高桩码头预应力构件残余预应力检测技术研究与应用

论文摘要

残余预应力是反映预应力混凝土构件工作性能的重要指标之一,但它本身就是一个未知参数,若能找到一种方法能较精确的检测出钢筋残余预应力,无论是对在役混凝土结构的性能评估、修复加固还是对拟建结构的设计、施工都具有指导意义。本文在有限元分析的基础上,利用钻孔法对高桩码头预应力构件残余预应力检测进行研究,试图寻找一种既简单实用又稳定可靠的方法检测钢筋残余预应力,为在役预应力梁工作性能作出较准确的评估。本文主要进行了以下工作:1.建立预应力薄板模型分析预应力、孔尺寸及板尺寸与应力释放扰动值之间的关系,得出结论为:孔口扰动值与预应力大小无关;它在一定范围内随孔尺寸增大而增大;构件尺寸越大孔口扰动值越小,并且受构件最短边的影响最大。2.基于有限元ANSYS建立预应力混凝土简支梁模型,采用生死单元法、2次加载法和位移平衡法。分析在预应力混凝土梁底钻孔(梁不受外荷载作用)时梁底混凝土表面应力释放规律。通过改变钻孔参数(孔径和深度),分析出钻孔孔径和孔深都为50 mm时,由梁底中心轴距钻孔中心100 mm处的应变计算得的钻孔中心应力与实际施加应力吻合。由此确定钻孔的最佳孔径和深度都为50 mm,应变测量最佳贴应变片位置为梁底中心轴向距钻孔中心100 mm处,贴片方向为梁轴向工作应力方向。该结论对预应力梁残余预应力检测具有指导意义。3.以钻孔法现场检测某高桩码头在役混凝土轨道梁残余预应力为例,描述了钻孔法检测残余应力的基本过程。根据实际情况对测得的平均应变进行了修正,然后计算出梁底中心混凝土正应力,并通过线性回归的方法计算出预应力梁钢筋残余预应力。最后将其与规范法计算出的钢筋残余预应力进行比较验证。4.根据轨道梁残余预应力计算出最大开裂荷载,然后通过现役单、双门机包络图的计算,对轨道梁门机作业健康状况作出评估。根据包络图可知第1跨和第8跨跨中为轨道梁最不利位置,由此也可以确定轨道梁钻孔位置应选取在第1跨和第8跨跨中,因为这两跨的最易产生钢筋疲劳及裂缝。但其最大弯矩均未超出轨道梁的最大开裂荷载,因此判定该轨道梁在门机正常工作时是安全的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究的内容和目的
• 1.4 本章小结
• 第2章 基本理论
• 2.1 钻孔法原理
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 盲孔法
• 2.1.3 应力值修正
• 2.2 钢筋残余预应力分析
• 2.2.1 基本假定
• 2.2.2 残余应力与混凝土表面正应力关系分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 钻孔法有限元分析
• 3.1 单元简介
• 3.1.1 SOLID 65 单元
• 3.1.2 BEAM 188 单元
• 3.1.3 MESH 200 单元
• 3.2 生死单元
• 3.3 Newton-Raphson 法
• 3.4 预应力构件钻孔时混凝土应力释放规律
• 3.4.1 预应力对钻孔周围混凝土应力释放的影响分析
• 3.4.2 构件尺寸对钻孔周围混凝土应力释放影响分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 钻孔法现场试验
• 4.1 高桩码头检测
• 4.1.1 常规检测内容
• 4.1.2 预应力梁残余应力检测
• 4.2 工程概况
• 4.3 常规检测结果
• 4.3.1 外观缺陷检测
• 4.3.2 混凝土强度检测
• 4.3.3 钢筋保护层厚度
• 4.3.4 自然条件
• 4.4 钻孔法参数的确定
• 4.4.1 模型设计
• 4.4.2 建模
• 4.5 有限元结果分析
• 4.6 现场试验
• 4.6.1 试验仪器
• 4.6.2 应变片粘贴步骤
• 4.7 检测及测试结果分析
• 4.7.1 预应力检测
• 4.7.2 测试结果分析
• 4.8 钢筋残余预应力的计算
• 4.9 规范法计算钢筋残余预应力
• 4.10 本章小结
• 第5章 预应力混凝土梁健康分析
• 5.1 混凝土单元
• 5.2 钢筋单元
• 5.3 预应力梁开裂荷载计算
• 5.4 门机移动最大弯矩计算
• 5.4.1 单门机作业
• 5.4.2 双门机协同作业
• 5.5 规范计算方法及结果
• 5.5.1 正截面承载力计算
• 5.5.2 正截面抗裂计算
• 5.6 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文
• 附录B 攻读学位期间参加的科研项目
• 附录C 附表
• 大摘要