基于頻譜圖的體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁頻率分析

李景祥　孫樹寶

摘要：體外預(yù)應(yīng)力是后張預(yù)應(yīng)力體系的重要分支之一。關(guān)于其加固的混凝土梁的頻率研究具有十分重要的意義，通過檢測結(jié)構(gòu)的固有頻率變化評估預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的使用狀況和有效預(yù)應(yīng)力大小已成為工程監(jiān)測界的研究重點(diǎn)，本文通過測得的頻譜圖進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁的頻率分析，為以后工程結(jié)構(gòu)頻率分析提供參考。

Abstract： External prestressing is one of the important branch of post-tensioned prestressing system. Frequency， the study of the reinforced concrete beam is of great significance， by detecting the structure of the natural frequency changes in evaluation of the usage and effective prestress on prestressed structure has become the research focus of engineering field. Based on the measured spectrum diagram， this paper analyzes the frequency of the externally prestressed concrete beam， and provides reference for later engineering structure frequency analysis.

關(guān)鍵詞：體外預(yù)應(yīng)力；頻譜圖；頻率

Key words： external prestressing；spectrum；frequency

中圖分類號：TU317 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）30-0094-02

0 引言

目前體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)廣泛用于橋梁工程及建筑結(jié)構(gòu)加固工程中，體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有減小結(jié)構(gòu)自重，方便檢查，施工方便，不用預(yù)先成孔，省工序等優(yōu)點(diǎn)，正如FIP榮譽(yù)主席R.Lacroix所說：毫無疑問，在20世紀(jì)90年代，體外預(yù)應(yīng)力技術(shù)將伴隨高強(qiáng)混凝土的發(fā)展成為技術(shù)上的必需品，更進(jìn)一步的說，在21世紀(jì)初及未來的幾百年，將開始把復(fù)合材料以及更多的新型材料與體外預(yù)應(yīng)力結(jié)合起來，從而使土木工程從鋼筋銹蝕的困擾中解放出來。

1 實(shí)驗(yàn)簡介

本次試驗(yàn)設(shè)計了3根矩形截面體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁，編號分別為L1、L2、L3。梁截面尺寸b×h=170mm×320mm，梁的全長為4m，計算跨度為3.7m。每根梁的體外預(yù)應(yīng)力筋采用兩根低松弛7？準(zhǔn)s5的1860級鋼鉸線，單根鋼絞線的截面積為140mm2；上部架立筋采用2A8，下部受拉筋2C12，配筋率為0.6%；箍筋A(yù)8@200，混凝土等級為C60。L1梁的體外筋為直線型，端部偏心距為0；L2梁的體外筋為直線型，端部偏心距為70mm；L3梁的體外筋為雙折線型，端部偏心距為0。

動力實(shí)驗(yàn)之前進(jìn)行了材性實(shí)驗(yàn)，混凝土的實(shí)測抗壓強(qiáng)度平均值為60.2MPa，彈性模量為3.6×104MPa；非預(yù)應(yīng)力筋屈服強(qiáng)度為278MPa，彈性模量為2.1×105MPa；鋼絞線的屈服強(qiáng)度為1750MPa，彈性模量為1.95×105MPa。

本實(shí)驗(yàn)分別進(jìn)行了無損狀態(tài)與損傷狀態(tài)實(shí)驗(yàn)兩種不同的工況，每種工況均采用分級加載的荷載加載機(jī)制，荷載加載至梁上部出現(xiàn)裂縫時停止，利用自動重力加載機(jī)對梁施加豎向荷載，試驗(yàn)中逐級獲得梁的振動頻譜圖，頻率采用DH3816振動測試分析，由預(yù)應(yīng)力梁端部的力傳感器測出預(yù)應(yīng)力梁的張拉力值，采用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀測出混凝土應(yīng)變以及鋼筋應(yīng)變的數(shù)據(jù)。在混凝土梁及鋼絞線的三分點(diǎn)、跨中位置布置應(yīng)變片，鋼絞線上的應(yīng)變片每個位置采用間隔貼法，每個位置三片應(yīng)變片。所有應(yīng)變片均實(shí)驗(yàn)加載之前貼制完成。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 無損傷狀態(tài)試驗(yàn)結(jié)果分析

由于梁的不同工況的試驗(yàn)動態(tài)檢測頻率曲線圖較多以及篇幅所限，本文只給出梁L3在張拉力0kN、80kN、160kN下的頻譜圖，如圖1～圖3所示。

由圖中的頻譜圖可以清晰地判別出，混凝土簡支梁在在張拉力值為0kN時的固有頻率分別為：一階頻率為36.81Hz，二階頻率134.58Hz，為三階頻率為339.32Hz；張拉力值為80kN時梁的頻率分別為：一階頻率為35.66Hz，二階頻率132.86Hz，為三階頻率為334.72Hz；張拉力值為160kN時梁的頻率分別為：一階頻率為36.81Hz，二階頻率為135.13Hz，為三階頻率為345.08Hz。由此也可以發(fā)現(xiàn)，隨著張拉力的增大，梁的頻率先有少量減小接著隨著預(yù)應(yīng)力的增大逐漸增大，隨著階數(shù)的增大頻率的絕對增大值更大，一階頻率沒有增大，二階頻率為增大了0.55Hz，三階頻率增大了5.76Hz。

2.2 損傷狀態(tài)試驗(yàn)結(jié)果

由于梁的不同工況的試驗(yàn)動態(tài)檢測頻率曲線圖較多以及篇幅所限，本文只給出梁L3在豎向荷載分別為40kN、80kN、95kN下的頻譜圖，如圖4～圖6所示。

由圖中的頻譜圖可以清晰地判別出，混凝土簡支梁在豎向荷載為0kN時的固有頻率分別為：一階頻率為36.81Hz，二階頻率134.58Hz，為三階頻率為339.32Hz；豎向荷載為40kN時梁的頻率分別為：一階頻率為36.81Hz，二階頻率131.13Hz，為三階頻率為334.72Hz，一階頻率未產(chǎn)生明顯變化，二階頻率減小了2.56%，三階頻率減小了1.36%；豎向荷載為80kN時梁的頻率分別為：一階頻率為35.66Hz，二階頻率126.53Hz，為三階頻率為316.32Hz，一階頻率減小了3.12%，二階頻率減小了5.98%，三階頻率減小了6.78%；；豎向荷載為95kN時梁的頻率分別為：一階頻率為24.15Hz，二階頻率98.92Hz，為三階頻率為272.61Hz，一階頻率減小了34.39%，二階頻率減小了26.5%，三階頻率減小了19.66%。由頻譜圖可以看出梁的頻率隨著豎向荷載的逐漸施加，梁的頻率均在減小；隨著豎向荷載的增大，頻率的變化率也在不斷地增大，當(dāng)達(dá)到極限荷載時，一階頻率的變化最顯著，說明梁的剛度對一階頻率的影響最大，而我們在研究梁的頻率時往往都使用一階頻率值，所以有必要對梁的剛度做系統(tǒng)的分析，提出比較有效的剛度計算公式具有重要的意義。

3 結(jié)語

隨著建筑工程及橋梁工程的不斷老化，以及新興結(jié)構(gòu)的發(fā)展，對預(yù)應(yīng)力技術(shù)的應(yīng)用也將達(dá)到大力的發(fā)展，由于其施工的工期短、容易實(shí)施，便于檢查等特性，在加固工程中將得到大量的應(yīng)用，但對體外預(yù)應(yīng)力加固結(jié)構(gòu)的研究我們主要集中在加固結(jié)構(gòu)的頻率分析上，運(yùn)用振動采集儀采集的頻譜圖可以清晰地判別出加固結(jié)構(gòu)的各階頻率值，并分析其變化規(guī)律。在橋梁結(jié)構(gòu)中，橋的頻率影響對結(jié)構(gòu)影響比較大，應(yīng)用頻譜圖可以很方便的分析其頻率變化。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡行飛.體外預(yù)應(yīng)力混凝土梁固有頻率研究[J].工程管理，2016（02）：133.

[2]熊學(xué)玉.體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[3]應(yīng)懷樵.波形和頻譜分析與隨機(jī)數(shù)據(jù)處理[M].北京：中國鐵道出版社，1983.