基于LC谐振的预应力结构钢绞线应力检测研究

作     者：唐伟 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张奔牛

授予年度：2020年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：LC谐振 预应力结构 钢绞线 应力检测 

摘      要：我国是桥梁大国,预应力混凝土桥梁在我国在役桥梁中占举足轻重的地位,随着运营时间的增长,由纵向预应力损失带来桥梁跨中下挠等问题逐渐显现出来,影响行车的安全性和舒适性,严重的还造成桥梁垮塌,给人身安全和国民经济带来威胁。钢绞线作为预应力混凝土结构的预应力提供者,其有效预应力的大小直接影响整个结构的使用性能,但由于各类预应力损失之间相互影响,给结构内钢绞线有效预应力的精确计算带来很大难度,而通过有效的预应力检测手段能使结构安全运营得到保证,因此预应力检测受到了工程界和研究界的广泛关注。虽然目前各类预应力检测方法都取得了一定研究成果,但能用于长期监测各类在役结构有效预应力、精度高且稳定性好的方法极少。基于LC谐振的钢绞线应力检测方法将钢绞线视为电感元件接入LC振荡电路,通过检测振荡电路的谐振频率实现对钢绞线的应力检测,在结构有效预应力检测领域具有广阔的发展前景。本文在该方法检测裸钢绞线应力的研究基础上对结构内无粘结和有粘结预应力钢绞线的应力检测展开探索性研究,旨在通过研究,验证基于LC谐振的方法检测结构内预应力钢绞线应力的可行性,也为后续利用该方法检测结构内预应力钢绞线有效预应力或预应力损失的研究提供参考依据。研究内容主要包括:(1)将钢绞线视为LC振荡电路中的螺旋线圈电感元件,从应力使钢绞线产生机械变形的角度出发,建立钢绞线的电感模型,并以此建立裸钢绞线的力-频模型;(2)分析荷载作用下结构内无粘结和有粘结预应力筋的应力增量和分布,将裸钢绞线的力-频模型拓展到结构内无粘结和有粘结预应力钢绞线上,建立结构内预应力钢绞线的力-频模型;(3)开展裸钢绞线力-频模型验证试验,拟合裸钢绞线力-频函数曲线,验证所推裸钢绞线力-频模型的准确性;(4)开展无粘结和有粘结预应力钢绞线力-频模型验证试验,验证理论分析的结构内无粘结和有粘结预应力钢绞线应力增量分布,并建立用于无粘结和有粘结预应力钢绞线检测应力计算的拟合公式,对两者的检测应力和实测应力做误差分析,验证基于LC谐振的方法检测结构内预应力钢绞线应力的可行性;(5)结合裸钢绞线、无粘结和有粘结预应力钢绞线的实测应力与频率数据,分析结构对钢绞线谐振频率产生的影响。