预应力混凝土梁桥受弯裂缝分形分析

预应力混凝土梁桥受弯裂缝分形分析

王大威

江苏省交通工程集团有限公司江苏212000

摘要：近年来，我国的桥梁工程建设有了很大进展，在桥梁工程中，混凝土的应用十分广泛。本文对两片足尺模型混凝土箱梁进行了受弯破坏性试验，采用盒计数法对结构各级荷载作用下的腹板裂缝进行分形计算，分析了裂缝分形维数与结构力学性能的关系。研究结果表明：各级荷载作用下结构受力裂缝均具有分形特征，荷载与分形维数呈线性关系；损伤程度越大，裂缝分形维数值也越大，分形维数与结构损伤程度近似呈线性关系，可为同类桥梁通过结构受力裂缝进行损伤程度快速评定提供参考。

关键词：损伤程度评估；分形维数；预应力混凝土梁桥；裂缝；盒计数法

引言

预应力施工技术是新时代桥梁工程建设的重要组成部分，不仅突破了混凝土不能受拉与开裂的约束，而且有效扩展了技术应用范围。在桥梁施工当中，预应力混凝土不但可以保障整体工程建设质量，减少施工时间，而且可以控制施工成本支出，保障项目建设效益，这对新时代下桥梁工程稳步发展而言具有积极作用。因此下面对预应力混凝土桥梁施工技术要点进行研究。

1预应力混凝土施工技术的优势

预应力混凝土相较于普通混凝土而言，需要提前在混凝土中施加预应力，确保混凝土在后期接受拉力时能够相互抵消，在进一步缓解混凝土自身抗拉力不足的同时，缓解并减少混凝土开裂情况的产生。因此，与普通钢筋混凝土相比，预应力混凝土可以降低钢筋中应力循环幅度，在提高钢筋耐疲劳强度的同时，充分提高混凝土的耐疲劳强度。而将预应力筋应用到混凝土结构中，还可以进一步平衡全部或是部分外荷载的反向荷载，从而更好地调整混凝土的结构内力。另外，纵向预应力还可以延缓混凝土构件中斜裂缝的产生，进而提高混凝土的受剪承载力。而预应力混凝土中的预应力还可以确保在构件上的荷载去除后促进裂缝的闭合，因此可以极大地改善结构的恢复力与弹性。将预应力应用于受拉与受弯构件中，在进一步减少裂缝的同时还可以有效降低裂缝的宽度以及使用荷载下的挠度，因此被广泛应用于公路桥梁施工中。目前，常用的预应力混凝土施工技术主要有先张法与后张法两种。

2预应力检测相关技术

（1）检测电磁效应的方法：该检测技术的工作相关原理是根据磁场的变化来分析和检测公路桥梁。利用检测技术，后张力筋中的应力损失也可以通过漏磁来获得，进行更准确的预测。在应力变化之后，膨胀和体积膨胀将直接导致该区域的磁路面积的一定程度的变化并直接改变通量。人们可以根据通量的变化有效地检测应力的变化。该检测技术具有检测速度快，应力变化及时检测的优点，但在特定检测过程中受到不同材料和外界因素的影响，测试结果的可靠性和准确性很难得到有效保证。（2）超声波检测相关方法：该检测技术是一种无损检测技术。其工作原理是在混凝土中使用超声波传输来获取物体内的特定详细信息。与此同时，由于混凝土桥梁具有较少的颗粒而且其颗粒均匀分布，因此可以使声波在混凝土桥梁上均匀传递。据相关性的研究显示，混凝土波速与抗压强度之间存在正相关的关系。这意味着当使用超声波测试的过程中，超声波通过该混凝土的速度可以用作评估其抗压强度的重要指标。此外，检测技术也可用于预应力桥梁混凝土。一些裂缝能够被明显地捕获到，并且可能对其加强对策起到关键作用。

3实验分析

试验梁试验梁为两片预应力混凝土箱梁，其中一片为30m跨小箱梁，另一片为20m跨空心板。小箱梁和空心板的混凝土强度等级分别为C50、C40，预应力钢筋采用标准抗拉强度1860MPa的钢绞线。采用三点受弯试验方案，跨中布置一千斤顶通过反力架进行单点重复荷载试验，荷载大小通过分配梁下的一对压力传感器控制。普通钢筋、预应力筋屈服点在曲线上显示不明显，小箱梁荷载-位移曲线明显特征点为混凝土开裂(A点)及极限荷载(B点)，空心板荷载-位移曲线特征点为混凝土开裂(E点)及极限荷载(F点)。小箱梁和空心板破坏时跨中挠度分别为294mm、182mm，达到计算跨径的1/99、1/104，说明二者均具有良好的变形能力。试验结束后卸载残余变形分别为125.4mm、10.74mm。结构荷载-位移曲线在结束加载前出现下降，可以判定已经有预应力钢筋被拉断，出于安全考虑，荷载出现下降后终止试验。

4公路桥梁预应力混凝土施工中的质量控制

4.1确保混凝土质量

混凝土是预应力混凝土桥梁施工中的主要原料，只有确保混凝土的质量才能更好地保证公路桥梁的施工质量。首先，混凝土需要满足工程设计要求。比如在其均匀性、泌水性、强度、和易性等方面要确保达标。其次，混凝土的搅拌、浇筑以及振捣等方面也是反映混凝土质量的重要因素，因此，在实际施工过程中还应注意在满足施工要求的同时，尽量降低单位用水量以及水泥量，以减少过多水化热产生。最后，在混凝土浇筑过程中还应严格遵守设计要求，并与预应力筋的施工需求进行配合与调整，以便确保混凝土的浇筑质量能够达到施工要求。

4.2管控施工阶段质量

在进行桥梁工程建设工作时，由于预应力混凝土连续梁施工具有特殊性，在工作期间需要施工人员从多个角度入手全面研究，这样不仅能充分了解实践技术掌控要点，而且可以为保障工程建设质量安全奠定基础。另外，施工单位管理体制的完善性也会影响现场桥梁施工效果，因此施工人员必须要针对实践工作要求提出健全的施工管理人员的奖惩机制，这样不仅能以绩效控制为核心，强化技术人员的技能水平，而且可以根据有关工程施工管理需求，提出有效的培训活动，以此提高整体施工团队的综合素养。

4.3加强对施工温度的控制

施工温度对混凝土的影响较大，因此，在公路桥梁预应力混凝土施工过程中还应做好施工温度的控制工作。当施工温度较高时，可以采用喷水、洒水的方式对其降温，从而将混凝土浇筑温度控制在合理范围内，确保混凝土的浇筑质量。另外，还应注意气候对施工温度的影响，尽量避免在夏季或是冬季施工，以免混凝土或是钢筋因热胀冷缩现象而对施工质量产生影响。

4.4确保混凝土桥梁的安全使用及其通行

社会的快速发展产生了越来越多的车辆，而且车辆的超载变得越来越严重，导致桥梁在应用时超出容量和初始载荷，从而导致结构出现较大问题，还降低整体安全性和耐久性。在混凝土桥梁检测中采用先进的科学方法，可以及时检查出各种问题并且进行有效的维护措施，从而确保桥梁工程的质量更好。

结语

综上所述，预应力混凝土施工技术是公路桥梁建设中的重要施工技术，只有不断提升对预应力混凝土施工技术的研究，严格控制公路桥梁预应力混凝土施工的每一道工序，确保每一个环节的工程质量，才能进一步提升公路桥梁的施工质量，确保公路桥梁的使用效果。本文对两片预应力混凝土箱梁进行足尺模型受弯试验，其中一片30m跨的小箱梁破坏模式为预应力筋拉断，另一片20m跨的空心板为顶板混凝土压碎破坏。采用盒计数法对结构各级荷载作用下受力裂缝进行分形计算。尽管两片试验梁具有不同的破坏模式，裂缝的数量、间距和高度等均有差异，二者在各级荷载作用下结构受力裂缝均具有明显的分形特征，故可以用裂缝分形维数量化裂缝的扩展程度。

参考文献：

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