确定混凝土桥梁残余预应力的原位方法外文翻译资料

英语原文共 12 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

确定混凝土桥梁残余预应力的原位方法

尼卡拉斯·巴格uArr;，约翰尼·尼利玛，伦纳特·艾弗庚

文章历史：

收到2016年6月8日修订日期2016年12月29日接受日期2016年12月30日

在2017年1月9日可用

关键词：评定 破坏性试验 现有桥梁 现场测试 有限元分析 无损检测 预应力混凝土 残余预应力 结构行为

摘要：

在评估现有预应力混凝土桥梁的结构性能时，剩余预应力水平是关键参数。然而，这些参数通常是未知的并且不容易确定。为了探讨它们，已经进一步开发了两种现有的非破坏性和破坏性方法用于实际应用并在多跨连续梁桥上展示。预应力的评估是一个广泛的实验计划的一部分，旨在校准和开发评估方法。由于对现有桥梁的实际应用的追求，主要关注的是非破坏性方法，结合实验数据和有限元建模获得残余预应力。假设初始预应力对应于加强钢的0.2%特性强度的85%，所研究的部分的估计损失在5%和70%之间。然而，确定的残余预应力一般高于考虑预应力系统中的摩擦和时间依赖性损失的理论上的估计。除了详细描述预应力评估的方法外，本文还根据现场测试的经验提出改进和进一步研究的建议。

2017 Elsevier Ltd. 保留所有权利。

1.介绍

残余预应力的精确确定对于评估现有预应力混凝土桥梁是至关重要的，因为它们强烈影响其在适用性和极限状态下的响应和能力。除了硬化之外，预应力减少了暴露并且因此通过防止裂纹或限制其生长来增加这种结构在侵蚀性环境中的抗性.

几项研究，例如。 [1-4]，在现有的预应力混凝土构件停止服务已发现测量的预应力损失和损失预测的代码中提供的模型之间的明显偏差。然而，其他人[5,6]报道了预测和经验确定的损失之间的良好一致。所有引用的研究都集中在已服务25至40年的成员。此外，在铸造后的前三年，对30个全尺寸预应力梁的研究表明，大多数预应力损失发生在头四个月，基于代码的预测通常与测试结果一致，尽管它们非常在某些情况下保守[7]。因此，在确定残差方面存在明显的困难。这些困难与包括（特别是）关于预应力系统的性质和时间依赖性现象的假设有关，例如钢松弛，混凝土的收缩和蠕变以及降解过程[1-7]。与预应力系统相关的不确定性对于几个桥梁甚至在结构崩溃时产生[8,9]。

尽管代码模型存在不确定性，导致与现实的偏差，但是很少有经验方法可用于评估预应力系统的实际状况，并且它们在复杂条件下的适用性可能尚未得到证实。破坏性方法的例子是力矩，减压载荷和线切割试验[5]。在开裂力矩试验（图1a）中，确定引起第一裂纹出现在构件中的外部载荷，并用于计算预应力。几种技术可以用于这个[7]，但由于测试构件的拉伸性能的不确定性，结果可能不准确。在减压载荷试验（图1b）中，通常认为更准确，在重复载荷下监测现有的裂纹，并且使用重新打开的载荷来计算预应力[7]。在线材切割测试中，线材暴露，然后安装应变仪，并且用于测量当线材被切割时产生的应变（图1c）。然后可以确定股线中的相应的预应力。

由于破坏性方法不可避免地导致损坏，它们不适合应用于使用中的桥梁，因此也已经开发了非破坏性方法。对于暴露的股线（图1d），残余预应力可以通过将校准数据与施加到股线上的横向力的响应进行比较来推导[10]。该方法的缺点是在结构中需要暴露的链和覆盖特定条件（例如，链的尺寸，类型和暴露长度）的校准数据。对于嵌入式线束，邻近预应力钢筋的钻孔周围的应力测量（图1e）可用于量化残余预应力[1]。另一种方法是通过在与预应力钢筋[11]相邻的构件的混凝土覆层中引入锯切（图1f）来计算与力隔离的混凝土块的响应的预应力。这些方法可以被认为是非破坏性的，因为它们对结构具有可忽略的影响，它们造成的局部损害被适当地修复。这两种方法不需要围绕钻孔的暴露的绳股测量桩，并且隔离混凝土块（图1e和f） - 仅被应用于相对简单的构件（并且被确认）支撑条件，构件几何形状和预应力钢筋）在受控环境中。因此，没有一个所提到的非破坏性测试方法已经应用于用抛物线后拉伸电缆加强的连续构件。还有一些其他技术，需要在铸造之前安装监测设备，但它们很少用于桥梁，因此很少用于评估。显然，由于预应力在对结构行为的适当评估中的重要性，需要开发严格的实用方法来原位量化混凝土桥梁中的残余预应力[12]。因此，基于减压载荷试验有破坏性的方法和用于评估预应力的非破坏性锯切方法已经进一步发展，以将它们的适用性扩展到更复杂的结构。本文报告了这些发展和一个关于桥梁的实验研究，旨在评估使用修订方法获得的结果的可靠性。这项研究是一个研究项目的一部分，涉及一系列测试旨在检查和改进桥梁评估方法[13]。预期结果有助于评估桥梁的结构性能和承载能力，对于这些桥梁，没有关于施工中预期的预应力（常见的不确定性来源）的信息。

2桥接描述

2.1背景

焦点物体是位于瑞典北部基律纳的55年高架桥（图2）：1959年跨越高速公路和铁路码头建造的两车道公路桥梁，将城市铁路连接到附近的铁矿石我的（世界上最大的）。 2006年，由于地下采矿作业造成的地面破坏，开始对基律纳大桥进行监测。该桥于2013年10月永久关闭，并在2014年6月的一个研究项目中测试失败，目的是开发和改进桥梁评估方法[13]。

2.2几何

基律纳大桥是121.5米长，15.6米宽的连续五跨桥，由三个纵向预应力混凝土梁连接，钢筋混凝土板在顶部，每个跨距中有一个或两个横梁（见图3）。根据施工图，桥梁中心线的跨度长度为18.00,20.50,29.35,27.15和26.50米。此外，上部结构延伸超出端部支撑的中心300mm。桥梁的西部（84.20米）弯曲半径为500米，而其余部分是直的（37.30米）。在构造过程中，将弯曲几何形状简化为支撑之间的直线段。桥面分别在纵向和横向上倾斜5.0和2.5%。

每个梁由纵向和横向限制的轴承支撑在西支座（支撑1）处，横向限制的滚动轴承允许纵向位移在东部桥台（支撑6）和二次550 550 mm2中间支撑柱（端口2-5）。每个柱的下部785 mm部分被一个设备所替代，该设备用于允许垂直和水平调整，如果支座存在不均匀位移，，那使用它进行调节就是必要的措施了[14]。调节装置包括允许在塔的底部中旋转的接头。

梁的尺寸为410times;1923mm 2（包括板坯），在支撑物上在4.00m的距离处逐渐变宽至650mm。此外，在浇注接头位置和（因此）后张筋腱的位置处，梁的宽度增加到550mm，在支柱3以西的跨度长度的40%和在支撑以东的跨度长度的30% 4（参见图3）。桥梁板的厚度在梁 - 板交叉处为300mm，在1.00m的距离处逐渐下降到220mm。

使用BBRV（Birkenmaier，Brandestini，Ros和Vogt）腱系统分两个阶段对梁施加预应力[15]：先是两个接头之间的中心段，然后是外部段（图3）。在中央部分，从每一侧张紧六个腱，从东端的自由端张紧六个腱，从西端的四个腱。腱由32束直径6mm的束组成（图4a）。在结构图中规定了灌浆的70mm直径的管道。然而，当桥被拆毁时，在几个地点发现了大约50毫米的管道。此时的目视检查表明腱，管道和薄浆处于良好状态（如图4所示）。预应力钢筋管和钢筋束具有成对的抛物线轮廓，中间位置最低，支撑位置最高。表1总结了三种类型（支撑，中跨和电缆接头）中从大梁底部到腱中心的距离。来自施工阶段的初始预应力没有记录。然而，相关设计规范[16]中规定的较高应力水平可以作为最大值。它们以下列方式基于0.2%屈服强度fp0.2k和抗拉强度ftk，相应的计算应力在括号中给出：（a）0.85fp0.2k（1233MPa）或0.75ftk（1275MPa）中的最低值），以及（b）在系统锁定或松弛之后，0.80fp0.2k（1160MPa）或0.70ftk（1190MPa）中的最低值。

梁还通过在底部的三个16mm直径纵向非预应力杆和分布在两侧的10mm直径杆加强，中间梁的间距为150mm，其它的为200mm。垂直钢筋由10mm直径的封闭箍筋组成，间距为150 mm，混凝土盖板厚度为30 mm。

2.3材料特性

根据图纸，在下部结构和上部结构中使用不同的混凝土质量等级。然而，从结构钻出的岩心的压缩试验表明，结构所有部分的混凝土具有类似的性能，整体平均圆柱压缩强度和弹性模量为62.2MPa（16%）和32.1GPa（8.3% ）， 分别。这里，括号中的百分比是方差系数。

后张增强钢的标称特性0.2%耐力强度为1450MPa（1606），抗拉强度为1700 MPa（1734）和峰值应力下的应变为3.5%（4.7），其中括号中的值来自原位试验。 在梁中的非预应力钢筋的相应值为对于10mm棒和410MPa（439），600MPa（705）和16%（705）的410MPa（484），600MPa（702）和16% 13）。

2.4 实验方案

实验方案主要集中在跨度2（从图3西部），因为跨度5的公路仍在使用。 然而，在一些测试中包括相邻跨度。 实验程序可以总结如下，按时间顺序的步骤：

1.非破坏性测试，以确定跨度2（2014年5月27-28日）的筋中的残余预应力。

2.预加载桥梁进行测试，包括破坏性确定跨度2中的钢筋束中的残余预应力，并调查桥梁的整体结构行为（2014年6月15-16日）。

3.用两个碳纤维增强聚合物（CFRP）系统加固后的桥梁预加载：在混凝土覆盖物中具有端部锚固的外部预应力和粘合层压材料以及近表面安装（NSM）矩形杆。这个加载时间表的主要焦点是加强系统对结构性行为的影响（2014年6月25日）。

4.南桥和中桥桥梁失效，调查其失效机理和承载能力（2014年6月26日）。

5.加载桥面板失效，调查其冲剪剪切破坏机理和承载能力（2014年6月27日）。

6.非破坏性测试，以确定跨度1-3（2014年6月27日和2014年8月25日）的腱中的残余预应力。

7.混凝土和钢筋的材料试验。

实验程序在[13]中进一步描述。步骤1和2的目的是利用破坏性和非破坏性测试方法来确定中跨2中的残余预应力。然而，来自非破坏性测试的结果的评估表明，由于条件不适当导致的不可靠性（例如低温）和不可靠的电源会引起的后续问题。因此，对2014年6月和8月的1-3期进行了额外的测试。

3.理论方法

为了在理论上量化混凝土构件中的预应力，必须考虑影响预应力损失的参数[17,18]。通常，损失可以分为转移前或转移后，这取决于它们是在预应力传递到混凝土之前还是之后发生。由于混凝土的摩擦和弹性缩短造成的损失被认为是转移前损失，而由于滑移，结构收缩和蠕变以及钢松弛造成的损失被认为是转移后损失[19]。在具有后张紧系统的构件中，混凝土的弹性缩短可以通过在预应力过程期间的相应的力来补偿（和相关的损失被避免）。此外，锚固预应力加强件时的滑动可以被忽略例如在本文中考虑的那些，因为加强件和管道之间的摩擦限制了与锚定件相邻的区域的损失。在管道中具有后张紧股线的构件中，由于股线和周围管道之间的摩擦而产生摩擦损失，这是由预期的曲率和无意的角度变化（摆动）引起的。与由圆曲率产生的摩擦相关的预应力损失可以从平衡方程式（1）：

（1）

这里：Px是沿着结构的实际预应力，考虑摩擦损失，P0是锚固装置在后张紧腱时的预应力，e是自然对数（2.71），l是摩擦股线和管道之间的系数，a是从腱末端到确定预应力的截面的累积角度变化，k是股线和管道之间的摆动摩擦系数，x是距活性腱端的距离到确定预应力的部分。根据制造商，BBRV预应力系统的摩擦和摆动摩擦系数分别为0.20和0.01 rad / m [20]。假设最大允许的预应力施加到结构（0.85fp0.2k），通过评估实验研究的部分预应力以获得比较值。计算的A-C节损失（如图3所示）报告在表2中。

从考虑转移前损失的应力状态计算时间依赖性损失。根据制造商的预应力系统的规范，在0.65ftk和0.45ftk的钢应力下松弛分别为8%和0%[20]，导致以下损失：在A部分为8.0%，1.4 %，B段为6.1%，基于指定值之间的线性插值。收缩的影响可以从正常室外条件下的0.25permil;的常数应变估计[21]，对应于特征0.2%弹性强度（1450 MPa）的3.4%。基于考虑摩擦损失的预应力水平，产生以下损失：A部分为4.9%，B部分为7.1%，C部分为5.7%。

引起预应力损失的蠕变取决于当前应力状态（考虑作用在结构上的永久载荷），并且可以由等式（2）：

（2）

式中：是蠕变应变，r是应力，Ec是混凝土弹性模量，u是蠕变系数。蠕变系数受几个参数的影响，特别是相对湿度，但假定它为2.0，这是在正常户外条件下的典型值[16]，从而我们可获得由蠕变引起的预应力损失的粗略估计。因此，考虑到预应力，静载荷和约束力，可获得以下损失：A节中为8.4%（N，8.2; C，8.4; S，8.6

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[139314]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word