基于钻孔法检测预应力混凝土梁有效应力的有限元分析.pdf

口 Vol，29 第29卷第5期 水 道 港 No．5 2008年10月 Joumalof andHarbor 0ct．2()08 Waterway 基于钻孑L法检测预应力混凝土梁有效应力的有限元分析 徐满意，林高杰，孙熙平 (交通部天津水运工程科学研究所水工构造物检测、诊断与加固技术交通行业重点实验室，天津300456) 摘要：对于已经建好的顶应力结构，如何检测结构物当前的有效应力一直是难以解决的问题。文中利 用钻孔法榆测预应力混凝土梁的有效应力，通过有限元软件ANSYS的计算得到钻孔前后应变的变化， 结合理论讣算叮确定检测T作中最佳的孔径、孔深和贴应变片的位置。在实际检测工作中，应首先通过 有限元分析确定最佳的孔径、孔深和贴应变片的位置，然后测量贴应变片处钻孔前后应变的变化，结合 相关理论计算即nf得到预庇力混凝土梁的有效应力。 关键词：钻孔法；预应力混凝十梁；有效应力；彳r限兀 中图分类号：TV332 文献标识码：A 文章编号：1005—8443(2008)05—0362—05 19世纪末预应力混凝土结构诞生，从20世纪30年代开始，预应力混凝土已被广泛地应用于水工结构、 海洋平台、桥梁、建筑结构等土木丁程之中。统计资料表明，近20a来，我国所建混凝土桥梁中，75％以上采 用的是预应力混凝土结构，欧美国家近70a米所建混凝土桥梁中，70％以上采用的是预应力混凝土结构，按 照一般建筑物设计使用年限50a或者100a计算，大量的颅应力混凝土桥梁正在逐渐步人“中年”或者“老 年”。在其长达几十年甚至上百年的服役期内，由于荷载、疲劳、腐蚀、老化及环境因素等不利条件的影响，预 应力结构将小町避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发性事故。对于水工结构物来讲，由于所处的 环境恶劣，其预应力筋的锈损程度尤为严重。在对码头结构巾使用的顶应力混凝土结构检测后发现由于各 种原因，如钢筋锈蚀、混凝土徐变等使预应力降低，轻者缩短构件的寿命，重者危及构件的使用安全。其危害 主要表现为结构开裂，刚度降低，极限承载力降低，结构的挠度增大，结构开裂处预应力筋局部应力较大，导 致预应力筋安全系数减小，结构安全储备降低。并且，预应力构件一旦出现裂缝，又会加大其遭受外界侵蚀 的速度，如处于海水中的构件，它将受到海水的侵蚀，导致钢筋锈蚀速度加快；在空气中的构件，其受到大气 氧化锈蚀的速度也会加大。钢筋锈蚀的结果又会导致预应力的下降，形成恶性循环。 在构件的使用过稗中，预应力的大小与预膻力混凝土构件的开裂荷载大小、安全状况等有着密切的联 系。人们关注的焦点转向构件的现存预臆力，即构件的残余预应力。同时，对一些已经建成的重要预应力混 凝土构件也要对其进行定期的检测评估以及加固，这些工作都离不开构件残余预应力的准确计算或准确测 量。目前，设计和施．-]Ln,J-仪仅是靠经验公式或理论公式估算预应力损失来求残余预应力。有研究表明oI|，这 样的计算结果并非完全准确，长期以来人们也没有找到计算残余预应力更好的方法。预应力构件残余顶应 力的大小与诸多因素有关，完全从理论上计算有相当的困难，倘若能用现场检测的办法来测试预应力混凝 土构件的残余预应力，可以为构件的评估、诊断、加固提供叮靠的依据。 本文利用钻孔法检测预臆力混凝土梁的有效应力，通过有限无计算，确定检测工作中最佳的孔径、孑L深 和贴应变片的位置。通过检测钻孑L前后应变变化，即町得到预应力混凝土梁的有效应力。 1钻孔法检测应力值的基本原理 钻孔法[2—7 o的基本思想足在预应力混凝土构件表函i钻一小孑L，使孑L的周围由于部分应力释放而产生相 收稿日期：2008—05—06；修回日期：2008—06—26 作者简介：徐满意(1963一)．男，天津市人，高级工程师，主要从事水工构造物检测研究。 Biography：XUMan一妒(1963一)，male，senior engineer． 万方数据 2008年