[发明专利]一种服役钢筋混凝土梁桥应力相关裂缝宽度的分离方法

摘要

一种服役钢筋混凝土梁桥应力相关裂缝宽度的分离方法，通过实测服役桥梁自重作用下受弯裂缝特征指标和混凝土材料性能无损测试，然后根据结构分析分离出应力相关裂缝宽度w_c和自由变形裂缝宽度w_z，并进一步将长期应力相关裂缝宽度w_f从应力相关裂缝宽度w_c中分离出来。本发明解决了传统的现场测试方法所得的总体结构裂缝宽度不能反映结构真实受力状态以及无法准确评估结构承载能力的技术问题。

主权项

1.一种服役钢筋混凝土梁桥应力相关裂缝宽度的分离方法，其特征在于，通过实测服役桥梁自重作用下受弯裂缝特征指标和混凝土材料性能无损测试，然后根据结构分析分离出应力相关裂缝宽度w_c和自由变形裂缝宽度w_z，并进一步将长期应力相关裂缝宽度w_f从应力相关裂缝宽度w_c中分离出来；包括步骤如下，步骤一：现场实测自重作用下钢筋混凝土梁跨中区域的梁底裂缝宽度和间距特征值，包括实测最大裂缝宽度w_g，max、实测平均裂缝宽度w_g，m和实测平均裂缝间距l_m；步骤二：根据步骤一得到的实测平均裂缝间距l_m，按公式w_ej=c_p×σs×l_m/E_s得出自重下的短期最大裂缝宽度w_ej；其中，σs为自重作用下的钢筋应力，c_p为考虑混凝土裂缝间距和裂缝宽度的离散性所引入的实测最大裂缝宽度与实测平均裂缝宽度的比值，c_p =实测最大裂缝宽度w_g，max/实测平均裂缝宽度w_g，m，E_s为钢筋弹性模量；步骤三：对实测最大裂缝宽度w_g，max、自重下的短期最大裂缝宽度w_ej及规范规定的裂缝宽度限值[w_g，max]进行比较评定；其中，[w_g，max]= [w_max]‑ w_hj，[w_max]为桥梁检测规范规定的裂缝宽度限值，w_hj为标准活载作用下的最大裂缝宽度；步骤四：当实测最大裂缝宽度w_g，max大于裂缝宽度限值[w_g，max]时，根据钢筋混凝土梁实际受力情况，将钢筋混凝土梁跨中区域划分为受压区、受拉区及不受力的中性区；步骤五：对跨中区域受压区、受拉区及中性区的混凝土弹性模量进行无损检测；无损检测的具体步骤为，步骤A：利用超声波或冲击弹性波P波的波速，测试出受压区、受拉区及中性区混凝土的动弹性模量E_d；步骤B：确定结构的动弹性模量与波速V_p2的关系；对于在混凝土桥梁顶板或者腹板测试的P 波，其波速V_p2认为是二维弹性波，按公式V_p2²=E_d/ρ(1‑μ²) 确定其与结构的动弹性模量间的关系；其中，ρ测试区域混凝土的密度，μ为测试区域混凝土的泊松比；步骤C：对动弹性模量E_d进行修正；按公式E_cd=( E_d‑ρ_sE_sd)/ (1‑ρ_s) 对动弹性模量E_d进行修正；其中：E_cd为修正后的混凝土的动弹性模量；ρ_s为配筋率，根据设计值定；E_sd为钢筋的动弹性模量，取206Gpa；步骤D：确定混凝土的静弹性模量E_ct，按公式E_ct=0.83E_cd得到混凝土的静弹性模量E_ct；步骤E：确定中性区混凝土弹性模量E_c及受压区混凝土弹性模量E_r；其中在中性区，其静弹性模量E_ct即为中性区混凝土弹性模量E_c；在受压区域，其静弹性模量E_ct即受压区混凝土弹性模量E_r；步骤六：根据步骤五中无损检测测得的中性区混凝土弹性模量E_c以及公式f_c,r=34.74/(100/E_c‑2.2)，得出混凝土抗压强度f_c,r；步骤七：根据步骤五中无损检测测得的受压区混凝土弹性模量E_r，得出跨中区域受压区混凝土残余应变ε_p；得出受压区混凝土残余应变ε_p的具体步骤为,步骤a：根据在受压区域测得的受压区混凝土弹性模量E_r以及公式，建立受压区混凝土弹性模量E_r与静力等效应变ε_r关系，公式如下：；其中，为混凝土受压区的应力，为混凝土受压损伤演化参数，为混凝土受压区的应变；步骤b：根据Berkeley加/卸载模型给出的表示混凝土残余应变与静力等效应变的关系的公式，与步骤a中的所述的受压区混凝土弹性模量E_r与静力等效应变ε_r关系的公式，综合得出静力等效应变ε_r；其中残余应变与静力等效应变的关系的公式如下：  ；步骤c：由公式得出ε_r对应的静力等效应力σ_r，从而根据公式ε_p=ε_r‑σ_r/E_r进一步得出受压区混凝土残余应变值ε_p；步骤八：比较受压区混凝土残余应变值ε_p与0.4ε_c,r的大小，评定钢筋混凝土梁的损伤程度界限状态；其中，ε_c,r为混凝土的峰值应变；步骤九：当受压区混凝土残余应变ε_p≤0.4ε_c,r时，根据公式σ_e =M_g Z_c /I_cr得出自重作用下的跨中截面受压区混凝土弹性应力σ_e；其中，I_cr为跨中开裂截面的惯性矩，Z_c为跨中开裂截面的受压区高度；M_g为自重作用下梁桥跨中截面的受弯弯矩；步骤十：根据公式ε_e=σ_e/E_r得出受压区混凝土弹性应变ε_e，并根据公式ε_c=ε_e+ε_p得到受压区混凝土总应变ε_c；在得到受压区混凝土总应变ε_c后，对跨中截面应力状态进行分析；根据受压区混凝土总应变ε_c，由公式ε_s=ε_c×(h‑c‑ Z_c)/ Z_c得出受拉纵筋的总应变ε_s，得到受拉纵筋的实际应力，从而进一步评估结构的承载能力；其中，h为截面高度，c为最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离；步骤十一：得出应力相关裂缝宽度w_c，包括有应力相关平均裂缝宽度w_c，m 和应力相关最大裂缝宽度w_c，max；得出的w_c，m、w_c，max具体方法为先根据公式w_c，m=ε_c×l_m×(h–Z_c)/ Z_c得出梁底受拉边缘的应力相关平均裂缝宽度w_c，m，然后根据公式w_c，max= c_p×w_c，m得出梁底受拉边缘的应力相关最大裂缝宽度w_c，max；步骤十二：分离出自由变形裂缝宽度w_z，包括有自由变形平均裂缝宽度w_z，m 和自由变形最大裂缝宽度w_z，max；分离自由变形裂缝宽度w_z的具体方法为：根据公式w_z，m= w_g，m –w_c，m得出自由变形平均裂缝宽度w_z，m，根据公式w_z，max= c_p×w_z，m得出自由变形最大裂缝宽度w_z，max；步骤十三：分离出长期应力相关裂缝宽度w_f，包括有长期应力相关最大裂缝宽度w_f，max和长期应力相关平均裂缝宽度w_f，m；分离长期应力相关裂缝宽度w_f的具体方法为：根据公式w_f,max=w_c,max‑w_ej得出长期应力相关最大裂缝宽度w_f,max，根据公式w_f,m= w_c,m – w_ej得出长期应力相关平均裂缝宽度w_f,m；步骤十四：根据分离得到的应力相关裂缝宽度w_c评估结构受力状态、结构的承载能力，根据分离得出的自由变形裂缝宽度w_z分析非荷载因素的影响，并根据分离得出的长期应力相关裂缝宽度w_f分析长期应力作用的影响。