西部交通建设科技项目

大、中跨径混凝土桥梁预应力检测技术研究报告简本1研究内容本项目主要工作包括：1、国内外混凝土桥梁预应力检测技术研究现状调研；2、预应力筋定位检测方法、设备及评价技术研究；3、预应力管道压浆状况检测方法、设备及评价技术研究；4、预应力筋锈蚀状况检测方法、设备及评价技术研究；5、预应力筋有效预应力检测方法、设备及评价技术研究；6缺损预应力混凝土桥梁综合评价方法研究；7、实桥检测应用研究；8制订在用大、中跨径混凝土桥梁预应力检测技术指南2主要技术成果经过三年多的研究攻关，本项目按合同要求完成全部研究内容，取得研究成果有：（1）研究报告1）大、中跨径混凝土桥梁预应力检测技术研究总报告；2）分报告之一：调研分析报告；3）分报告之二：预应力筋定位检测技术研究报告；4）分报告之三：预应力管道压浆状况检测技术研究报告；5）分报告之四：预应力筋锈蚀状况检测技术研究报告；6）分报告之五：预应力筋有效预应力检测技术研究报告；7）分报告之六：预应力混凝土桥梁综合评价方法研究报告；8）分报告之七：实桥检测应用研究报告；9）分报告之八：预应力钢索张力测试仪研制报告。

（2）技术指南：大、中跨径混凝土桥梁预应力检测技术指南。

（3）专利：发明专利一项，新型实用专利一项。

（4）软件登记：3项。

共培养硕士研究生14名、博士研究生4名，发表学术论文14篇。

项目的主要创新点有：理论创新：1、建立了预应力混凝土梁的力学参数与预应力的数学关系模型；2、建立了复杂预应力体系桥梁钢束有效预应力沿程分布预测模型及其分析评价方法；3、构造了预应力混凝土桥梁安全性、适用性及耐久性评价及其综合性能评价模型，提出了评价方法。

技术创新：1、开发了接触式直接法检测预应力束有效预应力技术；2、给出了钢绞线锈蚀程度分级评定标准；3、开发了预应力混凝土桥梁的应力释放法检测技术实用技术：1、预应力管道位置检测技术；2、预应力管道灌浆状况检测技术；3、开发了预应力筋拟摩阻损失等效参数(PresPS V1.0)、截面应力释放值分析(StrAN V1.0 )及预应力混凝土桥梁评价系统V1.0软件；4、编制了“大、中跨径混凝土桥梁预应力检测技术指南3混凝土桥梁预应力检测技术研究现状调研分析针对混凝土中预应力筋位置检测技术、管道压浆状况检测技术、预应力筋锈蚀状况检测技术、预应力筋有效预应力检测技术和预应力混凝土桥梁评价技术进行了全面调研分析后认为：探地雷达法应用于预应力管道定位检测是可行的，但缺乏系统的研究；扫描式冲击回波法和超声脉冲法应用于预应力管道的定位检测有一定的可行性，但实际效果还有待进一步的试验研究；表面波频谱法、声发射技术、红外热像检测技术、计算机断层X射线CT技术、超声波CT技术等对于预应力管道定位检测的可行性不好。

扫描式冲击回波法应用于预应力管道压浆状况检测是可行的，但该技术仍然还不成熟，需进一步开展研究；探地雷达法和超声脉冲法应用于预应力管道压浆状况检测有一定的可行性，但检测效果还有待进一步研究；表面波频谱分析法、声发射技术、红外热像检测技术等应用于预应力管道压浆状况检测的可行性不好。

漏磁法、X射线CT技术及超声波检测是属于直接检测预应力筋的锈蚀；而地质雷达法是间接的检测空洞，认为此处会出现预应力筋的锈蚀。

经过总结文献资料并对比择优分析，认为漏磁法和X射线CT技术针对本课题可行性比较大的检测技术，但应寻求其他检测方法。

目前对在建桥梁，可以用振弦式传感器、光纤Bragg光栅传感技术、或应变式传感器对其预应力进行检测，还没有能用于在役桥梁预应力检测的成熟技术，需要专门研究，并开发设备。

在对缺损桥梁评价进行评价时，评价因素众多、计算分析复杂，绝大部分影响因素是随机的，同时也是模糊的。

另外，对构件及结构整体的评价方式也不尽相同, 针对构件可采用单因素或主要评价指标进行分析，可利用最不利的单项评价结果来描述当前构件劣化的程度；而对于结构整体，由于不同构件的缺损对于结构服役功能的影响互不相同造成各个构件在评价时所占权重也是互异的，因此遵循“构件一体系”的评价思路是一种可行的方法。

考虑到服役桥梁的实际状况，选用层次分析法的原理，建立多层次的综合评估模型：即由底层向顶层逐步确定评估模型中各层指标的分级评定标准，并确定评估模型中各层指标的初始权重，再从评估模型的底层逐级评估（通过对检测结果的模糊评判或根据检测结果进行结构分析计算，确定底层指标的分数，对各层指标变权；除底层外，每一层的评估以下一层评估结果为依据）等到服役桥梁服役性能的综合评价结果。

4预应力筋定位检测技术研究分别选择对探地雷达法（图4.1）、对冲击回波法和超声脉冲法对10个混凝土模型（图4.2）进行了检测试验。

研究结果表明：图4.1 RIS —K2型Hiress天线阵雷达图4.2模型一实体图探地雷达能对管道的位置进行定量检测，天线阵雷达比单天线雷达的检测效果更好。

研究成果在实桥上进行了应用。

这是国内外首次系统地开展的预应力管道位 置定量检测的试验研究，研究成果具有重要的理论意义、实用价值以及应用前景。

5预应力管道压浆状况检测技术研究分别选择对探地雷达法（图4.1）、对冲击回波法和超声脉冲法对10个混凝土模型（图5.1）进行了检测试验。

L ________________________ ___________________________ JI |研究结果表明，通过对比同一测线上管道的偏移量，扫描式冲击回波法能定量 检测出管道内灌浆状况，并将研究成果在实桥上进行了应用。

这是国内首次系统地 开展的预应力管道内灌浆状况定量检测的试验研究，研究成果具有重要的理论意义、实用价值以及应用前景。

6预应力筋锈蚀状况检测技术研究自然电位法能用于先张法混凝土桥梁中的预应力束锈蚀检测。

漏磁检测法在一 定条件下可用来检测后张法预应力束的锈蚀情况，但精度不高。

鉴于此，针对77束原始锈蚀样本进行了钢束表观锈蚀分级检测法研究， 给出了5级锈蚀分级，即：一级：钢绞线全新；二级：钢绞线已发生锈蚀，表面有明显锈分别采用漏磁检测法和自然电位法对 5个模型试件（6.1）进行了试验研究得出:图5.1 模型一设计图^15-1 OSA RSf 広剰」5- 1竝岸直款它曬料1/2孔追冇覆太菲 1/2娴筋暫置大祥迹，锈迹呈粉末状，人工打磨能呈现原钢绞线金属光泽，可见锈蚀为斑点状无锈坑；三级：钢绞线表面较多锈迹，锈迹呈粉末状活片状，人工打磨能使钢绞线呈现灰黑色，钢绞线表面有片状或条带状分布锈点，局部呈现锈坑，锈点（坑）面积1〜3mm2；四级：钢绞线钢丝间已经被锈迹填满，钢绞线表面有满布锈迹，人工打磨钢绞线呈灰黑色，且钢绞线一周表面有明显连续》0.2mm深的锈坑，锈坑面积3〜5mm2;五级：钢绞线表观锈蚀程度严重于四级，一周表面有明显连续》0.2mm深的锈坑，锈坑面积大于5mm2。

并研究了其表观特征与各种力学性能的关系，建立了预应力钢束表观锈蚀分级标准。

7预应力筋有效预应力检测技术研究（1）在研发预应力钢索张力测试仪（型号：LCZL-50,图7.1 ）的基础上，提出了横张增量法检测有效预应力技术。

图7.1张力仪照片对于静力法检测（图7.2）：F < F o （7.1）式中：F ――纵向预张力（kN） ; A T ――两级横向力差（kN）; ” ――两级横向位移差（m）; K ――修正系数，K=0.179 ；F o ――回归常数，F° = -15.5。

图7.2静力法测定有效预应力iiI 5X50.1. 14/ 2 X 15«4 ---------------------------------------------------2&00/2 ----对于动力法检测（图7.2）,如表7.1.背索氏燃艾点间卸___________________________________________________________________________图7.3动力法测定有效预应力静力法检测、动力法检测可分别用于体内、体外预应力束有效预应力的检测, 并得到实梁验证。

锚固长度有效工作长 度 推荐修正公式L >1.0m 丨=0.7mF 0.4ml 2 fj 兀 2EI Ae °.004Bml 2『 - | 2 丨=0.5m 厂 0.4ml 2 f 12 n 2EI Ae °.0°4Bml f 1 | 2L =1.0m 丨=0.7m0.4ml f^ 12上2 丄,小八 2X 4 r 4X応 EI —0.004Bm|2f 1^ (A +4B 1m l f 1 +16C 1m 丨 f 1 ) —2- Ae 1l 丨=0.5m F - ；f 2 — (A+4B 1ml f 1 +16C 1m l f 1 )- 2 Ae 0.004Bml 2 f, v 1 1 1 1 17 I 2（2）分别制作了形心直线配束、偏心直线配束、曲线配束的矩形模型梁、 T 形 模型梁和空心板模型梁（图7.4）共18片进行了试验预应力与梁结构的力学参数关 系研究。

研究得出：预应力混凝土简支梁有效刚度比（表 7.2）。

K^QXIZOXIU 立面T —I（a ）曲线束矩形板梁（J2梁）（b ） T 形梁（T 梁）表7.2预应力混凝土简支梁有效刚度比预应力束设置方式 有效刚度比P （3 = B e / B ） 直线配束仆(1—：e )AN h Af cu 曲线配束N N 2当九 930 时：1 +k 2 ■(——)-k 3 (——)2 Af cu Af cu r N 当兀 > 0.30 时：k 4 +k 5 ■(——) Af cu 基于动力参数测试的有效预应力检测流程（图7.5）和基于静力参数测试的有效预应力检测流程（图爲0吸 J ZU X 100 耗 J, [J2询&244I 陛宜面 I —J 图7.4模型试验梁（单位： mm ）20 S4 84 £0评估预应力混凝土梁（3）梁体应力释放方法（图 7.7）进行了大量实验研究和数值分析，认为普通 钢筋的应力释放精度较高，可以用于实际检测中。

并给出了检测方法。

结合检测到 的钢筋应力，按照平截面原理，提出了预应力混凝土桥梁有效预应力的计算分析方 法，并编制了分析软件。

图7.7应力释放试验（4 ）分别定义力名义损失参数、应力界限波动率等概念，基于界限波动率率1二 pemax Ypemin C con 将桥梁中的测试预应力束分为波动束， 1的参考区间为（10.0, 15.0）和平缓束，1的参考区间为（0, 10.0］，及间接预测钢束：位于测试截面内层不具备测试条 件的钢束及未测试钢束定义为间接预测钢束。

建立了全桥有效预应力预测模型（图7.8）和预测的数学关系。