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钢绞线锚下有效预应力声测方法研究
| 论文题名： | 钢绞线锚下有效预应力声测方法研究 |
| 关键词： | 预应力桥梁;钢绞线;锚下有效预应力;无损检测;超声导波;声弹性效应 |
| 摘要： | 七芯钢绞线是预应力桥梁结构的核心受力构件，在实际环境中不仅易受腐蚀作用，而且在长期使用过程中，锚固钢绞线的蠕变和松弛也会严重影响锚下有效预应力水平，导致桥跨中下挠增大和腹板开裂，从而影响结构的承载能力和耐久性。 钢绞线包裹于混凝土之中，难以直接对钢绞线进行检测，而锚具裸露在外，因此可以结合锚具受力与非线性超声传播理论进行钢绞线锚下有效预应力检测。本篇文章将理论分析、试验探究和有限元仿真相结合，钻研钢绞线受拉锚固时超声波在锚具中有关传播特性等关键问题，为进行钢绞线锚下有效预应力的无损检测给予理论指导。重点探讨了以下几个内容： （1）进行了钢绞线夹片式锚张拉过程的有限元模拟和试验研究。考虑夹片锚多重接触作用，建立了夹片锚有限元模型，结合钢绞线张拉锚固试验研究了钢绞线夹片锚在张拉力作用下复杂的空间受力特性。结果表明：锚具内外表面受力复杂，不同摩擦系数下锚具的轴向应变和环向应变均存在差异，且锚具应力与钢绞线轴向张力存在分段线性关系，通过测锚具应力表征钢绞线应力在实际工程中更具有可行性。 （2）进行了超声导波声弹性效应在单孔锚具及钢绞线夹片锚中的数值仿真研究。基于等效声弹性法，通过等效换算的密度、泊松比和弹性模量进行锚具超声波传播过程仿真研究。分析了锚具非线性波速随钢绞线张拉力的变化规律，并根据锚具应力与钢绞线张力关系，得到了以锚具声测波速表征锚具应力状态的变化规律。 （3）进行了锚具中超声导波的声弹性效应试验研究。开展了钢绞线加载条件下锚具中超声波传播试验，分别激励了频率为400kHz，500kHz，600kHz的正弦波信号，对锚具首波波速在不同应力处随钢绞线张拉力变化规律进行了探究。试验证明：随着钢绞线张力的升高，在不同应力位置处，锚具导波首波波速近似呈线性下降趋势，频率不同的锚具首波波速随钢绞线张力变化趋势相似。对不同频率不同应力位置处的试验曲线进行线性化处理，得到的拟合直线系数R2皆在0.85以上，拟合效果较好，规律性明显。 （4）试验中激励功率越大，锚具接收导波波形幅值及频谱幅值也越大，但规律性没有改变，试验中可以忽略激励功率对结果的影响。加载过程中，不同频率下的钢绞线张拉力和锚具应力敏感性存在一定差异，且随着频率增加，锚具首波波速增大，与空心圆柱中导波频散特性相似。通过对钢绞线夹片锚有限元和试验结果的对比，验证了锚具在张拉力作用下的声弹效应，采用以锚具非线性波速表征钢绞线锚下有效预应力水平有效可行。 |
| 作者： | 赵丹 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 钱骥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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