腐蚀预应力混凝土梁桥抗弯承载能力计算方法研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com42世界桥梁2015，43(1)腐蚀预应力混凝土梁桥抗弯承载能力计算方法研究陈淮，李杰，陆慧琳(郑州大学土木工程学院，河南郑州450001)摘要：为了评估预应力钢绞线腐蚀后的预应力混凝土梁桥工作性能，对除冰盐环境下先张法和后张法施T的预应力混凝土构件的抗弯承载能力计算方法进行研究。通过考虑多个影响因素，引入拉应力水平对钢绞线腐蚀速率影响系数k，建立先张法预应力混凝土结构的碳化深度预测公式；探讨后张法考虑腐蚀发生前混凝土保护层、波纹管及管内水泥浆结硬体对初始腐蚀的延迟影响；提

2、lfI腐蚀预应力钢绞线的有效截面面积及腐蚀后预应力钢绞线强度计算公式，并在现行桥涵设计规范的基础上，建立预应力钢绞线腐蚀后的结构抗弯承载能力计算方法。最后，以郑州市航海路连接线跨南水北调总干渠的南水北调大桥辅线桥为例，对其在服役期内因筋体腐蚀引起的承载能力退化进行分析，验证该预测方法的可行性。关键词：预应力混凝土梁桥；预应力钢绞线；腐蚀；抗弯承载能力；计算方法中图分类号：U448．21；U441．5文献标志码：A文章编号：167l一7767(2015)0l一0042—061引言对张誉模型的修正预测碳化深度，修

3、正内容包括预应力钢绞线腐蚀是导致预应力混凝土桥梁承温度、C()浓度、角部位置影响以及应力水平，基于载能力下降的主要原因。对于后张法施T的桥梁，此给出适于预测预应力混凝土结构自然碳化深度的预应力钢绞线腐蚀会使预应力筋有效截面面积减碳化模型：小，甚至锈断；而对先张法施T的桥梁除了会产生上述问题外，还会使混凝土与钢绞线之间的粘结性能X=839kks(1一RH)x退化。明确预应力钢绞线腐蚀计算模型、选取合适(1)的腐蚀钢绞线力学性能计算方法具有重要的T程实式中，k为角部位置影响系数；k为温度影响系数；用价值，是分析预

4、测预应力混凝土梁桥时变承载能k为CO。浓度修正系数；k为应力水平影响系力的基础。本文以常见的除冰盐侵蚀环境下的预应数；yn为水泥水化程度修正系数；)，为水泥品种修力混凝土梁桥为例，对腐蚀预应力混凝土梁桥的抗正系数；t为碳化时间；C。为C()。浓度；其余参数含弯承载能力的计算方法进行深入研究。义见参考文献E4]。由于本文研究对象为除冰盐侵蚀环境下的预应2预应力钢绞线腐蚀计算模型力混凝土梁桥，考虑不同影响因素，基于Fick第二参考文献[1]通过拟合试验数据，得到拉应力水扩散定律建立适用于预应力混凝土梁桥氯离子扩散

5、平对钢绞线腐蚀速率影响系数k的计算公式，本文的模型：引入该影响系数，按照预应力施加方式分别讨论预1应力钢绞线腐蚀计算模型。D一南‘kT‘是·kK。D(2)2．1先张法施T『】一erf]采用先张法施工的预应力混凝土梁桥的预应力C一C。+(c一Co)l。l(3)钢绞线直接包裹在混凝土中，其保护层体系为预应L(1一)j力钢绞线外侧的混凝土，因此其腐蚀计算模型与普式中，D为氯离子扩散系数；R为混凝土对氯离子通钢筋的锈蚀计算模型一致。]。的结合能力；k，为温度影响系数；k为应力影响系考虑预应力混凝土多采用高标号水泥，可

6、通过数；k为混凝土劣化影响系数；t。取为28d，D。一收稿日期：20l4—08—12基金项且：郑州市交通运输委员会科技项目(20120901)作者简介：陈淮(1962一)．男，教授．1983年哔业于湖南大学应用力学专业，工学学士，J986年毕业于重庆大学固体力学专业，工学硕士，1993年毕、于二中南大学桥梁与隧道工程专业，T学博士(E—mail：zdtm@ZZU．edu．cn)。学兔兔www.xuetutu.com腐蚀预应力混凝土梁桥抗弯承载能力计算方法研究陈淮，李杰，陆慧琳43D28d===10∞·(m／s

7、)；为时间依赖性常年的年积温度YAT≈5140．9，年积温度当量TE≈数；当结构服役时间t)25年时，认为扩散系数不再5．14，年积温度当量稍高于北京低于广州，年下降率随时间t改变，C为t时刻距离混凝土表面-z深度可近似取为8．5。取塑料材料拉伸强度下降到处的氯离子浓度；C。为氯离子初始浓度；C为混凝50的时刻作为其使用寿命终结点]，则郑州地区土表面氯离子浓度；err(u)为误差函数，且令err(u)一预应力混凝土梁桥塑料波纹管的老化寿命At≈6年。口r“le‘dt，其余参数含义见参考文献[4]。2．2．3管

8、内水泥浆结硬体√了cJ。当波纹管遭到破坏后，管道内水泥浆结硬体成2．2后张法施工了保护预应力钢绞线的最后一道屏障。对于采用后后张法施工的预应力混凝土梁桥保护层体系包张法施工的预应力混凝土结构，波纹管内的水泥浆括混凝土保护层、波纹管以及管内水泥浆结硬体等，结硬体可折算为一定厚度的混凝土，相当于增加混因此，碳化作用和氯离子侵蚀引起的预应力钢绞线凝土保护层厚度，换算公式如下]：腐蚀计算较为复杂。ce一(2