大跨度预应力混凝土箱梁腹板竖向预应力筋张拉力测试原理与技术研究

提出大跨度预应力混凝土箱梁桥腹板竖向预应筋张拉力测试原理和相应的测试技术，将彻底改变我国大跨度混凝土箱梁桥腹板竖向预应力无定量测试的状态，对防止预应力混凝土箱梁桥腹板开裂具有重要的技术经济意义。申请者前期工作所建立的竖向预应力筋张拉力测试模型（只考虑竖向预应力筋外露段）得到了局部的验证。本项目拟建立腹板竖向预应力筋（包括竖向预应力筋外露段）及锚固系统的分析模型，建立动力方程和模型的频率方程，充分研究竖向预应力筋外露段的振动信号与腹板内两端锚固部分的竖向预应力筋振动偶合特征，及模型参数的特征；以此为基础，以室内模型和现场试验相结合深入研究竖向预应力筋张拉力测试误差特征，具有工程精度的竖向预应力筋张拉力检测的近似公式；同时通过研究测试标准，使竖向预应力筋张拉力测试在标准程序下进行，避免人为误差，确保本项目的研究成果具有可靠性、实际应用意义。

国家自然科学基金项目资助下，提出了基于动力刚度测试预应力混凝土箱梁桥腹板竖向预应力筋张拉力测试原理与成套技术，获得了相应的6项专利授权（主要发明专利号：ZL200810143752.8），编写了相应的规程，获政府批准颁布与实施。主要发现和成果如下：.①获得了竖向预应力筋回缩损失和和长期损失规律，发现竖向预应力失效的主要原因是工人第一次拧紧锚固螺母的程度不够。.②发现了预应力混凝土箱梁桥腹板竖向预应力钢筋外露段固有频率具有与张拉力同步增加的特性。.③提出了竖向预应力筋外露段固结假设，建立了变刚度固端悬臂梁简化模型，建立了外露段的长度和张拉力大小对模型进行相应修正的方法，得到了刚度特征参数k与竖向预应力张拉力大小相关的计算公式。.④提出简单可靠、测量工具、传感器可以重复使用的竖向预应力回缩损失、张拉力测量方法，建立了竖向预应力筋外露段刚度特征系数与张拉力k-T曲线的标定方法，发现了竖向预应力筋张拉力检测特征系数与张拉力k-T曲线特征。.⑤发现了竖向预应力筋张拉力检测特征系数与张拉力k-T曲线特征的差异性主要是锚垫板与竖向预应力筋轴向垂直度不同引起的，并提出了相应的修正数学模型，建立了误差小于±5%的竖向预应力筋张拉力检测方法与技术。.⑥在全国范围内征求专家意见的基础上，编制了地方标准《预应力混凝土箱梁桥腹板竖向预应力精轧螺纹钢筋张拉力检测规程》，湖南省质量技术监督局于2013年在长沙召开审查会，其中的竖向预应力检测技术达到了国际领先水平，具有自主知识产权，于2013年12月23日颁布，2014年1月1日实施。开发了配套的检测仪器。2014年12月12日在北京召开2014年交通运输行业标准立项申报会，经专家评审，获批2015年交通运输行业标准立项。上述成上述成果在在《中国公路学报》、《土木工程学报》、《工程力学》、《振动与冲击》、《JOURNAL OF BRIDGE ENGINEERING © ASCE》、《铁道学报》发表论文20多篇。.在近50多座桥梁应用表明：竖向预应力施工质量是可以控制，当施工单位的技术人员和操作工人知道竖向预应力筋张拉力可以测试，施工质量的意识大为提高，竖向预应力筋张拉力测试方法及仪器可以重复使用、速度快，对施工没有干扰，受到业主和施工单位欢迎，彻底解决了竖向预应力损失过大或失效的问题，防止腹板开裂每年可节省上亿元的桥梁维修费用。