拉脫法檢測(cè)夾片錨有效預(yù)應(yīng)力的理論分析

拉脫法檢測(cè)夾片錨有效預(yù)應(yīng)力的理論分析

0拉脫法的應(yīng)用水利設(shè)計(jì)部門廣泛采用索賠結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)主要分為有損檢測(cè)和無(wú)損檢測(cè)兩大類。有損檢測(cè)包括應(yīng)力釋放法無(wú)損檢測(cè)包括超聲波檢測(cè)法、振動(dòng)法、拉脫法等幾種方法。目前研究表明，張拉力對(duì)超聲波的波速并不敏感在實(shí)際工程中，拉脫法首先被應(yīng)用于巖土工程的錨桿工作應(yīng)力測(cè)試。Bruce等近年來(lái)，不少研究者采用拉脫法對(duì)采用夾片錨的預(yù)應(yīng)力鋼絞線在管道壓漿之前進(jìn)行了有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試。成劍波等本文分析了拉脫力曲線突變?cè)?，提出一種計(jì)算咬合力的理論方法。通過(guò)假設(shè)鋼絞線變形形狀，推導(dǎo)了咬合力的理論求解公式；然后進(jìn)行實(shí)際夾片、錨孔咬合力的測(cè)試，并將理論計(jì)算獲得的咬合力與試驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比分析。通過(guò)本研究，可為鋼絞線與夾片間的咬合力計(jì)算提供理論依據(jù)，為獲得準(zhǔn)確的錨下應(yīng)力提供理論支持。1錨固結(jié)構(gòu)的受拉壓大量工程測(cè)試發(fā)現(xiàn)采用拉脫法檢測(cè)時(shí)，拉力出現(xiàn)突變段的原因是在夾片拉脫瞬間，鋼絞線錨外與錨下張拉力不平衡，脫開(kāi)瞬間，夾片與錨具之間的咬合力消失，鋼絞線出現(xiàn)“瞬間應(yīng)力重分布”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可描述為：(1）在夾片脫開(kāi)瞬間前時(shí)刻，錨外張拉力需要克服夾片與錨孔間的咬合力，此時(shí)外露段鋼絞線的張力F(2）在夾片脫開(kāi)瞬間，由于咬合力消失，為保持鋼絞線錨具內(nèi)外受力平衡，F(xiàn)從鋼絞線和錨固結(jié)構(gòu)受力的角度來(lái)看，C點(diǎn)代表的荷載為實(shí)際有效預(yù)應(yīng)力，但在實(shí)際工程中無(wú)法在所有錨下都安裝傳感器進(jìn)行測(cè)量。因此，如何利用外部千斤頂?shù)睦摐y(cè)試曲線來(lái)確定有效預(yù)應(yīng)力是需要解決的關(guān)鍵工程問(wèn)題。2咬力理論的分析模型2.1鋼絞線徑向變形是為內(nèi)為簡(jiǎn)化理論模型，本文作以下基本假設(shè)：(1）錨具和夾片都是剛體，變形忽略不計(jì)。(2）鋼絞線錨固后、拉脫前，夾片與錨板上的錨孔完全貼合。(3）在夾片長(zhǎng)度范圍內(nèi)，鋼絞線徑向變形呈直線變化。(4）拉脫過(guò)程中，鋼絞線與夾片之間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)。2.2鋼絞線徑向變形形狀鋼絞線在夾片內(nèi)的預(yù)應(yīng)力是變化的，為分析夾片中預(yù)應(yīng)力沿軸向的變化，由假設(shè)（1），在夾片與錨具都是剛體的情況下，假設(shè)鋼絞線的徑向變形沿著夾片長(zhǎng)度方向（x軸）的變化形式為直線，則其大小Δy式中：Δy拉脫法檢測(cè)錨下有效預(yù)應(yīng)力時(shí)，理想狀態(tài)下夾片拉脫時(shí)的應(yīng)力為σ式中：Δu綜上所述，鋼絞線在放張后和反拉拉脫時(shí)刻的變形如圖3所示。其中，r2.3錨孔之間的受力為分析錨固系統(tǒng)中夾片與錨孔的咬合作用，首先分析夾片與錨孔之間的受力。圖4為夾片的受力模型，圖4中：p考慮到夾片的受力平衡，分析夾片與鋼絞線水平方向的受力可得：式中：r由夾片的水平平衡條件可知，必有：因此如果獲得2.4鋼絞線微段拉脫和間體系間的微段平衡微分方程為獲得鋼絞線在夾片范圍內(nèi)的摩阻力合力，本文首先求解預(yù)應(yīng)力鋼絞線放張拉以后的預(yù)應(yīng)力損失情況，然后求得反張拉過(guò)程中夾片與鋼絞線的摩阻力，最后求得夾片與錨孔之間的咬合力。首先建立以鋼絞線為核心的基本力學(xué)模型。本文建立如圖5所示的坐標(biāo)系以及鋼絞線微段的受力平衡方程。鋼絞線微段的水平方向平衡方程：式中：r為鋼絞線微段的直徑。由假設(shè)（3），放張前鋼絞線的徑向變形為由式（8）可以獲得壓力p用Δy將式（9）代入式（7）可以得到：整理式（10），可以得到鋼絞線微段的平衡微分方程：方程（11）是關(guān)于變量f其中w在夾片頭部，即當(dāng)x=L時(shí)，鋼絞線剩余的有效預(yù)應(yīng)力值σ可見(jiàn)σ獲得鋼絞線軸向力σ進(jìn)而可以獲得放張后鋼絞線咬合力合力的大?。哼@樣即求得了夾片與錨孔之間的咬合力?？紤]到Δu由于σ采用拉脫法檢測(cè)時(shí)，錨板內(nèi)外的鋼絞線拉力與放張后的情況不同，由式（16）或式（17）所得到的咬合力并不是拉脫時(shí)刻的咬合力。由于咬合力的存在，在拉脫前瞬間，夾片的頭尾同樣也存在預(yù)應(yīng)力差異，通過(guò)同樣的方式即可求得拉脫時(shí)刻摩阻力合力的大小。圖3(a）表示放張以后夾片長(zhǎng)度范圍內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋的變形情況，由于預(yù)應(yīng)力損失，錨下預(yù)應(yīng)力鋼筋的有效預(yù)應(yīng)力σ由假設(shè)（4）同樣可以假設(shè)鋼絞線的變形形狀為直線，用式（3）計(jì)算出Δu考慮到鋼絞線受拉后的徑向變形量相差很小，可以用r由式（19）可見(jiàn)，拉脫時(shí)刻的咬合力合力F3拉脫法中的夾塊和錨孔的共同力測(cè)試3.1張拉控制及緩壓機(jī)為驗(yàn)證理論分析結(jié)果，本文設(shè)計(jì)了夾片咬合力的室內(nèi)模型試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟如下：步驟1：在錨具錨孔狹窄段安裝張拉設(shè)備并進(jìn)行反向張拉，采用壓力傳感器控制張拉到指定噸位，使夾片和錨具壓緊（圖6(a））。步驟2：反向緩慢卸載油泵（圖6(b））。步驟3：在錨具錨孔張開(kāi)端安裝正向千斤頂，張拉至夾片與錨具脫離，得到張拉力峰值，即可獲得夾片和錨具錨孔的咬合力（圖6(c））。3.2不同摩擦系數(shù)下的至比測(cè)試采用上述試驗(yàn)步驟對(duì)鋼絞線在不同張拉力下的咬合力進(jìn)行測(cè)試，共測(cè)試326個(gè)樣本。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖7。由圖7可見(jiàn)，測(cè)試數(shù)據(jù)呈現(xiàn)張拉力越大，則測(cè)試所得咬合力也越大的規(guī)律；但是同一張拉力下，咬合力的離散性比較大，這可能是由于不同夾片與錨孔的摩擦系數(shù)不同導(dǎo)致的。將測(cè)試數(shù)據(jù)與不同摩擦系數(shù)下咬合力的計(jì)算值也繪制在圖7中。由圖7可見(jiàn)，理論值與實(shí)測(cè)值的基本趨勢(shì)一致，不同摩擦系數(shù)下的咬合力理論值能夠覆蓋測(cè)試值范圍。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，如圖7中的擬合方程?？梢?jiàn)室內(nèi)咬合力試驗(yàn)數(shù)據(jù)與張拉力保持良好的直線關(guān)系，直線擬合的R式中：y4．基礎(chǔ)鋼絞線張拉力(1）拉脫法檢測(cè)橋梁預(yù)應(yīng)力鋼絞線出現(xiàn)拉力突變的原因主要是反張拉需要克服咬合力以及瞬時(shí)