一种研究应力梯度对混凝土梁徐变性能影响的试验方法

摘要

本发明公开了一种应力梯度对混凝土梁徐变性能影响的试验方法，首先制作混凝土梁类构件，包括单向轴压构件和弯压构件，采用与钢束直径大一个规格的塑料波纹管预留预应力筋的孔道，并将预应力筋穿过孔道；单向轴压构件放置在光滑的地面上，弯压构件两端有支撑物支撑，在两种构件两端伸出的预应力筋上分别安装锚定钢板、并在其中一端的锚定钢板与构件之间安装压力传感器；在弯压构件上安装千分表，读取千分表初始值，并用手持千分尺量取单向轴压构件和弯压构件的应变测点的间距，获得千分表和应变测点间距的初始值；若发现压力传感器的数值比张拉力初值少2％以上时，即对预应力筋补张拉，本发明的有益效果是方法简单，成本低。

说明书

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种研究应力梯度对混凝土 梁徐变性能影响的试验方法。

背景技术

混凝土在不变荷载长期作用下，其变形随时间延长而持续增长的 现象称为混凝土的徐变。混凝土徐变对桥梁长期性能的影响是严重 的。近十年来，我国交通事业快速发展，车辆运行速度不断提升，高 寒或冻土地区高速公路与铁路的通车里程持续增加。高速运行的车辆 要求桥面或轨道具有较精确的平顺性，复杂的使用环境亦要求桥梁结 构具有良好的耐久性。因此，合理预控混凝土徐变引起的桥梁结构的 长期变形，防治与桥梁长期挠度过大而“并发”的梁体开裂，已成为 桥梁工程中亟待解决的问题。

以大跨度桥梁为例，混凝土徐变对其性能的影响是严重的。欧洲 CEB委员会调查了27座混凝土桥梁的变形数据，表明有些桥梁在建 造完成后8～10年内变形仍有明显增长且数值较大。美国的Parrotts渡 桥在使用12年后，主跨跨中下挠约635mm，大大超过预期。西太平洋 帕劳共和国Koror-Babeldaob桥，建成后由于混凝土徐变使其跨中向 下挠曲多达1.2m，后加铺桥面板又进一步加剧了徐变，加固修补3个 月后桥梁倒塌。国内的三门峡黄河公路大桥、广东虎门大桥辅航道桥、 黄石长江大桥等，在运营期间都出现了跨中挠度增加过大的问题，且 在持续下挠过程中伴随出现大量斜裂缝及垂直裂缝，导致桥梁结构不 得不加固处理。对新建设计时速300-350km客运专线的预应力混凝土 桥梁，轨道铺设后，无砟桥面梁的徐变上拱值不应大于10mm；如若 桥梁后期徐变变形超出无砟轨道扣件的调节范围，将对桥上线路平顺 性造成严重危害，甚至可导致轨道扣件破坏失效，对行车安全造成巨 大隐患。

应力状态对混凝土徐变性能的影响是显著的，科研工作者对桥 梁长期挠度超过设计预期的原因及其影响进行了调查分析，主要结论 可归纳为如下：

①对混凝土徐变规律认识不足，混凝土徐变计算模型不合适，施 工期间桥面短龄期混凝土在循环荷载作用下，单轴徐变规律的适用性 存疑。

②未充分考虑预应力筋多向布束等因素使结构应力复杂化对混 凝土徐变性能的影响，且预应力筋张拉不足，预应力松弛损失和收缩 徐变损失估计值偏小。

③桥梁长期变形设计计算方法有缺陷，对长期剪切应力引起的徐 变挠度考虑不足。

④桥梁长期挠度过大引起的混凝土开裂导致梁体刚度退化，引发 了预应力损失与混凝土徐变的耦合效应。

上述工程实践及分析表明，混凝土徐变降低了桥梁结构的长期性 能，而对不同应力状态下混凝土徐变性能的差异性考虑不足是影响桥 梁结构徐变效应预测精度的重要因素之一。

现有混凝土徐变试验多以单向轴压应力作用下的徐变试验为主， 而对复合应力作用的混凝土桥梁结构徐变效应分析时直接套用单向 轴压条件下混凝土的徐变模式是不合理的。近年来，许多专家开始探 索不同应力状态下混凝土的徐变性能。

与本发明最相似的研究是对混凝土梁进行长期堆载试验，获取混 凝土梁的长期变形性能。但是，这种方案对构件施加弯矩时均伴随有 剪力出现，且剪力对混凝土梁长期挠度影响不易计算，进而难以获取 应力梯度对混凝土徐变性能的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应力梯度对混凝土梁徐变性能影响的 试验方法，解决了目前应力梯度对混凝土梁徐变试验方法复杂，成本 高的问题。

本发明采用的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：制作试验用构件，首先制作混凝土梁类构件，包括单向 轴压构件和弯压构件，单向轴压构件预留的预应力筋位置设中心点 处，弯压构件钢束位置与构件中心有一偏心距e1，采用与钢束直径 大一个规格的塑料波纹管预留预应力筋的孔道，将预应力筋穿过孔 道，并在构件梁一侧截面上埋设千分尺应变测点，测点采用不锈钢制 作，埋入深度为10mm；

步骤2：将单向轴压构件和弯压构件分别吊装至试验场地上，其中， 单向轴压构件放置在光滑的地面上，弯压构件两端分别用同一高度的 三角钢和滚轴支撑，在两种构件两端伸出的预应力筋上分别安装锚定 钢板、并在其中一端的锚定钢板与构件之间安装压力传感器；

步骤3：在弯压构件上安装千分表，读取千分表初始值，并用手持 千分尺量取单向轴压构件和弯压构件的应变测点的间距，获得千分表 和应变测点间距的初始值；

步骤4：将预应力筋一端锚固，另一端采用预应力张拉设备张拉预 应力筋，并通过压力传感器读取拉力值，当拉力值达到实验要求时， 停止张拉，并实施锚固，及时量测千分表，并及时量测手持千分尺应 变测点间距；

步骤5：定期读取千分表数值，同时测定千分尺应变测点间距，定 期读取传感器数值，在每次读取数值时，若发现压力传感器的数值比 张拉力初值少2％以上时，即对预应力筋补张拉，保持有效预应力应 力恒定。

进一步，所述步骤3中千分表的安装位置优选弯压构件两端和底部 中间。

进一步，所述步骤3中单向轴压构件的应变测点优选在构件顶部中 部的位置设置；弯压构件的应变测点可根据研究需要在构件的顶部、 中部及底部设置。

本发明的有益效果是方法简单，成本低。

附图说明

图1是本发明单向轴压构件结构示意图；

图2是本发明单向轴压构件截面图；

图3是本发明弯压构件构件示意图；

图4是本发明弯压构件截面图。

图中，1.压力传感器，2.应变测点，3.锚定钢板，4.预应力筋，5. 千分表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明按照以下步骤进行：

步骤1：制作试验用构件，首先制作混凝土梁类构件，包括单向 轴压构件和弯压构件，单向轴压构件如图1所示，弯压构件如图3所示， 如图2所示，单向轴压构件预留的预应力筋4位置就在中心点处。如图 4所示，弯压构件预留的预应力筋4位置与构件中心有一偏心距e1， 预应力筋4为一根或多跟。如若是两根及其以上的预应力筋4，则表示 钢束的合力。采用与钢束直径大一个规格的塑料波纹管预留预应力筋 4的孔道，并将预应力筋4穿过孔道。

步骤2：待构件混凝土强度达设计强度后，将单向轴压构件和弯压 构件分别吊装至试验场地上，其中，单向轴压构件按图1要求放置在 光滑的地面上。弯压构件按图2所示要求放置，弯压构件两端有支撑 物支撑；在两种构件两端伸出的预应力筋4上分别安装锚定钢板3，在 两种构件一端的锚定钢板3与构件之间安装压力传感器1。

步骤3：在弯压构件上安装千分表5，千分表安装位置优选弯压构 件两端和底部中间。读取千分表5初始值，并用手持千分尺量取单向 轴压构件和弯压构件应变测点2的间距，应变测点2根据需要在构件上 选取测量位置。其中单向轴压构件的应变测点2优选在构件顶部中部 的位置设置，弯压构件的应变测点2可根据研究需要在构件的顶部、 中部及底部设置；获得千分表和应变测点2间距的初始值。

步骤四：将预应力筋一端锚固，另一端采用预应力张拉设备张拉 预应力筋4，并通过压力传感器1读取拉力值，当拉力值达到科研实验 要求时，停止张拉，并实施锚固。

步骤5：定期读取千分表5数值，同时测定千分尺应变测点2间距。 定期读取传感器1数值，在每次读取数值时，若发现压力传感器的数 值比张拉力初值少2％以上时，即对预应力筋4补张拉，保持有效预应 力应力恒定。

通过对比单向轴压构件与弯压构件的徐变应变值，获取应力梯度 对混凝土徐变性能的影响规律。通过研究弯压构件的徐变挠度值，进 而获取应力梯度对弯压构件徐变挠度影响。

本发明可分析不同应力梯度值对混凝土徐变性能及混凝土梁长 期挠度的影响。

本发明目的有：

1)通过对比图1单向轴压构件与图2弯压构件混凝土徐变性能，获 取弯曲所产生的应力梯度对混凝土梁徐变性能及长期挠度的影响；

2)通过改变图2中预应力钢束的张拉控制应力或偏心距e1值中任 意一个数值，可以调整弯矩值，进而可以实现研究需要的应力梯度值

3)通过图2千分表量测混凝土梁的挠曲变形，获取长期挠度变化 值；

4)分别通过手持千分尺量图1、图2测跨中应变测点间距，进而 获取应变变化。

本发明根据荷载等效原理采用预应力后张法对构件加载，其优点 是混凝土弯压复合应力作用下的徐变试验方法简单，成本低；预压应 力和预应力产生弯矩共同所产生应力梯度值可控，且消除了剪力值的 影响。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任 何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的 任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。