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【摘 要】本文主要是通过索力张拉试验和相应疲劳试验来验证已设计的体外索加固体系的有效性。其中通过相应试验来探求体外索索力测量的方式和滑块的受力机理，求出了滑块与混凝土之间的摩擦损失。根据相应试验，验证了该套体外预应力加固体系是有效的。
【关键字】张拉试验；疲劳试验；索力测量；受力基理；加固方案
国民经济随着社会的进步快速发展，进而铁路运输的需要量越来越大，所以提高铁路运输能力成为促进经济发展的重要途径。发展重载铁路是提高铁路运输能力的有效方法，提高列车速度和增加轴重是发展重载运输的两个方向。然而，重载铁路的发展会对铁路桥梁的承载能力要求有大幅度的提高。我国目前重载列车最大轴重为27 t，随着运输发展的要求，轴重将持续增大。通过调研分析，轴重不断增加会造成大部分既有铁路桥梁不能满足重载铁路承载力要求，并且抗震能力和竖向刚度也不能满足要求。。因此，可以通过实施有效的加固方法来提高桥梁的承载能力。因此，对铁路桥梁进行提高承载能力的加固将会成为与重载铁路运输发展相辅相成的重要工作。体外索加固既有桥梁是提高既有桥梁承载力一种非常有效的方式。
1 体外预应力加固体系的介绍
体外索加固既有桥梁就是在梁下部受拉区，通过张拉预应力索使之对梁体产生偏心预压力，梁体上拱，荷载挠度减小，改善梁体受力状况，从而达到提高梁的承载力的目的。
本套体外预应力加固体系主要有体外预应力索、梁端锚固系统、转向装置、张拉系统四部分组成。体外预应力体系全景和具体尺寸如图1和2所示。
2 体外预应力加固体系的有效性验证
基于相应理论进行基于体外预应力加固混凝土桥梁的体外索张拉试验和体外索加固体系的疲劳试验，主要目的有如下四个：
（1）探求体外索索力测量的有效方式；
（2）探求体外预应力体系滑块的受力机理；
（3）探求锚固端和转向装置的有效性；
（4）探求体外预应力体系的长期有效性；
2.1体外索索力测量方式的确定
通过体外索索力测量方式的初步必选，确定实验室体外索索力的测量方式，并通过试验验证该索力测量方法的有效性。
2.1.1 索力测量方式的初步选择
体外索索力的测量方式一般有[1]压力表读数法、压力传感器法、应变传感器法、振动测量法、磁通量法等。
根据试验室内体外索索力测量的要求，选用一种合理而且有效的索力测量方法，对体外预应力体系的后续试验有很大的指导和实用意义。
（1）压力表读数法
预应力钢筋一般通过千斤顶进行张拉，通过安装于油泵上的油压表读取压力的大小。该方法虽然具有操作简单的优点，但压力表本身的缺点很多，主要有指针偏转较快、高压时指针抖动激烈，所以在读取指针示数的时候，容易产生认为误差。所以一般不选用该种方式。
（2）压力传感器
压力传感器测量是指将圆环形弹性材料和应变传感材料组成穿心式压力传感器。该方法虽然灵敏度较高，但成品索没有预留压力传感器的安装空间。
（3）振动测量法
频率振动法是利用索的力学参数，建立索的结构模型，并进行模态分析，得到索力与频率的俄关系。试验索的水平固定段长度为2.4m，无法满足频率法准确测量的要求。
（4）磁通量法
铁磁性材料在守在外力的作用下，其内部将产生机械应变和应力，它的磁导率也会产生相应改变，磁通量传感器就是通过测量磁通量的变化来间接测量应力的变化。该方法虽然是无损测量、高精度、误差小，防水性能佳、安装方便并且可用于长期监测、使用寿命长，但造价高，且成品索与混凝土梁之间没有预留安装空间。
（5）应变测量法
因为本套试验体外预应力索所处环境为室内，所以我们选用应变测量法，即直接在索上粘贴电阻应变片，该方法操作简便、准确度高。但体外索内为的平行钢丝，需要通过相应试验验证该测量方式的准确性。
2.1.2 应变测量法的试验步骤及结果
（1）粘贴应变片
在体外索的三个位置粘贴电阻应变片，位置如图3、图4和图5所示。
斜筋平行钢丝的应变片粘贴
平行钢丝的应变片粘结断面图
图3 斜筋平行钢丝的应变片粘结及断面图
图5 支撑螺杆准确尺寸
（2）接线并安装测量仪器
（3）张拉体外索并读取结果
应变测量的计算结果如表1所示。
从表中我们可以得到如下结论：
（1）斜筋上对称粘贴的应变片应变大小差距较大，上侧受压应变较小，下侧受拉应变较大；
（2）斜筋上两个应变片的平均值计算的索力与支撑螺杆计算的索力相差不大；
（3）叉耳式螺母计算的索力偏大。说明圆孔的存在导致该部分发生应力集中，测得应变偏大。
2.2 测定相应参数来得到滑块与梁体的受力机理
通过应变片测量体外索斜筋与水平筋的应力，通过百分表测量滑块的移动情况，基于测量数据，并结合相关理论得到滑块与梁体受力机理并得到相应参数。试验步骤如下：
粘贴应变片。水平筋和斜筋上应变片的粘结如图6和7所示。
左滑块与右滑块的固定如图8所示，其移动情况如表2所示。
通过计算得到，水平索力和右边斜索力，并结合水平右滑块的移动情况，计算得到滑块的摩擦损失，进而得到摩擦系数。水平索力和右边斜索力的计算结果如表3所列。经计算摩擦系数为0.564。
2.3锚固端和转向装置的受力分析
（1）转向块的应力
锚杆应变片和滑块上应变片的粘贴如图10和11所示，测量结果如表5-6所示。
（2）锚固端的位移和应变
锚固端的百分表固定位置如图5-20所示。
图12 锚固端百分表的固定位置
锚固端的应变粘贴位置如图5-20所示，其测量结果如表5和6所示。
图13 锚固端的应变粘结位置
可以得到如下结论：
①滑块的应变很小，说明滑块受力良好。连接滑块的两个横向钢拉杆的应变大小不相等，说明混凝土桥梁两侧的滑块受力不均。
②应变花1，应变花2和应变花3，应变花4和应变花5对比，锚固块部位距离梁端距离越小，应力越小；
③锚固块的端部应力很小，接近于0，证明锚固块完全可以承受体外索的拉力；
通过体外预应力加固体系试验研究的锚板和转向装置分析可得，在整个张拉过程中和加载过程中，未出现任何滑移，松动迹象，表明了本套体外预应力加固体系具有良好的可靠性。
2.4 体外预应力加固体系的疲劳试验
本小节通过试验来验证该加固体系的有效性。加载系统是1000kN三维多点协调电液伺服动态加载试验系统，其控制系统如图5-20所示，加载系统如图-21所示。
采用体外预应力加固体系后，对试验梁进行反复荷载试验。加载频率参照铁路梁等幅疲劳试验常用加载频率确定，确定为：6HZ，疲劳上限为363kN，下限为60kN，幅值为300kN。疲劳加载次数总共为200万次。具体步骤如下：
①首先进行预加载。
②对试验梁进行正式加载；
③静载试验完成后，确定试验梁一切正常后，继续进行疲劳加载，每加载50万次，进行一次静载试验并采集相关数据，疲劳加载过程中随时观测试验梁的跨中变形和裂缝开展情况。
④疲劳加载累计达到200万次后，卸载，试验完毕。
在200万次疲劳荷载的作用下，体外索和梁体与转向块的接触位置没有明显的磨损现象；每施加一定万次疲劳荷载后，进行静载试验时，通过百分表的量测，两端锚固钢板没有产生滑移现象，结构胶未见开裂现象。证明该体系的疲劳性能良好。
试验梁跨中挠度没有突变的现象，由此可见，体外索的索力没有过大的变化。在不同疲劳次数下测得的挠度随荷载的变化曲线如图13所示。
图16 桥梁挠度随荷载的变化
3 结语
通过加固体系的静载试验和疲劳试验得到如下结论：①在平行钢丝上直接粘贴应变片可以满足试验室短期测量的要求；②该套体外索加固体系工作性能良好，满足在成桥应用要求；③通过滑块两端体外索索力的测量，得出滑块处的摩擦系数为0.564。通过相应试验研究，表明该套体外所加固体系适合既有桥梁的加固，可以提高既有桥梁的承载力。
杜彦良,胡彦君,王新敏.的专利。
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一种磁通量索力检测装置。（专利）
铁路桥梁桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）
体外预应力结构设计（熊学玉编）
结构设计原理（上）（黄棠编）
混凝土结构试验方法标准(GB50152- 1992)
论文作者:张少朋
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年2月供稿
论文发表时间:2016/5/27
标签：体外论文; 应变论文; 预应力论文; 测量论文; 锚固论文; 所示论文; 体系论文; 《工程建设标准化》2016年2月供稿论文;