[发明专利]一种研究应力梯度对混凝土梁徐变性能影响的试验方法

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；