截面形心距离，不包括预应力筋在内的混凝土换算截面面积和净截面惯性矩 ; y0,a0,i0一梁底至包括全部预应力筋在内的混凝土截面形心的距离，换算截面的面积和换算截面的惯性矩 ; mcrl一首次开裂弯矩 (n? mm) ，fr一混凝土的弯曲拉拉强度(mpa ) ; epn一预应力钢筋合力对不包括预应力钢筋在内的混凝土截面偏心矩。二次开裂弯矩法混凝土的受拉边缘开裂后，裂缝将进一步向上发展，

38、如果荷载继续增加，使裂缝发展至预留孔道附近或者更接近中和轴的位置，此时己开裂的混凝土不再承担拉应力，卸载至零，裂缝在预应力的作用下可以完全闭合，若再加载至混凝土受拉区的拉应力和预11 / 78 压应力完全相等时，裂缝将重新出现，称为二次开裂裂缝，与此相对应的截面弯矩即为二次开裂弯矩 。由二次开裂弯矩可推导出二次开裂弯矩确定的有效预压力np2o np2=mcrly0i0i 1an+epnynin(1.3.11) 式中: mcrl-为二次开裂弯矩。总结在弯矩法开裂的问题上，首次开裂可能存在的缺点如下：开裂后荷载的准确性，然后还需要检验下本身弯曲的抗压能林值，这种实验也只有在这种时候才可能被采用。所

39、以说这种首次开裂的情况下是很难进行测量的，更别说准确度了。对于那些第二次开裂的弯矩之法来说，他们的缺点主要是：在什么时候卸荷要适当,尤其是第二次开裂的时候便需要一定的技术和经验作为基础了，这样才能确定其荷载的准确性，因为这里的每一个点都可能会 影响到预应力的确定，所以来不得半点马虎。6、基于有限测点法的永存预应力预测法（1)主要思路这种方法主要是在相应的截面智商借助有限元的分析之法，然后再结合相应的计算机以与桥梁 相关的 cad 技术，再然后是计算出相应的有效应力，再然后便是对现有的桥梁机构性能进行综合性 评估。（2）具体的解决方法通过试验准确的测试出有限点的混凝土应力，然后借助于有限元工具，

40、可以有效地解决预应力结构的有效性，具体步骤如下：采用原始结构的离散有限元模型；对应于材料和截面特性计算的i 型模型的有限元模型；以有限元模型为基础，建立相应的边界条件；12 / 78 针对相应的 外载仿真模型，建立了相应的有限元模型；预应力 i 进行有限元模型的仿真a；以 -建立有限元分析模型，如果结果能满足一定的条件，此时预应力的模拟对应的预应力是实际有效的预应力结构，如果结果不能满足一定条件，则从步骤开始计算，从别的点进行模拟 ，预应力 i 的有限元模型在 满足一定的判断条件时，此时的预应力才是真正有效的预应力结构。如果的全部预应力不能满足一定的判断条件，又回到原来的结构的离散有限元模型进

41、行 ii，然后重复步骤 -，迭代计算，直到真正有效的预应力结构出现。1.4 本文研究的目的和主要内容1.4.1 研究目的从上述调查情况来看，预应力混凝土箱梁桥病害广泛、起因复杂、加固困难，已经严重制约了该类桥梁的更大发展。 而且，众多病害桥梁的处理也己成为一个社会性问题。本文的工作可望为这些问题的解决提供一个可靠的理论和方法。(1)混凝土桥梁病害研究和加固设计的前提是对混凝土材料性能的真实把握，因此试验研究了自然环境下高性能混凝土早期时变性能一一抗压强度随时间的发展、弹性模量随时间的发展、收缩和徐变。特别设计在自然环境下，并且对徐变试件早龄期即加载，这些都希望反映出目前大量使用的混凝土材料的真

42、实时变性能。所以说，基于钢束的真实测量值可以极为有效的反应出预应力结构的工作性能以与桥梁本身的健康状态，这为后期的桥梁管理和养护提供了切实有效的技术性支持。(2)材料的时变性连同环境、 作用的随时变化， 共同影响着桥梁结构性能随时间发生变化，对这种变化的预期不准、控制偏差、利用不当，是造成桥梁结构病害的直接原因之一。对混凝土结构时变性能分析方法的研究为问题的解决提供了方法支持。13 / 78 (3)无论是从分析病害成因还是从加固维护的角度，对病害桥梁开展损伤分析， 模拟和评价其所处的结构性能水平都是必要和关键的。因为有材料时变性能试验的支持，损伤分析才保证了成果的正确性。(4)从桥梁结构时变性

43、能的角度整合桥梁施工控制的方法，既有利于解决施工控制中的一些概念和细节问题，同时对充分理解和掌握桥梁结构时变性能，防止出现结构性损伤也有很大贡献。(5)将基于结构性能的新一代设计方法引入到加固设计领域，在继承基于桥梁结构时变性能的损伤分析的基础上，采用基于性能的方法，采取包络线进行加固设计，为大量病害桥梁的加固设计提供了可靠的实用方法。1.4.2 主要内容在我国，公里特别发达，尤其是最近五十年修建了很多预应力混凝土桥梁。这些桥梁都已经经过了多年的使用，所以说在某种程度上难免会受到各种各样的损伤，对于预应力筋的有效预应力 到底还存在多少就根本无从知晓了。直到现在我国还没有切实有效的可以用来检 测

44、的工程方法和最新设备，更没有形成什么系统化的评价方法。所以，本文主要是为了对钢筋混凝土中结构的耐久性能检测和评估上取得的成就和理论成果智商，对现有的中小型跨径 预应力的有效检测和评估方法的系统化研究。笔者相信，通过本文的详细认真的研究之后， 笔者可以掌握我国现有的跨径预应力混凝土桥梁本身的技术状况，然后根据实际情况制定出相应的技术对策，这样才能从根本上延长桥梁的使用寿命。因此，在提高投资的效益的时候，一定也要全面的考虑到一些重要问题，避免出现安全事故。本文主要是研究关于混凝土的桥梁预应力在x 拉情况下的控制以与检测技术， 这个论题其实主要还是依托在交通部门的科技项目之中，下面便是研究的几个重点

45、方向：14 / 78 1. 有效预应力评价方法2. 预应力结构工程施工3. 预应力精细化施工技术1.5 研究内容、技术路线和创新点1.5.1 研究内容a.高大模架的选型问题我国现浇混凝土结构施工中常采用扣件式钢管排架支模，该支架具有搭设方便，通用性强、搭设三维尺寸灵活等特点，能够满足不同体型的结构施工需求。在公用建筑中，如展览中心的多功能厅、剧场的舞台池座等大开间、大跨度部分，常采用超大跨度预应力混凝土梁结构来作为大跨度现浇楼盖转换层。由于其跨度大、荷载重、高度高，要求施工单位在编制专项施工方案中应当结合超大跨预应力混凝土大梁特点与施工企业的技术力量，结合可组织的材料进行模架形式选型，做充分的

46、验算与合理构造措施， 同时考虑利用己浇注混凝土结构传递卸载的有利因素与规避其他不利因素，从而做到既能保证高大模架的安全可靠，又能保证相对的经济效益。b. 如何减少预应力结构中预应力的损失后 x 法预应力结构由于施工工期长、 占用的周转材料较高， 一般施工单位会通过掺加早强剂来提高混凝土早期强度， 一般浇注 5 天后就开始 x 拉预应力，这是不可取的。因为混凝土强度和弹性模量增长是不同的，强度增长快，弹性模量增长慢，早期混凝土变形大，过早 x 拉预应力会使预应力损失增大，导致大梁承载力不足而出现裂缝病害。因此，预应力大梁x 拉前不但要保证混凝土实体强度达到设计规x 值，而且混凝土养护时间要保证

47、21 天，以减少混凝土收缩和徐变。预应力结构预应力x 拉一般采用 x 拉力和预应力筋伸长值同时控制，以力为主，15 / 78 以伸长值校核 x 拉力，这对于一般结构而言完全能满足。但对超大跨预应力梁伸长值按规 x 规定，控制 x 围为6%就显得偏差 x 围过大，易造成钢绞线之间预应力受力不均匀，所以伸长值宜控制在 5。根据国内外相关规x，跨度岁 30m均要求采用两端对称 x 拉法，才能保证跨中有效预应力的建立，以减少预应力的损失。c.预应力混凝土大梁为大体积混凝土，如何控制温度裂缝的产生由于超大跨预应力混凝土梁属于大体积混凝土x 畴， 如何控制温度收缩裂缝是保证混凝土大梁施工质量的关键。混凝土

48、大梁一般截面较高、体积较大，施工组织难度大，提出了施工前制定合理的施工方案，施工中加强施工控制来保证混凝土梁不出现温度裂缝。d. 预应力混凝土大梁钢筋骨架的安装细化预应力混凝土大梁钢筋骨架的梁底保护层与钢筋骨架的临时固定、接头等都不同于一般的混凝土梁，由于大梁骨架高、钢筋直径粗、密集、重量大，如何保证梁底受力钢筋保护层厚度与整个骨架的受力钢筋位置是施工单位应考虑的细节问题。1.5.2 技术路线的创新点超大跨度预应力混凝土大梁是公用建筑的施工关键部位，对工期、安全、成本影响较大。本文针对超大跨预应力大梁跨度大、高度高、自重大的特点，对工期、安全、成本影响较大，提出了以下创新技术路线: a.高大模

49、架选型是超大跨预应力混凝土梁施工的关键，直接决定结构的工期、 安全、成本。因此，在综合考虑以上因素情况下，应优先选用通用性强、搭拆灵活的扣件式钢管脚手架支撑体系。b. 预应力混凝土梁要建立正确的预应力，要从控制预应力损失入手。重点在制订x拉艺上，提出了应采用两端对称x 拉、超 x 拉来保证超大跨预应力混凝土梁受力可靠，16 / 78 通过调整缩小预应力伸长值校核x 围来减小 x 拉力偏差，防止结构产生x 拉裂缝。c.预应力混凝土梁属于大体积混凝土x 围，控制温度裂缝的产生， 重点是编制详尽的浇注方案，加强养护，实施温控，实现施工全过程监督来保证混凝土梁的施工质量。d. 采用抗压强度较高的xx

50、石窄板条做超大跨度预应力混凝土梁底受力钢筋保护层，代替施工中常用的混凝土垫块，解决了钢筋保护层易变小的质量通病。1.6 本文采用的技术路线本文研究的技术路线如图1-5 所示。研究源于混凝土箱梁桥各类病害的分析和加固处理方法的探索。通过从实践和理论两个方面进行资料准备与文献评论，逐渐找出并明确了研究的主线一一对结构时变性能的分析与控制。在研究主线的指导下进行了试验、理论研究以与应用方法研究两类共五个方面的研究工作: 图 1-5 论文研究技术路线17 / 78 通过自然环境下hpc 早龄期时变性能的试验研究、基于龄期调整有效模量的分时步计算法等试验和理论研究，为结构时变性能分析方法的研究奠定了基础

51、。应用方法研究包括了大跨度预应力混凝土梁桥时变性能分析、基于结构时变性能的损伤分析方法、基于时变性能的桥梁施工控制方法以与基于性能的加固设计方法四个方面。这四个方面的研究，紧紧围绕结构时变性能这一主线，在分析获得预应力混凝土箱梁桥时变性能之后，由时变性能分析的差异对造成结构损伤的影响引出对结构损伤分析方法的探索，在获得了损伤分析结果的基础上，提出按照基于性能的方法完成加固设计。对作为设计与施工的技术衔接环节，提出了基于结构时变性能的施工控制总体方法。2 有效预应力评价方法2.1 基本假定钢束有效预应力的 正常状况 :是指预应力混凝土实桥均处于无遗漏x 拉等异常状况，并且严格按照设计图纸中规定的

52、锚下x 拉控制应力建立预应力体系的预应力混凝土梁桥。为了便于分析研究， 根据实体工程结构设计、 施工等实际情况， 在正常使用状况下，做以下几项基本假设 : (1)钢束预应力损失的理论分布规律与实际分布规律之间是可以相互比拟的。(2)预应力总损失的理论分布规律与摩阻相关损失的沿程分布趋势近似一致。(3)在役混凝土桥梁中预应力钢束有效预应力预测值与设计值的差异沿纵桥向长度变化趋势受瞬时损失中摩阻损失l1，与锚固损失l2的沿程变化规律影响较大，而受预应力长期损失。l4- l3影响程度较小。预应力钢束的有效预应力纵向沿程分布预测值与理论计算值的差异可以用管道摩阻损失l1， 与锚具变形、钢筋回缩和接缝压

53、缩损失l218 / 78 共同辛卜偿。(4)混凝土弹性压缩损失6ia 、预应力钢束松弛损失l5和混凝土收缩徐变损失l6三项之和的预测值可通过公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规x jtg d62-2004中的计算值来模拟，另须计入摩阻相关损失 (l2与l6)对这三项损失设计值的影响。2.2 钢束的测试分类对于预应力混凝土来说，这种应力本身对于桥梁结构来说都是一种潜在的未知数。就眼下情况来看的话， 仅仅依靠一些简单的理论公式就想在设计和施工的时候进行估算其中可能存在的损失。如果计算得出的值和估算得来的值实际上会差别很大，因此在很大程度上这种结构在某种状态下影响到原本的性能和寿命。所以说，一定要

54、对现有的预应力束进行 最直接的测量，所以说这样便可以准确的分析出其本身所处之地。在预应力束实际值的测量方面，目前国内外研究甚少，主要研究还都集中于实验室里，没有推广到实际工程中去。本文结合西部交通建设项目“大、中跨径混凝土桥梁预应力检测技术研究”课题研究提出了三种预应力混凝土梁有效预应力实际值测量方法。静测法、动测法和应力释放法， 静测法是利用预应力钢束x 力测试仪把钢束拉起一个较小的位移，然后根据力学平衡原理，建立平衡方程，来求解钢束的实际有效预应力值;动测法是利用索力测试原理进行单根钢束测量，通过有限点的测量值来模拟预应力的沿程分布，然后进行结构安全评价 ;应力释放法是对混凝土或钢筋进行切

55、割释放应力，通过截面平衡求得预应力的合力值，采用预应力度的思路进行整体评价。但是在实际的测量过程中，由于受到条件的限制，不可能测到钢束沿程各点的有效预应力值，而且内层钢束由于受到表层钢束的限制，也是无法测量。因此需要对钢束进行分类，对不同类型的钢束采用不同的模拟方法，只有比较精确的模拟各根钢束的实际有效预应力值，才能准确的评价结19 / 78 构的使用性能。基于上述原因，通过对大量实际工程的仿真分析和规律总结，可以将预应力混凝土桥梁中的测试钢束分类，分别采用相应的模拟方法：1. 纵向预应力钢束分类根据桥梁结构施工方法可以将纵向预应力钢束的分为:悬臂束和连续束两大类。根据预应力钢束布置的位置分为

56、:顶板束、底板束和腹板束三大类。根据节段施工过程中预应力体系建立的顺序，分为内层钢束和表层钢束两大类。2. 钢束应力沿程分布界限波动率a 在钢束 x 拉端至锚固端纵向沿程分布x 围内，有效预应力分布与预应力损失沿程偏差情况是密切关联的，钢束波动规律与预应力损失的发生机理基本一致。为了综合考虑空间长度、空间包角、平竖曲线弯起方向和水平投影长度等几何线型因素对钢束预应力损失的影响，定义钢束分类的界限指标应力沿程界限波动率a，即: =pemax- pemincon(2.2.1) pemax在理想状况下，纵向沿程分布x 围内单根钢束有效预应力理论最大值; pemin在理想状况下，纵向沿程分布x 围内单

57、根钢束有效预应力理论最小值; con在理想状况下，单根钢束x 拉控制应力设计值。2.3 钢束沿程分布模拟从常见的表层测试钢束入手，介绍钢束分布型态的判别方法以与相应的模拟方法。2.3.1 平缓束1. 分布模式判别由 2.1节中的基本假定 :钢束预应力损失的理论分布规律与实际分布规律之间是可20 / 78 以相互比拟的。对于不同截面形式、不同钢束形式、不同施工工艺与管道状况的平缓束而言，钢束纵向有效预应力沿程分布的预测值与设计值之间的关系通常可以概括为等差、等比和混合三种模式。(1)分布模式判断将平缓束细化为n 个数值点，则有效预应力与预应力损失关系的三种模式为: 1)等差模式对于钢束上任意一点

58、，若实际损失值与理论损失值的变化趋势基本一致，且两者最大差值与最小差值之差约在10 mpa 以内，即可认为当前钢束分布状态属于等差模式，如图 2.3.1 所示。数学表达式为 : ?i=| pe 实- pe 难| ，i =1n?max= max ?,i = 1 n?max= mix ?,i = 1 n(2.3.1) 图 2.3.1等差分布模式2)等比模式对于钢束上任意一点，若实际发生损失值与理论损失值的变化趋势不同，但是，两者近似存在比例关系，即可认为当前钢束分布状态属于等比模式，如图2.3.2 所示。数学表达式为 :?i=| pe 实- pe 难| ，i =1n?max= max ,i = 1

59、 n?max= mix ,i = 1 n(2.3.2) 21 / 78 图 2.3.2等比分而模式3)混合模式在混合模式下，钢束上任意一点有效预应力的预测值与设计值总满足式(2.3.3 )中的特定函数关系。混合分布模式如图2.3.3 所示。pe 实 jg? ape 理，j+ a? ape 理，j(2.3.3) 式中: g等比权重系数， 0gl; a等差权重系数， 0a_1; a、b变化系数。数学表达式为 : ?i=| pe 实- pe 难|，i =1n?max= max ,i = 1 n?max= mix ,i = 1 n(2.3.4) 图形描述为 : 22 / 78 图 2.3.3混合分布模

60、式(2)分布模式判断指标s 每根钢束有效预应力具有不同程度的衰减，现拟定 s 作为平缓束有效预应力分布模式的判别指标，如式 (2.3.5) 所示。 =pe 测（x0）pe 理（x0）（2.3.5 ）式中x0平缓束中单测点的位置; pe 测（x0）单测点位置 xo 处当前钢束有效预应力实测值; pe 理（x0）单测点位置 xo 处钢束有效预应力设计值。钢束有效预应力分布模式的判断，如表2.3.1 所示。表 2.3.1 分布模式判断表判别区间分布模式目标误差限值err=4% err=5% 0.94 1.04等差0.84 0.94等比0.84混合2.3.2 波动束对预应力混凝土桥梁中常见的组合曲线钢