CN106546395A - 简支梁预应力损失检测方法 - Google Patents

Abstract

为解决现有技术简支梁预应力损失检测方法存在的不易实现长期在线监测，利用单一方法去评判预应力损失量情况等问题，本发明提出一种简支梁预应力损失检测方法，利用简支梁结构动力特性和静力特性相结合的方式进行预应力损失评估；即通过预应力简支梁的实时加速度信息获取简支梁结构的等效刚度值，通过预应力简支梁的挠度变化值和等效刚度值获取预应力简支梁的残余预应力值。本发明的有益技术效果是从预应力简支梁的结构整体性能出发，融合静动力特性进行构件预应力的损失检测与评定，充分利用监测信息；不仅可以实现长期在线监测，还有效提高了测试结果的准确性。

Description

简支梁预应力损失检测方法

发明领域

本发明涉及到预应力简支梁的预应力损失评估技术，特别涉及到一种简支梁预应力损失检测方法。

背景技术

我国交通建设经过最近几十年的迅猛发展，已经得到了大的改观，公路等级、桥梁结构形式与功能都趋于完善；经过高速的发展后，我国交通事业的核心将由大力修建，向加固维修养护方面发展。在我国目前桥梁建设中，预应力技术已经逐渐的被广泛使用。预应力梁桥是近几十年比较新型的桥梁技术。其主要的原理是在主梁内部预施加一个应力，使梁桥造成一个向上的反拱的上挠，这样的反拱会抵制主梁的下挠从而增加桥梁的承载能力。

但是，由于混凝土自身的收缩徐变属性，加之循环荷载的作用，预应力梁受力会发生不断的变化，这些外力的作用会加剧预应力的损失，即施加在主梁内部的预应力值降低。预应力的损失会造成主梁的下挠加快，会对桥梁的安全带来很大的威胁；所以预应力损失的评估技术变的必不可少。

现有技术简支梁预应力损失评估的方法有很多，主要包括：形状记忆合金技术(SMA法)、声发射技术、磁通量检测法、超声导波检测法、等效质量检测法、灰色理论法、概率分析模型、钢筋应力释放微孔法(SSRHT法)、应力释放法、智能钢绞线法和光纤光栅检测法等等；以上检测方法可分为无损检测和局部损伤检测。然而，无损检测灰色理论和概率分析模型需要根据大量现场实测资料并结合实验室试验结果进行预应力损失评估。SSRTH法、等效质量检测法和SMA法无法实现预应力长期在线监测。智能钢绞线法和光纤光栅检测法虽然可以实现长期在线监测，但二者传感器直接和被测构件接触容易损坏。应力释放法不仅对局部应力有影响还受切割间距、切割温度、切割速度和切割工艺的影响。另外，现有技术简支梁预应力损失检测方法大都是单一从静力或者动力方面入手。以上的检测技术都是集中在利用单一方法去评判预应力损失量情况，但从实际效果来看不是很理想，如要实现长期的预应力状态监测及评价更是困难。

显然，现有技术简支梁预应力损失检测方法存在着不易实现长期在线监测，利用单一方法去评判预应力损失量情况，使其测试结果准确性较低等问题。

发明内容

为解决现有技术简支梁预应力损失检测方法存在的不易实现长期在线监测，利用单一方法去评判预应力损失量情况，使其测试结果准确性较低等问题，本发明提出一种简支梁预应力损失检测方法。

本发明简支梁预应力损失检测方法，利用简支梁结构动力特性和静力特性相结合的方式进行预应力损失评估；即通过预应力简支梁的实时加速度信息获取简支梁结构的等效刚度值，通过预应力简支梁的挠度变化值和等效刚度值获取预应力简支梁的残余预应力值。

进一步的，本发明简支梁预应力损失检测方法，包括以下步骤：

S1、通过监测技术获取预应力简支梁的挠度变化值与实时加速度信息；

S2、利用傅立叶变换及信号处理技术，将所获取到的加速度信息转换为频率值；

S3、将简支梁的预应力考虑为简支梁结构自身的固有属性，利用动力学方程建立预应力简支梁固有频率值ω的关系式：即，

式中，ω为预应力简支梁固有频率值，单位为Hz；m为简支梁结构的单位长度质量，单位为kg/m；n为简支梁结构的频率阶数，无单位量纲；EI为简支梁结构的等效刚度，单位为N·m²；(EI)_n表示第n阶频率下的等效刚度计算值；L为简支梁的跨径，单位为m；

S4、将步骤S2转换的频率代入式(1)中，再根据预应力简支梁的实际单位长度质量和跨径得到预应力简支梁的等效刚度EI；

S5、根据静力学结构变形的图乘法以及相关技术规范规定的反拱值建立简支梁结构挠度变化值δ的关系式，即，

式中，δ为简支梁结构挠度变化值，单位为m；N为预应力值，单位为N；e为预应力筋的偏心距，单位为m；EI为简支梁结构的等效刚度，单位为N·m²；L为梁的跨径，单位为m；

S6、将实际监测所得到的挠度变化值以及步骤S4求得的等效刚度EI带入式(2)，即可求得预应力简支梁的残余预应力值；而预应力简支梁的设计预应力值与残余预应力值的差即为简支梁预应力损失值。

本发明简支梁预应力损失检测方法的有益技术效果是从预应力简支梁的结构整体性能出发，融合静动力特性进行构件预应力的损失检测与评定，充分利用监测信息；不仅可以实现长期在线监测，还有效提高了测试结果的准确性。

附图说明

附图1是本发明简支梁预应力损失检测方法的的步骤示意图。

下面结合附图及具体实施例对本发明简支梁预应力损失检测方法作进一步的说明。

具体实施方式

附图1是本发明简支梁预应力损失检测方法的的步骤示意图，由图可知，本发明简支梁预应力损失检测方法，利用简支梁结构动力特性和静力特性相结合的方式进行预应力损失评估；即通过预应力简支梁的实时加速度信息获取简支梁结构的等效刚度值，通过预应力简支梁的挠度变化值和等效刚度值获取预应力简支梁的残余预应力值。本发明简支梁预应力损失检测方法采用建立结构动力特性和结构变形相融合的预应力状态评估技术。预应力的损失会造成结构动力特性发生改变，通过对桥梁动力特性的监测，可初步判断预应力可能存在损失；而预应力的损失会造成结构变形，通过对结构变形进行监测，可进一步判定预应力存在损失；通过建立预应力对结构动力特性与结构变形的耦合作用机理，可最终确定预应力存在变化；最终可建立预应力状态与结构动力特性、结构变形关系，并确定预应力随时间变化规律，为桥梁养护加固奠定基础。

本发明简支梁预应力损失检测方法，包括以下步骤：

S1、通过监测技术获取预应力简支梁的挠度变化值与实时加速度信息；

本实施例中，某多跨预应力混凝土简支梁，采用C40混凝土，横断面为矩形截面，采用单根预应力筋的无粘接单侧后张拉法张拉。在梁的1/4处、1/2处、3/4处三个测点布置加速度传感器以及挠度检测设备。对桥梁进行激励，利用传感器收集到实时的桥梁加速度监测信息。通过检测设备收集挠度的变化信息。

S2、利用傅立叶变换及信号处理技术，将所获取到的加速度信息转换为频率值；

S3、将简支梁的预应力考虑为简支梁结构自身的固有属性，利用动力学方程建立预应力简支梁固有频率值ω的关系式：即，

式中，ω为预应力简支梁固有频率值，单位为Hz；m为简支梁结构的单位长度质量，单位为kg/m；n为简支梁结构的频率阶数，无单位量纲；EI为简支梁结构的等效刚度，单位为N·m²；(EI)_n表示第n阶频率下的等效刚度计算值；L为简支梁的跨径，单位为m。

本实施例中，根据该简支梁的构造和具体尺寸，根据梁的构造得出具体的公式。

S4、将步骤S2转换的频率代入式(1)中，再根据预应力简支梁的实际单位长度质量和跨径得到预应力简支梁的等效刚度EI。

本实施例中，将所得的频率信息以及之前收集的桥梁信息带入公式反推得到桥梁目前的等效刚度。

S5、根据静力学结构变形的图乘法以及相关技术规范规定的反拱值建立简支梁结构挠度变化值δ的关系式，即，

式中，δ为简支梁结构挠度变化值，单位为m；N为预应力值，单位为N；e为预应力筋的偏心距，单位为m；EI为简支梁结构的等效刚度，单位为N·m²；L为梁的跨径，单位为m；

S6、将实际监测所得到的挠度变化值以及步骤S4求得的等效刚度EI带入式(2)，即可求得预应力简支梁的残余预应力值；而预应力简支梁的设计预应力值与残余预应力值的差即为简支梁预应力损失值。

可见，本发明简支梁预应力损失检测方法针对目前预应力损失无损检测领域的不足和片面的研究结构的某一特性，从结构整体性能出发，融合静动力特性进行构件预应力的损失检测与评定。充分利用监测信息。

显然，本发明简支梁预应力损失检测方法的有益技术效果是从预应力简支梁的结构整体性能出发，融合静动力特性进行构件预应力的损失检测与评定，充分利用监测信息；不仅可以实现长期在线监测，还有效提高了测试结果的准确性。

Claims (2)

1.一种简支梁预应力损失检测方法，其特征在于，利用简支梁结构动力特性和静力特性相结合的方式进行预应力损失评估；即通过预应力简支梁的实时加速度信息获取简支梁结构的等效刚度值，通过预应力简支梁的挠度变化值和等效刚度值获取预应力简支梁的残余预应力值。

2.根据权利要求1所述简支梁预应力损失检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、通过监测技术获取预应力简支梁的挠度变化值与实时加速度信息；

S2、利用傅立叶变换及信号处理技术，将所获取到的加速度信息转换为频率值；

S3、将简支梁的预应力考虑为简支梁结构自身的固有属性，利用动力学方程建立预应力简支梁固有频率值ω的关系式：即，

$\mathrm{\ω}={\left(\frac{n\mathrm{\π}}{L}\right)}^2\sqrt{\frac{{\left(EI\right)}_n}{m}}---\left(1\right)$

式中，ω为预应力简支梁固有频率值，单位为Hz；m为简支梁结构的单位长度质量，单位为kg/m；n为简支梁结构的频率阶数，无单位量纲；EI为简支梁结构的等效刚度，单位为N·m²；(EI)_n表示第n阶频率下的等效刚度计算值；L为简支梁的跨径，单位为m；

S4、将步骤S2转换的频率代入式(1)中，再根据预应力简支梁的实际单位长度质量和跨径得到预应力简支梁的等效刚度EI；

S5、根据静力学结构变形的图乘法以及相关技术规范规定的反拱值建立简支梁结构挠度变化值δ的关系式，即，

$N=\frac{8\mathrm{\δ}EI}{{\mathrm{eL}}^2}---\left(2\right)$

式中，δ为简支梁结构挠度变化值，单位为m；N为预应力值，单位为N；e为预应力筋的偏心距，单位为m；EI为简支梁结构的等效刚度，单位为N·m²；L为梁的跨径，单位为m；

S6、将实际监测所得到的挠度变化值以及步骤S4求得的等效刚度EI带入式(2)，即可求得预应力简支梁的残余预应力值；而预应力简支梁的设计预应力值与残余预应力值的差即为简支梁预应力损失值。