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1、第26卷第2期華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版)VolJ26No.22009年6月J.ofHUST.(UrbanScienceEdition)Jun.2oo9基于損傷機(jī)理的預(yù)應(yīng)力混凝土梁振動(dòng)頻率研究李維奇,張耀庭,李進(jìn)(華中科技大學(xué)a.土木工程與力學(xué)學(xué)院;b.控制結(jié)構(gòu)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢430074)摘要:本文進(jìn)行了兩根無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的動(dòng)力試驗(yàn),結(jié)果表明:隨著預(yù)應(yīng)力的增加,梁的頻率逐漸增大,當(dāng)預(yù)應(yīng)力增加到一定程度時(shí),梁的頻率稍有下降。這與經(jīng)典動(dòng)力學(xué)理論中隨著軸壓力增加,梁自振頻率減小的結(jié)論相反。本文從結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的基
2、本原理和損傷理論出發(fā),對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁的自振頻率與預(yù)應(yīng)力的關(guān)系進(jìn)行了研究,利用損傷變量修正了預(yù)應(yīng)力對(duì)混凝土彈性模量的影響,提出了基于損傷的預(yù)應(yīng)力混凝土梁振動(dòng)頻率公式,計(jì)算結(jié)果表明:隨著力筋預(yù)應(yīng)力的變化,梁頻率的變化趨勢(shì)與試驗(yàn)結(jié)果一致,理論曲線(xiàn)與試驗(yàn)曲線(xiàn)符合較好,一階頻率的計(jì)算具有較高精度。在工程實(shí)踐中,測(cè)出構(gòu)件的振動(dòng)頻率即可根據(jù)本文提出的公式推算出其實(shí)際預(yù)應(yīng)力的大小。關(guān)鍵詞:全預(yù)應(yīng)力梁;預(yù)應(yīng)力損失;損傷力學(xué);頻率中圖分類(lèi)號(hào):TU378.1;0346.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-7037(2009)024)090-05工
3、程中對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵受力部件——預(yù)相互關(guān)系,驗(yàn)證通過(guò)頻率變化預(yù)測(cè)預(yù)應(yīng)力筋中有應(yīng)力鋼筋的工作狀況(包括預(yù)應(yīng)力筋的銹度、預(yù)效預(yù)應(yīng)力大小的可行性,為今后進(jìn)一步開(kāi)展預(yù)應(yīng)應(yīng)力損失、有效預(yù)應(yīng)力、力筋實(shí)際內(nèi)力等)沒(méi)有實(shí)力梁動(dòng)力性能的研究提供參考。用性較好的檢測(cè)方法。目前國(guó)內(nèi)外已有的預(yù)應(yīng)力兩根梁的編號(hào)分別為L(zhǎng)l與【2。Ll梁截面檢測(cè)技術(shù)主要有:局部破損技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)、為77mmX147mm,L2梁為70nlln×140mm。配灰色理論、概率分析法、聲發(fā)射技術(shù)、電磁效應(yīng)檢筋情況完全相同,無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋采用低松弛測(cè)法,但這些方法存在成本高、
4、僅能應(yīng)用于新工7‘p5鋼絞線(xiàn),截面積為139mm;上部架立筋及程、需要大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)等弊端,尚不能廣泛應(yīng)下部受拉筋采用2(P8;箍筋為‘P8@250。混凝土用于工程實(shí)踐¨。采用C30。試件實(shí)際在對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁構(gòu)件進(jìn)行動(dòng)力檢測(cè)方法I1的研究過(guò)程中,試驗(yàn)得到的自振頻率所表現(xiàn)出來(lái)的趨勢(shì),與用傳統(tǒng)的線(xiàn)彈性理論所推出的梁自振頻率的趨勢(shì)是相反的J。本文從損傷力學(xué)的角度出發(fā),通過(guò)研究混凝土結(jié)構(gòu)存在初始損傷的情況下,隨著預(yù)應(yīng)力的增加結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的變化,建2098~8@250立了預(yù)應(yīng)力和頻率之間的關(guān)系,探討利用損傷理、、/.’。,論進(jìn)行預(yù)應(yīng)
5、力筋的檢測(cè)方法。/無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋1預(yù)應(yīng)力混凝土梁試驗(yàn)九、2中8\;1.1試驗(yàn)概況I設(shè)計(jì)了兩根矩形截面后張無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土梁,預(yù)應(yīng)力筋的布置在梁截面的形tk,上。試驗(yàn)中對(duì)梁分級(jí)施加預(yù)應(yīng)力,測(cè)量對(duì)應(yīng)梁的自振頻率,以尋求預(yù)應(yīng)力筋中有效預(yù)應(yīng)力與梁的頻率之間的圖1梁設(shè)計(jì)示意收稿日期:2008-06-24修回日期:2008—12-02作者簡(jiǎn)介:李維奇(1985一),男,山東人,碩士研究生,研究方向?yàn)轭A(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),wudalwq@qq.COITI。第2期李維奇等:基于損傷機(jī)理的預(yù)應(yīng)力混凝土梁振動(dòng)頻率研究·9l·長(zhǎng)度L=3200mm,計(jì)算長(zhǎng)度
6、L=3000mm,兩端預(yù)應(yīng)力梁有一個(gè)共同的趨勢(shì):梁的自振頻率隨力采用鉸支座。試驗(yàn)梁的構(gòu)造見(jiàn)圖1。筋預(yù)應(yīng)力的增加而增加,且兩者之間并非為線(xiàn)性本次試驗(yàn)使用的主要儀器和材料有:混凝土關(guān)系,這一特點(diǎn)是利用梁的白振頻率進(jìn)行梁中力應(yīng)變片(型號(hào)BX120-5AA)、鋼絞線(xiàn)應(yīng)變片(型號(hào)筋受力檢測(cè)的基礎(chǔ)。BX120.100AA)、百分表、加速度傳感器、DH5938(2)就梁的自振頻率隨預(yù)應(yīng)力的增加而增加振動(dòng)測(cè)試分析儀、DH3815應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)、加載裝的幅度而言,二階頻率比一階頻率的要大些。置。需要測(cè)試的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下:(3)梁的三階頻率離散性太大
7、,隨著預(yù)應(yīng)力(1)在不同的張拉力作用下構(gòu)件的撓度;預(yù)的增加其規(guī)律也不明顯。因此對(duì)前二階頻率的歸應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力、應(yīng)變;非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力、應(yīng)納分析是本文的重點(diǎn)。變;混凝土的應(yīng)力、應(yīng)變;梁的前3階固有頻率。(2)各級(jí)預(yù)應(yīng)力作用下在梁的三分點(diǎn)處施加2基于損傷理論的預(yù)應(yīng)力梁頻率研究豎向荷載質(zhì)量塊,測(cè)量構(gòu)件撓度;預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力、應(yīng)變;非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力、應(yīng)變;混凝土的應(yīng)2.1現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力混凝土梁頻率計(jì)算方法力、應(yīng)變;梁的前3階固有頻率。伯努利一歐拉梁動(dòng)力計(jì)算模型簡(jiǎn)支梁自振頻1.2試驗(yàn)結(jié)果及分析率如下:1.2.1材料試驗(yàn)結(jié)果∞:=(n,r
8、r/L)EI/pA(凡=l,2?)(1)在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力梁的模態(tài)測(cè)試前,分別對(duì)混凝由公式(1)可以看出,梁的頻率是隨預(yù)應(yīng)力土試塊、普通鋼筋、鋼絞線(xiàn)進(jìn)行材料試驗(yàn),以確定的增大而減小的,這與試驗(yàn)趨勢(shì)相反。于是尋求其強(qiáng)度、彈性模量。試驗(yàn)方法分別按照混凝土力預(yù)應(yīng)力梁自振頻率的計(jì)算公式成為