一种锥套锁紧连接预制拼装桥墩极限承载力退化的评估方法与流程

1.本发明涉及桥梁施工技术领域，特别涉及一种锥套锁紧连接预制拼装桥墩极限承载力退化的评估方法。


背景技术：

2.在装配式结构研究中，锥套锁紧连接是一种新型、高效的钢筋连接形式,锥套锁紧连接被应用于节段预制拼装桥墩中，主要是墩柱中纵筋连接，为桥梁下部结构设计、模块化施工单位提供了一种新的解决方案。锥套锁紧连接的接头由2个锥套、3个锁片、1个保持架组成，如图1所示。施工时将待连接钢筋插入锁片两端、对中顶紧保持架；然后将锥套套入锁片的两端，用专用挤压装置向内夹紧。在锥套向内夹紧的同时，锁片向内紧紧夹住钢筋，实现连接钢筋的目的。在桥墩施工过程中，桥墩预制节段与承台预留钢筋连接处需要保持一定高度的施工空间，待钢筋连接完成后再用混凝土现浇封底，混凝土采用自密实混凝土，从而完成整个施工过程。由于自密实混凝土现浇施工段是锥套锁紧连接节段预制拼装桥墩的关键环节也是薄弱环节，若干年后锥套锁紧连接接头可能会锈蚀而连接性能降低，引起桥墩极限承载力退化，进而带来桥墩的耐久性问题。然而，目前还没有关于评价锥套锁紧式连接施工的桥墩极限承载能力退化的经验和方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中没有定量的方法去评价锥套锁紧连接预制拼装桥墩极限承载力的问题，提供一种锥套锁紧连接预制拼装桥墩极限承载力退化的评估方法，操作简便、结果准确的方法检测锥套锁紧连接预制拼装桥墩极限承载力锈蚀退化情况。
4.为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
5.一种锥套锁紧连接预制拼装桥墩极限承载力退化的评估方法，包括以下步骤：
6.获取桥墩锥套锁紧连接段混凝土的最大裂缝宽度；
7.确定锥套锁紧连接接头直径、锥套锁紧连接接头处保护层厚度、混凝土强度等级；
8.根据桥墩极限承载力退化率与最大裂缝宽度的关系式，计算桥墩极限承载力退化率，得到桥墩极限承载力退化情况；桥墩极限承载力退化率与最大裂缝宽度的关系式为：
[0009][0010]
其中：δ为桥墩极限承载力退化率，％；x为最大裂缝宽度，mm；c为锥套锁紧连接接头处保护层厚度，mm；d为锥套锁紧连接接头直径，mm；f
cuk
为混凝土强度等级。
[0011]
进一步地，获取桥墩锥套锁紧连接段混凝土的最大裂缝宽度包括对桥墩锥套锁紧连接段混凝土图像识别得到最大裂缝宽度。
[0012]
更进一步地，获取桥墩锥套锁紧连接段混凝土的最大裂缝宽度的具体步骤为：
[0013]
s1、获取桥墩锥套锁紧连接段混凝土表面图像，得到原始混凝土裂缝图像；
[0014]
s2、对原始混凝土裂缝图像进行二值化、降噪处理，得到裂缝图像；
[0015]
s3、对裂缝图像进行图像识别，确定最大裂缝宽度。
[0016]
进一步地，桥墩极限承载力退化率与锥套锁紧连接接头锈蚀率的关系式为：
[0017]
δ＝6.71δ-30.52，δ≥4.55
[0018]
其中：δ为锥套锁紧连接接头锈蚀率，％。随着桥墩服役时间的增加，锥套锁紧连接接头会发生锈蚀，导致以接头连接钢筋的节段的连接性降低，然后导致桥墩极限承载力发生退化，根据锥套锁紧连接接头锈蚀率可得到桥墩极限承载力退化率。
[0019]
与现有技术相比，本发明的有益效果：
[0020]
本发明提供了一种锥套锁紧连接预制拼装桥墩极限承载力退化的评估方法，通过获取最大裂缝宽度、锥套锁紧连接接头直径、锥套锁紧连接接头处保护层厚度、混凝土强度等级参数；根据桥墩极限承载力退化率与最大裂缝宽度的关系式，计算得到桥墩极限承载力退化率，进而得到桥墩极限承载力退化情况，在获取最大裂缝宽度时还可通过对有裂纹的混凝土图像进行识别，可快速、准确地得到最大裂缝宽度。本发明的评价方法方法操作简便、方法新颖、合理，还能准确地评估锥套锁紧连接预制拼装桥墩极限承载力退化情况，为该类型服役桥墩寿命评估和安全性评定提供技术支持。
附图说明：
[0021]
图1是锥套锁紧连接接头结构图；
[0022]
图2是锥套锁紧连接接头锈蚀后桥墩极限承载力退化引起的破坏图；
[0023]
图3是实施例1锥套锁紧连接段预制拼装桥墩极限承载力退化评估方法的流程图；
[0024]
图4是未发生锈蚀的锥套锁紧连接接头拉伸破坏试验图；
[0025]
图5是发生锈蚀的锥套锁紧连接接头拉伸破坏试验图；
[0026]
图6是桥墩极限承载力退化率与锥套锁紧连接接头锈蚀率的试验数据拟合图；
[0027]
图7是锥套锁紧连接接头锈蚀率与最大裂缝宽度的试验数据拟合图；
[0028]
图8是实施例2对混凝土图像识别得到最大裂缝宽度过程图；
[0029]
图9是实施例2锥套锁紧连接段预制拼装桥墩极限承载力退化评估方法的流程图；
[0030]
图中标记：1-锥套，2-保持架，3-锁片，4-钢筋。
具体实施方式
[0031]
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
[0032]
实施例1
[0033]
图1所示为锥套锁紧连接接头，由两个锥套1、三个锁片3、一个保持架2组成。施工时将待连接钢筋1插入到锁片3两端且对中顶紧保持架2；将锥套1套入锁片3的两端，用专用挤压装置向内夹紧。在锥套1向内夹紧的同时，锁片3向内紧紧夹住钢筋1，实现连接钢筋1的目的。
[0034]
桥墩使用一段时间后，锥套锁紧连接的接头会发生锈蚀，导致以接头连接钢筋节段的连接性降低，进一步导致预制拼装桥墩极限承载力发生退化，如图2所示。其中锥套锁紧连接接头上的自密实混凝土段的锈胀裂缝是最直观、最方便获取的，与锥套锁紧连接接
头锈蚀率密切相关的现象，若能建立起最大裂缝宽度与锥套锁紧连接接头锈蚀率的关系，以及锥套锁紧连接接头锈蚀率与桥墩极限承载力退化率之间的关系，则能间接建立起裂缝最大宽度与桥墩极限承载力退化率之间的关系，这将为评估锥套锁紧连接段预制拼装桥墩极限承载力退化情况提供一种更加便捷、更加准确的无损评估方法。
[0035]
一种锥套锁紧连接预制拼装桥墩极限承载力退化的评估方法，如图3所示，包括以下步骤：
[0036]
获取桥墩锥套锁紧连接段混凝土的最大裂缝宽度。本实施例采用人工测量的方法确定锥套锁紧连接接头外混凝土表面的最大裂缝宽度。
[0037]
确定锥套锁紧连接接头直径、锥套锁紧连接接头处保护层厚度、混凝土强度等级；锥套锁紧连接接头直径即为锥套的外径，锥套锁紧连接接头处保护层厚度为锥套锁紧连接接头处混凝土的厚度。
[0038]
根据桥墩极限承载力退化率与最大裂缝宽度的关系式，计算桥墩极限承载力退化率，得到桥墩极限承载力退化情况。
[0039]
在本实施例中，选取了4个锥套锁紧连接段预制拼装桥墩作为试验对象，每个桥墩中有4个锥套锁紧式接头(3个用于测定锈蚀率与最大裂缝之间的关系，1个用于其他测试)，其中1个桥墩中的锥套锁紧连接接头未发生锈蚀，作为对照组，其余3个桥墩中的锥套锁紧连接接头发生锈蚀，作为试验组。图4为对未发生锈蚀的锥套锁紧连接接头进行拉伸试验，从图中可以看到断裂处在钢筋的位置，说明锥套锁紧连接比较牢固；图5为对发生锈蚀的锥套锁紧连接接头进行拉伸试验，拉伸使接头发生滑移，从图中可以看到锁片，断裂处在接头的位置，说明锥套锁紧连接接头发生锈蚀后连接性降低。
[0040]
在万能试验机上测试每个桥墩的桥墩极限承载力，计算桥墩极限承载力退化率，表1中展示了每个桥墩极限承载力退化率测试数据，桥墩极限承载力退化率按照以下公式进行计算：
[0041][0042]
式中δ为桥墩极限承载力退化率，％，pi为实验组桥墩极限承载力，kn；pa为对照组桥墩极限承载力，kn。
[0043]
将桥墩内的锥套锁紧式接头取出，测试实验组每个锥套锁紧式接头的锈蚀率，表2中展示了每个锥套锁紧连接段混凝土的最大裂缝宽度与锥套锁紧连接接头锈蚀率，锥套锁紧式接头锈蚀率按照以下公式进行计算：
[0044][0045]
式中δ为锥套锁紧连接接头锈蚀率，％，gi为实验组锥套锁紧连接接头重量，g；ga为对照组锥套锁紧连接接头平均重量，g。
[0046]
表1桥墩极限承载力退化率测试数据
[0047]
测试锥套锁紧连接接头平均锈蚀率(％)桥墩极限承载力退化率δ(％)桥墩15.88.6桥墩27.217.4桥墩38.828.7
[0048]
表2最大裂缝宽度与锥套锁紧连接接头锈蚀率测试数据
[0049][0050][0051]
根据表2的数据对最大裂缝宽度与锥套锁紧连接接头锈蚀率进行拟合，如图6所示，并考虑到混凝土参数、锥套锁紧连接接头参数对锥套锁紧连接接头锈蚀率的影响，在本实施例中桥墩试件锥套锁紧连接接头的保护层混凝土的厚度c为11mm，混凝土强度等级f
cuk
为40，锥套锁紧连接接头的直径d为30mm，得到锥套锁紧连接接头锈蚀率的公式为：
[0052]
r2＝0.934
[0053]
考虑到试验过程中有锈蚀产物溢出，结合实际工程，需要通过临界锈蚀率对锥套锁紧连接接头锈蚀率公式进行修正，其中锥套锁紧连接接头的临界锈蚀率δ
cr
＝1.8％，修正之后的锥套锁紧连接接头锈蚀率的公式为：
[0054][0055]
根据表1的数据对锥套锁紧连接接头锈蚀率与桥墩极限承载力退化率进行拟合，如图7所示，得到桥墩极限承载力退化率与锥套锁紧连接接头锈蚀率有如下关系：
[0056]
δ＝6.71δ-30.52(δ≥4.55)，r2＝0.985
[0057]
其中δ≥4.55是根据退化率与锈蚀率的线性关系式得到来进行限定，当δ＝0时，得到δ＝4.55。
[0058]
因此，锥套锁紧连接预制拼装桥墩极限承载力退化率与桥墩表面最大裂缝宽度的关系式为：
[0059][0060]
在本实施例中，根据锥套锁紧连接接头锈蚀率的公式，当δ＝4.55时x＝0.4，对于一长期服役的锥套锁紧连接预制拼装桥墩的混凝土段出现锈胀裂缝，当锈胀裂缝的最大宽度小于0.4mm时，桥墩的极限承载力基本不会发生退化，此时可以采取简单措施修补裂缝，防止桥墩进一步劣化；当锈胀裂缝的最大宽度大于0.4mm时，此处取1.2mm，代入桥墩极限承
载力退化率与桥墩表面最大裂缝宽度的关系式可计算得桥墩的极限承载力退化率为16％，此时可视该桥墩结构的重要程度采取相应的补救措施。
[0061]
对于x的取值范围根据不同桥墩c、d、f的不同也是不同的，例：一长期服役的锥套锁紧连接桥墩的自密实混凝土段出现锈胀裂缝，桥墩采用c40自密实混凝土，保护层厚度为45mm，锥套锁紧接头的直径为68mm，当通过图像识别锈胀裂缝的最大宽度小于0.52mm时，桥墩的极限承载力基本不会发生退化，此时可以采取简单措施修补裂缝，防止桥墩进一步劣化。
[0062]
实施例2
[0063]
本实施例与实施例1类似，区别在于获取锥套锁紧连接节段混凝土的最大裂缝宽度是对混凝土图像识别得到最大裂缝宽度，具体步骤为：
[0064]
s1、获取锥套锁紧连接段预制拼装桥墩混凝土表面图像，得到原始混凝土裂缝图像。
[0065]
在获取图像时，先确定混凝土表面最大裂缝的位置，然后使用相机对混凝土表面最大裂缝位置进行拍照取样，采集桥墩表面锈胀裂缝的高清图像，得到原始混凝土裂缝图像。
[0066]
s2、对原始混凝土裂缝图像进行二值化、降噪处理，得到裂缝图像；
[0067]
在本实施例中，采用matlab软件进行二值化处理，具体为通过算法使像素点只呈现黑与白两种颜色，数值1代表白色，数值0代表黑色；然后通过降噪和增强算法突出图像中感兴趣的信息，消除或降低干扰信息，具体过程如图8(a)-(e)所示。通过二值化和降噪处理改善图像信息质量，使裂缝图转换为只含1和0的二值化像素点矩阵图像，其中裂缝呈现白色用1表示，其余部分为黑色用0表示。
[0068]
s3、对裂缝图像进行图像识别，确定最大裂缝宽度。
[0069]
由于裂缝具有线状特点，往往二值化图像中1矩阵连通区的长短轴比值要远远大于1，通过该判据可以轻易判断裂缝的走向，并确定代表裂缝的1矩阵连通区域的短轴方向的最大宽度，即最大裂缝宽度，如图8(f)所示。
[0070]
其余步骤如图9所示，得到桥墩极限承载力退化情况。
[0071]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。