基于有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)的橋梁安全性

1、we have two ears but only one mouth. it takes us two years to learn to speak, but it takes us a lifetime to learn to be silent.勤學(xué)樂(lè)施天天向上（頁(yè)眉可刪）基于有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)的橋梁安全性 摘要：混凝土結(jié)構(gòu)具有大約150年的歷史，為人類文明的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)結(jié)構(gòu)的使用性能提出了更高的要求，普通混凝土結(jié)構(gòu)已不能滿足人們的需要，各種特殊結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋就是其中一種。關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力 安全性 橋梁 檢測(cè) 評(píng)價(jià)一、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋

2、存在的問(wèn)題由于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是一種超靜定結(jié)構(gòu)，它具有很好的順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度，跨越能力強(qiáng)、整體剛度大、抗震性能好、行車平順舒適、施工簡(jiǎn)便、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。因此，近40年以來(lái)，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在世界各國(guó)的橋梁建筑中得到了快速發(fā)展，跨徑也越來(lái)越大，成為在海灣、深谷上建造大跨度橋梁廣泛采用的結(jié)構(gòu)形式之一。國(guó)內(nèi)外橋梁建設(shè)在過(guò)去幾十年中取得了巨大的進(jìn)步和卓越的成就，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁發(fā)展也很快，無(wú)論在橋型、跨度以及施工方法與技術(shù)方面都有突破性發(fā)展。但是，由于橋梁在建設(shè)和使用過(guò)程中，必然會(huì)受到環(huán)境、有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，并要承受車輛、風(fēng)、地震、疲勞、超載、人為等外來(lái)因素作用，同時(shí)橋梁所

3、采用的材料性能也會(huì)不斷退化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各部分出現(xiàn)不同程度的損傷。這些損傷的累積和發(fā)展不但會(huì)影響橋梁的正常運(yùn)營(yíng)，而且會(huì)危及結(jié)構(gòu)的使用安全。越來(lái)越多的橋梁進(jìn)入老齡化階段，需要對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)現(xiàn)有使用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而加固維修。然而，隨著預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在世界各地的廣泛應(yīng)用，有關(guān)這種橋型的病害也越來(lái)越多。一般的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)，即在正常施工階段和使用階段不出現(xiàn)拉應(yīng)力為主要依據(jù)，設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格。但由于連續(xù)梁橋通常跨徑較大，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力體系較為復(fù)雜、張拉噸位力大和結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜等問(wèn)題。近些年來(lái)，部分連續(xù)梁橋在施工和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一些病害，主要表現(xiàn)為：1、主梁下

4、撓，尤其是跨中撓度過(guò)大。廣東南海某大橋運(yùn)營(yíng)6年后，跨中下?lián)?2.2cm，為主跨徑的1/540，大于規(guī)范允許的1/600。連續(xù)梁橋后期的持續(xù)撓度過(guò)大，使得主梁跨中下凹，破壞橋面鋪裝層，影響橋梁的使用壽命和行車舒適性，甚至危及橋梁結(jié)構(gòu)的安全。2、箱梁裂縫。如頂板開(kāi)裂、底板縱向開(kāi)裂、箱腹板出現(xiàn)斜裂縫等，并且裂縫主要表現(xiàn)為縱向裂縫、彎曲裂縫、彎曲剪應(yīng)力裂縫和主拉應(yīng)力裂縫。伊犁河大橋?yàn)閯倶?gòu)連續(xù)組合梁橋，在運(yùn)營(yíng)期間箱梁出現(xiàn)了縱向裂縫，有的縱縫較長(zhǎng)甚至連續(xù)貫通。3、梁體斷裂。由于預(yù)應(yīng)力筋失效或裂縫的進(jìn)一步發(fā)展，梁體會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。1977年竣工通車的田莊臺(tái)遼河大橋，全長(zhǎng)為878.93m，可謂是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)比較

5、罕見(jiàn)的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土公路橋。但是，2004年6月10日早7時(shí)許，在北起第14孔和第15孔之間，懸臂梁端突然斷裂，橋板脫落。綜合以上事例，作者認(rèn)為對(duì)橋梁進(jìn)行有效預(yù)應(yīng)力的檢測(cè)是有必要的。二、有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)2.1檢測(cè)方法針對(duì)預(yù)留檢測(cè)槽口處，局部破損波紋管及水泥砂漿處暴露出的鋼絞線，應(yīng)用 撛炙髡帕饈砸菙，基于橫張位移增量法檢測(cè)原理進(jìn)行鋼絞線預(yù)張力的測(cè)試。橫張位移增量法，是依據(jù)預(yù)應(yīng)力鋼絞線橫向荷載及變形測(cè)試來(lái)檢測(cè)有效預(yù)應(yīng)力的技術(shù)。即：橫張位移增量法就是對(duì)兩端張拉鋼絞線的跨中橫向施加作用力，測(cè)試其橫向變位值，從而推算鋼束中有效預(yù)張力。檢測(cè)中對(duì)目標(biāo)測(cè)試鋼束進(jìn)行橫向張拉試驗(yàn)，通過(guò)分級(jí)測(cè)試橫向張力及對(duì)應(yīng)橫向

6、位移作為基礎(chǔ)采集數(shù)據(jù)，結(jié)合實(shí)用經(jīng)驗(yàn)公式得到橋梁關(guān)鍵預(yù)應(yīng)力束有效預(yù)應(yīng)力實(shí)測(cè)值。主要儀器設(shè)備有：預(yù)應(yīng)力鋼索張力測(cè)試儀，數(shù)顯儀等。2.2關(guān)鍵工序在預(yù)應(yīng)力測(cè)試過(guò)程中的關(guān)鍵工序如下：（l）檢測(cè)槽口定位首先根據(jù)實(shí)際情況量測(cè)檢測(cè)槽口的位置及尺寸參數(shù)。（2）測(cè)試前準(zhǔn)備工作在檢測(cè)槽口定位后，進(jìn)行測(cè)試前的準(zhǔn)備工作，主要包括切割檢測(cè)槽口處普通鋼筋、切割并剝離波紋管及支撐起目標(biāo)測(cè)試鋼束并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固夾持等三項(xiàng)內(nèi)容。（3）預(yù)應(yīng)力鋼束測(cè)試采用橫張位移增量法檢測(cè)技術(shù)，使用預(yù)應(yīng)力鋼索張力測(cè)試儀，對(duì)關(guān)鍵鋼束的有效預(yù)應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試。三、依托工程結(jié)構(gòu)安全性分析3.1主梁混凝土應(yīng)力分析1、主梁上下緣混凝土應(yīng)力分布在設(shè)計(jì)狀態(tài)下計(jì)入恒載、預(yù)應(yīng)

7、力和收縮徐變荷載，并考慮施工階段效應(yīng)，計(jì)算出成橋1月后主梁上下緣混凝土應(yīng)力分布情況。按已抽檢的鋼束預(yù)應(yīng)力預(yù)測(cè)值，預(yù)測(cè)實(shí)際情況下主梁上下緣混凝土應(yīng)力值。在實(shí)際狀態(tài)下計(jì)入恒載、預(yù)應(yīng)力和收縮徐變荷載，并考慮施工階段效應(yīng)，計(jì)算出成橋1月后主梁上下緣混凝土應(yīng)力分布情況。2、控制截面主梁上下緣混凝土應(yīng)力值經(jīng)計(jì)算分析可知，連續(xù)剛構(gòu)橋控制截面為邊跨0.3l、中跨1/4l、支點(diǎn)等截面。全橋共有邊跨0.3l截面2個(gè)，跨中截面4個(gè)，1/4l截面8個(gè)，邊支點(diǎn)截面2個(gè)，中支點(diǎn)截面5個(gè)。成橋1月后，各個(gè)控制截面主梁上下緣混凝土應(yīng)力值。（l）荷載組合1作用下，成橋1月后主梁上下緣混凝土應(yīng)力均為壓應(yīng)力。主梁控制截面上緣混凝土

8、應(yīng)力邊跨0.3l、中跨跨中、1/4l及支點(diǎn)處預(yù)測(cè)值均小于設(shè)計(jì)值；下緣混凝土應(yīng)力邊跨0.3l和中跨跨中、1/4l處預(yù)測(cè)值均小于設(shè)計(jì)值，支點(diǎn)處預(yù)測(cè)值部分大于設(shè)計(jì)值，部分小于設(shè)計(jì)值。（2）荷載組合2作用下，成橋1月后主梁上下緣混凝土應(yīng)力除邊跨0.3l和兩端支點(diǎn)處為拉應(yīng)力外，其余各點(diǎn)均為壓應(yīng)力。主梁控制截面混凝土應(yīng)力邊跨0.3l、中跨跨中、1/4l及支點(diǎn)處預(yù)測(cè)值均小于設(shè)計(jì)值。3、鋼束預(yù)應(yīng)力效應(yīng)產(chǎn)生的混凝土應(yīng)力根據(jù)上述鋼束有效預(yù)應(yīng)力實(shí)測(cè)值以及對(duì)其他鋼束索值變化規(guī)律預(yù)測(cè)的驗(yàn)證，計(jì)算混凝土應(yīng)力值（計(jì)入恒載、預(yù)應(yīng)力和收縮徐變荷載，考慮施工階段效應(yīng)）。3.2有效預(yù)應(yīng)力衰減由于全橋鋼束預(yù)應(yīng)力分布模式以及有效預(yù)應(yīng)力

9、隨時(shí)間逐漸變化的規(guī)律基本一致，加上受篇幅限制在此不能一一列舉，只是分析了其中具有代表性意義的鋼束有效預(yù)應(yīng)力隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。由上述分析可知：（l）隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，鋼束有效預(yù)應(yīng)力預(yù)測(cè)值逐漸減小，而且變化速度是先快后慢，等橋梁結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)50年以后，預(yù)應(yīng)力損失程度逐漸趨于穩(wěn)定。（2）鋼束有效預(yù)應(yīng)力預(yù)測(cè)值均小于 1150mpa，嚴(yán)重小于錨下張拉控制應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的嚴(yán)重?fù)p失會(huì)不會(huì)影響結(jié)構(gòu)的安全性，還需要進(jìn)一步的驗(yàn)算分析。四、主要影響因素分析4.1預(yù)應(yīng)力損失在公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（jtgd62-2004）中，通過(guò)撓度長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)荷載長(zhǎng)期作用效應(yīng)對(duì)構(gòu)件撓度的影響，即通過(guò)長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)

10、，ms乘以荷載短期效應(yīng)組組合算的撓度值來(lái)得到考慮荷載長(zhǎng)期作用效應(yīng)的撓度值；同樣，用長(zhǎng)期增長(zhǎng)系數(shù)。乘以預(yù)加力引起的反拱值來(lái)得到考慮長(zhǎng)期效應(yīng)的預(yù)加力反拱值。4.2汽車反復(fù)作用荷載以及超載按照一定承載能力設(shè)計(jì)的橋梁結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)期汽車荷載反復(fù)作用期間，發(fā)生荷載超過(guò)設(shè)計(jì)值的情況可能會(huì)有多次，但是，實(shí)際工程中完全因?yàn)槌d而引起結(jié)構(gòu)破壞的事故并不是太多。結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期反復(fù)荷載作用下，在其內(nèi)力低于承載能力的多次作用情況下發(fā)生破壞的現(xiàn)象，稱之為結(jié)構(gòu)疲勞。荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的重復(fù)作用次數(shù)在使用期限內(nèi)累計(jì)可達(dá)數(shù)百萬(wàn)次，可能產(chǎn)生突然的脆性破壞，有時(shí)這種危險(xiǎn)性更大。關(guān)于混凝土材料和結(jié)構(gòu)的疲勞問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外有不少試驗(yàn)研究成果，其中反復(fù)作用荷載次數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)