[博士]预应力混凝土梁桥永存预应力预测方法研究

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内容简介

　　[博士]预应力混凝土梁桥永存预应力预测方法研究　　学科专业: 道路与铁道工程　　授予学位：博士 　　学位授予单位：长安大学　　学位年度：2007　　 预应力技术在桥梁工程中的应用历史近70年，目前世界桥梁中有70%以上都采用了预应力混凝土结构。我国在20世纪70年代后期修建的大、中跨径桥梁亦多为预应力混凝土结构。由于预应力技术在桥梁工程中的普遍应用及长期服役，其缺陷亦逐渐暴露:预应力棍凝土悬臂梁(或T形刚构)下挠过大影响正常运营;预应力束管道压浆不饱满致使预应力束锈蚀;预应力束张拉不足导致运营期间混凝土梁开裂;预应力束张拉过大造成混凝土保护层开裂剥落、普通钢筋锈蚀、波纹管锈蚀等，这些缺陷使得预应力混凝土梁的承载力下降、耐久性降低，影响结构的正常使用，严重时将威胁桥梁安全。预应力在结构中的实际作用、预应力的衰减程度等问题，须在预应力混凝土桥梁应用中鱼待解决。目前关于预应力混凝土梁永存预应力的研究几乎还是空白，本文将对PC梁永存预应力的预测方法进行研究，以起抛砖引玉之作用。　　 本文以不同截面型式、不同配束方式的预应力混凝土模型梁动力试验为基础，研究了预应力对混凝土简支梁振动基频、刚度、应变的影响规律，提出预应力混凝土梁永存预应力的预测方法。主要研究内容和研究成果如下:　　 (1)首次对三种截面形式—矩形、T形和空心板，三种配束方式—形心直线配束、偏心直线配束和曲线配束的简支梁进行了预应力对结构动力性能影响的试验研究。总结了振动基频随预应力的变化规律，提出其基频随预应力的增加而增大，变化规律与配束方式有关，曲线配束梁按二次抛物线规律变化，直线配束梁按一次线性规律变化;增大量值与截面形式、材料性质和预应力束偏心距的大小有关，在相同截面积时，梁的截面刚度越小，预应力的作用越显著，反之预应力的作用越小。　　 (2)预应力对混凝土梁振动基频的改变，使得结构的有效刚度相应地发生了变化，本文由试验总结出永存预应力N随梁的静刚度B、有效刚度凡的变化规律，可根据已知预应力推求有效刚度值，也可根据有效刚度值推求永存预应力值，从而提出基于有效刚度代换预测预应力混凝土梁永存预应力的新方法。此方法可用于新制预应力混凝土成品梁的出厂无损检验;也可用于在役桥永存预应力的检测评估。　　 (3)根据有限点的检测(钢筋或混凝土)应变值与理论计算应变值进行比较推求永存预应力值，并编制了“在役预应力混凝土桥梁永存(有效)预应力评估系统”专用计算程序，提出基于有限点应变检测的预应力混凝土梁永存预应力预测方法。该方法适用简支结构及连续结构。　　 (4)对目前研究成果总结分析发现，大多数学者基于Bernoulli-Eider梁理论或能量法得出预应力对形心直线配束简支梁的振动基频没有影响、对其它配束方式的简支梁有一定影响的结论，均忽略了预应力作用可改变混凝土梁的应力状态和混凝土梁在振动过程中其受力状态变化的规律。本文首次从混凝土的本构关系出发，提出预应力将改变混凝土梁的初应力状态，使得混凝土梁成为带初应力工作的梁，由混凝土初应力点状态下的部分加卸载试验得出凡>乓，则混凝土应力状态刚度Ba大于无应力状态下的抗弯刚度B，由此得出预应力将改变混凝土梁的振动频率，且随预应力的增加而增大的结论。　　 (5)在总结已有评估方法和本文研究的基础上，提出了PC梁永存预应力的四种预测方法—基于动力性能预测法、有效刚度代换法、有限点检测法和混凝土应力状态刚度法。有效刚度代换法目前适用于简支结构，其它方法适用于简支结构和连续结构。

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