本發(fā)明涉及工程檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種服役鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度的分離方法。

背景技術(shù)：

鋼筋混凝土橋梁在經(jīng)過(guò)若干年的服役后，受外界環(huán)境、超載因素、自然災(zāi)害等影響，不可避免的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損傷，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫擴(kuò)展、剛度下降。工程實(shí)踐和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)表明，結(jié)構(gòu)裂縫擴(kuò)展是影響混凝土結(jié)構(gòu)非線性響應(yīng)的重要因素，其擴(kuò)展深度與張開(kāi)位移是評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)安全性的重要指標(biāo)，甚至在某些情況下對(duì)結(jié)構(gòu)起控制作用，因此，各國(guó)混凝土橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范和檢測(cè)規(guī)范都給出了結(jié)構(gòu)裂縫寬度的限值要求，但服役鋼筋混凝土橋梁常常出現(xiàn)裂縫寬度超過(guò)規(guī)范限值的情況。由于裂縫特征值在現(xiàn)場(chǎng)易于觀測(cè)得到，所以如何根據(jù)實(shí)測(cè)裂縫特征快速評(píng)估結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)和承載能力一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)在一些研究者根據(jù)結(jié)構(gòu)分析或裂縫特征統(tǒng)計(jì)，給出了基于結(jié)構(gòu)裂縫寬度或高度快速評(píng)估結(jié)構(gòu)承載能力的方法，但是在實(shí)際應(yīng)用中存在以下問(wèn)題：混凝土抗拉性能差，且抗拉強(qiáng)度離散型較大，使得鋼筋混凝土梁的裂縫高度與外部作用的相關(guān)性差（PC梁裂縫高度與外部作用的相關(guān)性好）；具體表現(xiàn)為：鋼筋混凝土橋梁在使用荷載作用下開(kāi)裂后，增大較小的荷載，裂縫的高度就快速擴(kuò)展，在較短的使用期內(nèi)就發(fā)展到接近中和軸的位置，從而進(jìn)入裂縫擴(kuò)展的穩(wěn)定階段；此階段中和軸的位置相對(duì)穩(wěn)定，裂縫高度變化很小，而裂縫寬度逐漸增大。所以裂縫高度只能定性評(píng)定結(jié)構(gòu)的承載能力是否滿足設(shè)計(jì)或規(guī)范要求。

結(jié)構(gòu)裂縫寬度與外部作用的相關(guān)性好，是值得采用的指標(biāo)。但是現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)到的結(jié)構(gòu)裂縫寬度受多種因素綜合影響，除了受外部荷載的影響外，結(jié)構(gòu)裂縫寬度的擴(kuò)展還受到荷載疲勞作用、溫度變化及混凝土收縮徐變等的影響，本方法將其分為應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度（荷載、疲勞作用及溫度變化、收縮與徐變受到約束產(chǎn)生的應(yīng)力）和自由變形裂縫寬度（溫度變化、收縮與徐變未受到約束產(chǎn)生的自由變形）兩部分。應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度的增大與結(jié)構(gòu)剛度的劣化相關(guān)，而自由變形裂縫寬度反映了結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期自由變形，造成梁橋的撓度增大；但自由變形裂縫寬度與結(jié)構(gòu)的剛度無(wú)關(guān)，所以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試所得的總體結(jié)構(gòu)裂縫寬度，并不能反映結(jié)構(gòu)真實(shí)的受力狀態(tài)。因此，只有將應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度從總體裂縫寬度中分離出來(lái)，才能更準(zhǔn)確的評(píng)估橋梁承載能力，而且將自由變形裂縫寬度從總體裂縫寬度中分離出來(lái)對(duì)于研究非荷載因素的影響也有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種服役鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度的分離方法，要解決傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法所得的總體結(jié)構(gòu)裂縫寬度不能反映結(jié)構(gòu)真實(shí)受力狀態(tài)以及無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估結(jié)構(gòu)的承載能力的技術(shù)問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

一種服役鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度的分離方法，通過(guò)實(shí)測(cè)服役橋梁自重作用下受彎裂縫特征指標(biāo)和混凝土材料性能無(wú)損測(cè)試，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)分析分離出應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_c和自由變形裂縫寬度w_z，并進(jìn)一步將長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_f從應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_c中分離出來(lái)；包括步驟如下。

步驟一：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)自重作用下鋼筋混凝土梁跨中區(qū)域的梁底裂縫寬度和間距特征值，包括實(shí)測(cè)最大裂縫寬度w_g，max、實(shí)測(cè)平均裂縫寬度w_g，m和實(shí)測(cè)平均裂縫間距l_m。

步驟二：根據(jù)步驟一得到的實(shí)測(cè)平均裂縫間距l_m，按公式w_ej=c_p×σs×l_m/E_s得出自重下的短期最大裂縫寬度w_ej；

其中，σ_s為自重作用下的鋼筋應(yīng)力，c_p為考慮混凝土裂縫間距和裂縫寬度的離散性所引入的最大裂縫寬度與平均裂縫寬度的比值，c_p =實(shí)測(cè)最大裂縫寬度w_g，max/實(shí)測(cè)平均裂縫寬度w_g，m，E_s為鋼筋彈性模量。

步驟三：對(duì)實(shí)測(cè)最大裂縫寬度w_g，max與自重下的短期最大裂縫寬度w_ej及規(guī)范規(guī)定的裂縫寬度限值[w_g，max]進(jìn)行比較評(píng)定；

其中，[w_g，max]= [w_max]- w_hj，[w_max]為橋梁檢測(cè)規(guī)范規(guī)定的裂縫寬度限值，w_hj為標(biāo)準(zhǔn)活載作用下的最大裂縫寬度。

步驟四：當(dāng)實(shí)測(cè)最大裂縫寬度w_g，max大于裂縫寬度限值[w_g，max]時(shí)，根據(jù)鋼筋混凝土梁實(shí)際受力情況，將鋼筋混凝土梁跨中區(qū)域劃分為受壓區(qū)、受拉區(qū)及不受力的中性區(qū)。

步驟五：對(duì)跨中區(qū)域受壓區(qū)、受拉區(qū)及中性區(qū)的混凝土彈性模量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

步驟六：根據(jù)步驟五中無(wú)損檢測(cè)測(cè)得的中性區(qū)混凝土彈性模量E_c以及公式f_c,r=34.74/(100/E_c-2.2)，得出混凝土抗壓強(qiáng)度f_c,r。

步驟七：根據(jù)步驟五中無(wú)損檢測(cè)測(cè)得的受壓區(qū)混凝土彈性模量E_r，得出跨中區(qū)域受壓區(qū)混凝土殘余應(yīng)變ε_p。

步驟八：比較受壓區(qū)混凝土殘余應(yīng)變值ε_p與0.4ε_c,r的大小，評(píng)定鋼筋混凝土梁的損傷程度界限狀態(tài)，其中ε_c,r為混凝土的峰值應(yīng)變。

步驟九：當(dāng)受壓區(qū)混凝土殘余應(yīng)變ε_p≤0.4ε_c,r時(shí)，根據(jù)公式σ_e =M_g Z_c /I_cr得出自重作用下的跨中截面受壓區(qū)混凝土彈性應(yīng)力σ_e；

其中，I_cr為跨中開(kāi)裂截面的慣性矩，Z_c為跨中開(kāi)裂截面的受壓區(qū)高度，M_g為自重作用下梁橋跨中截面的受彎彎矩。

步驟十：根據(jù)公式ε_e=σ_e/E_r得出受壓區(qū)混凝土彈性應(yīng)變ε_e，并根據(jù)公式ε_c=ε_e+ε_p得到受壓區(qū)混凝土總應(yīng)變ε_c。

步驟十一：得出應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_c，包括有應(yīng)力相關(guān)平均裂縫寬度w_c，m 和應(yīng)力相關(guān)最大裂縫寬度w_c，max。

步驟十二：分離出自由變形裂縫寬度w_z，包括有自由變形平均裂縫寬度w_z，m 和自由變形最大裂縫寬度w_z，max。

步驟十三：分離出長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_f；包括有長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)最大裂縫寬度w_f，max和長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)平均裂縫寬度w_f，m。

步驟十四：根據(jù)分離得到的應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_c評(píng)估結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)的承載能力，根據(jù)分離得出的自由變形裂縫寬度w_z分析非荷載因素的影響，并根據(jù)分離得出的長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_f分析長(zhǎng)期應(yīng)力作用的影響。

優(yōu)選的，步驟一中實(shí)測(cè)平均裂縫間距l_m的值需滿足0.5l_mj≤l_m≤1.5l_mj，其中l_mj為計(jì)算平均裂縫間距，l_mj =1.9c+0.08d/ρ，d為受拉區(qū)縱向受拉鋼筋直徑，ρ為按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率。

優(yōu)選的，步驟三中對(duì)實(shí)測(cè)最大裂縫寬度w_g，max與自重下短期最大裂縫寬度w_ej及規(guī)范規(guī)定的裂縫寬度限值進(jìn)行比較結(jié)果還包括：

當(dāng)w_g，max ≤w_ej時(shí)，總體裂縫寬度滿足設(shè)計(jì)要求，承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，評(píng)定結(jié)束，此時(shí)不進(jìn)行應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度的分離；

當(dāng)w_ej<w_g，max≤[w_g，max]時(shí)，總體裂縫寬度滿足規(guī)范要求，承載能力滿足規(guī)范要求，評(píng)定結(jié)束，此時(shí)不進(jìn)行應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度的分離。

優(yōu)選的，步驟五中無(wú)損檢測(cè)的方法為超聲波無(wú)損檢測(cè)或沖擊彈性波無(wú)損檢測(cè)。

優(yōu)選的，步驟五中無(wú)損檢測(cè)時(shí)，跨中區(qū)域的受壓、受拉及不受力的中性區(qū)的測(cè)區(qū)數(shù)量均不少于10個(gè)。

優(yōu)選的，步驟五中無(wú)損檢測(cè)的具體步驟為，

步驟A：利用超聲波或沖擊彈性波P波的波速，測(cè)試出受壓區(qū)、受拉區(qū)及中性區(qū)混凝土的動(dòng)彈性模量E_d；

步驟B：確定結(jié)構(gòu)的動(dòng)彈性模量與波速V_p2的關(guān)系；對(duì)于在混凝土橋梁頂板或者腹板測(cè)試的P 波，其波速V_p2認(rèn)為是二維彈性波，按公式V_p2²=E_d/ρ(1-μ²) 確定其與結(jié)構(gòu)的動(dòng)彈性模量間的關(guān)系；

其中，ρ測(cè)試區(qū)域混凝土的密度，μ為測(cè)試區(qū)域混凝土的泊松比；

步驟C：對(duì)動(dòng)彈性模量E_d進(jìn)行修正；按公式E_cd=( E_d-ρ_sE_sd)/ (1-ρ_s) 對(duì)動(dòng)彈性模量E_d進(jìn)行修正；

其中：E_cd為修正后的混凝土的動(dòng)彈性模量；ρ_s為配筋率，根據(jù)設(shè)計(jì)值定；E_sd為鋼筋的動(dòng)彈性模量，取206Gpa；

步驟D：確定混凝土的靜彈性模量E_ct，按公式E_ct=0.83E_cd得到混凝土的靜彈性模量E_ct；

步驟E：確定中性區(qū)混凝土彈性模量E_c及受壓區(qū)混凝土彈性模量E_r,其中在中性區(qū)，其靜彈性模量E_ct即為中性區(qū)混凝土彈性模量E_c；在受壓區(qū)域，其靜彈性模量E_ct即受壓區(qū)混凝土彈性模量E_r。

優(yōu)選的，步驟七中得出受壓區(qū)混凝土殘余應(yīng)變ε_p的具體步驟為,

步驟a:根據(jù)在受壓區(qū)域測(cè)得的受壓區(qū)混凝土彈性模量E_r以及公式，建立受壓區(qū)混凝土彈性模量E_r與靜力等效應(yīng)變ε_r關(guān)系，公式如下：

；

其中， 為混凝土受壓區(qū)的應(yīng)力，為混凝土受壓損傷演化參數(shù)，為混凝土受壓區(qū)的應(yīng)變；

步驟b：根據(jù)Berkeley加/卸載模型給出的表示混凝土殘余應(yīng)變與靜力等效應(yīng)變的關(guān)系的公式，與步驟a中的所述的受壓區(qū)混凝土彈性模量E_r與靜力等效應(yīng)變ε_r關(guān)系的公式，綜合得出靜力等效應(yīng)變ε_r；

其中殘余應(yīng)變與靜力等效應(yīng)變的關(guān)系的公式如下：

；

步驟c：由公式得出ε_r對(duì)應(yīng)的靜力等效應(yīng)力σ_r，從而根據(jù)公式ε_p=ε_r-σ_r/E_r進(jìn)一步得出受壓區(qū)混凝土殘余應(yīng)變值ε_p。

優(yōu)選的，步驟八中比較受壓區(qū)混凝土殘余應(yīng)變值ε_p與0.4ε_c,r的大小結(jié)果為ε_p＞0.4ε_c,r時(shí)，鋼筋混凝土梁破損嚴(yán)重、失效，不具有維修加固價(jià)值，應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度的分離不再進(jìn)行。

優(yōu)選的，步驟十與步驟十一之間還包括步驟：對(duì)跨中截面應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析；根據(jù)受壓區(qū)混凝土總應(yīng)變εc，由公式εs=εc×(h-c-Zc)/ Zc得出受拉縱筋的總應(yīng)變εs，得到受拉縱筋的實(shí)際應(yīng)力，從而進(jìn)一步評(píng)估結(jié)構(gòu)的承載能力;其中，h為截面高度，c為最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離。

優(yōu)選的，步驟十一中得出的w_c，m、w_c，max具體方法為先根據(jù)公式w_c，m=ε_c×l_m×(h–Z_c)/ Z_c得出梁底受拉邊緣的應(yīng)力相關(guān)平均裂縫寬度w_c，m，然后根據(jù)公式w_c，max= c_p×w_c，m得出梁底受拉邊緣的應(yīng)力相關(guān)最大裂縫寬度w_c，max；

步驟十二中分離自由變形裂縫寬度w_z的具體方法為：根據(jù)公式w_z，m= w_g，m –w_c，m得出自由變形平均裂縫寬度w_z，m，根據(jù)公式w_z，max= c_p×w_z，m得出自由變形最大裂縫寬度w_z，max；

步驟十三中分離長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_f的具體方法為：根據(jù)公式w_f,max=w_c,max-w_ej得出長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)最大裂縫寬度w_f,max，根據(jù)公式w_f,m= w_c,m – w_ej得出長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)平均裂縫寬度w_f,m。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果。

1、本發(fā)明的特征是針對(duì)鋼筋混凝土梁橋受彎裂縫寬度超過(guò)規(guī)范限值的情況，將總體受彎裂縫寬度劃分為應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度和自由變形裂縫寬度；并通過(guò)實(shí)測(cè)自重作用下受彎裂縫特征指標(biāo)和混凝土材料性能無(wú)損測(cè)試，無(wú)需荷載試驗(yàn)，從而使得到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，分析的結(jié)果與實(shí)際情況更加接近。

2、本發(fā)明由現(xiàn)場(chǎng)自重作用下得出的數(shù)據(jù)，根據(jù)結(jié)構(gòu)分析分離出應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度和自由變形裂縫寬度以及長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度，解決傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法所得的總體結(jié)構(gòu)裂縫寬度不能反映結(jié)構(gòu)真實(shí)受力狀態(tài)的技術(shù)問(wèn)題，

3、本發(fā)明中分離出的長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度和自由變形裂縫寬度為分析長(zhǎng)期應(yīng)力作用和非荷載因素（混凝土收縮徐變等）的影響提供技術(shù)支持。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的方法步驟框圖。

圖2為本發(fā)明的混凝土受壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線及相關(guān)參關(guān)系示意圖。

圖3為本發(fā)明的受彎截面實(shí)際應(yīng)變分布和應(yīng)力分布示意圖。

具體實(shí)施方式

這種服役鋼筋混凝土梁橋應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度的分離方法，通過(guò)實(shí)測(cè)自重作用下鋼筋混凝土梁跨中區(qū)域的梁底裂縫寬度和間距特征值，包括實(shí)測(cè)最大裂縫寬度w_g，max、實(shí)測(cè)平均裂縫寬度w_g，m和實(shí)測(cè)平均裂縫間距l_m；評(píng)定實(shí)測(cè)最大裂縫寬度w_g，max是否滿足設(shè)計(jì)或規(guī)范要求，滿足要求則評(píng)定結(jié)束；不滿足時(shí)，將總體受彎裂縫寬度劃分為應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_c和自由變形裂縫寬度w_z；為了分析方便，將應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_c又分為自重下短期最大裂縫寬度w_ej和長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_f；鋼筋混凝土梁跨中區(qū)域分為受壓、受拉及不受力的中性區(qū)，對(duì)各區(qū)域的“彈性模量”進(jìn)行超聲波或沖擊彈性波無(wú)損檢測(cè)，其中跨中截面為關(guān)鍵截面；根據(jù)在關(guān)鍵截面的中性區(qū)測(cè)得的混凝土彈性模量E_c，推算混凝土抗壓強(qiáng)度f_c,r；根據(jù)在關(guān)鍵截面受壓區(qū)域測(cè)得的混凝土“彈性模量”E_r，分析混凝土殘余應(yīng)變ε_p，得出混凝土總應(yīng)變ε_c；根據(jù)平截面變形條件，得到應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_c，由實(shí)測(cè)裂縫寬度w_g得出自由變形裂縫寬度w_z，并進(jìn)一步將長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_f從應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_c中分離出來(lái)。包括步驟如下，

步驟一：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)自重作用下鋼筋混凝土梁跨中區(qū)域的梁底裂縫寬度和間距特征值，包括實(shí)測(cè)最大裂縫寬度w_g，max、實(shí)測(cè)平均裂縫寬度w_g，m和實(shí)測(cè)平均裂縫間距l_m；

步驟二：根據(jù)步驟一得到的實(shí)測(cè)平均裂縫間距l_m，按公式w_ej=c_p×σs×l_m/E_s得出自重下的短期最大裂縫寬度w_ej；

其中，σ_s=M_g/(0.87A_sh₀)，σ_s為自重作用下的鋼筋應(yīng)力， M_g為自重作用下梁橋跨中截面的受彎彎矩，A_s為受拉縱筋截面面積，h₀= h-c，h₀為有效截面高度，h為截面高度，c為最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離；c_p為考慮混凝土裂縫間距和裂縫寬度的離散性所引入的最大裂縫寬度與平均裂縫寬度的比值，c_p =實(shí)測(cè)最大裂縫寬度w_g，max/實(shí)測(cè)平均裂縫寬度w_g，m，E_s為鋼筋彈性模量；

說(shuō)明：鋼筋混凝土梁橋采用適筋梁設(shè)計(jì)，通常在較短的使用期內(nèi)，使用荷載作用下裂縫擴(kuò)展已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)定階段。鋼筋混凝土梁橋由于實(shí)際狀態(tài)與設(shè)計(jì)狀態(tài)的差異，實(shí)測(cè)平均裂縫間距l_m與計(jì)算平均裂縫間距l_mj有所差別是允許的，其中計(jì)算平均裂縫間距l_mj按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010規(guī)范公式l_mj=1.9c+0.08d/ρ計(jì)算。實(shí)測(cè)平均裂縫間距l_m一般在0.5l_mj≤l_m≤1.5l_mj范圍內(nèi)，如超出此范圍，應(yīng)查找原因。l_m值偏大往往是如下的原因：1、設(shè)計(jì)過(guò)于保守，使得受彎裂縫擴(kuò)展尚未進(jìn)入穩(wěn)定階段，此時(shí)最大裂縫寬度往往較小且在規(guī)范限值之內(nèi)，安全性有保障；2、施工質(zhì)量不佳造成的鋼筋與混凝土粘結(jié)性能差以及鋼筋銹蝕引起的粘結(jié)性能退化等，嚴(yán)重影響鋼筋與混凝土共同工作，此種情況應(yīng)特殊處理，不在本方法范圍之內(nèi)。l_m值偏小的原因主要有實(shí)測(cè)時(shí)將非結(jié)構(gòu)性裂縫當(dāng)做結(jié)構(gòu)裂縫對(duì)待或?qū)⒅饕Y(jié)構(gòu)裂縫的分支當(dāng)做新的結(jié)構(gòu)裂縫等。

步驟三：對(duì)實(shí)測(cè)最大裂縫寬度w_g，max與自重下的短期最大裂縫寬度w_ej及規(guī)范規(guī)定的裂縫寬度限值[w_g，max]進(jìn)行比較評(píng)定；具體如下：

當(dāng)w_g，max ≤w_ej時(shí)，總體裂縫寬度滿足設(shè)計(jì)要求，承載能力滿足設(shè)計(jì)要求，評(píng)定結(jié)束；此時(shí)不進(jìn)行應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度的分離；

當(dāng)w_ej<w_g，max≤[w_g，max]時(shí)，總體裂縫寬度滿足規(guī)范要求，承載能力滿足規(guī)范要求，評(píng)定結(jié)束；此時(shí)不進(jìn)行應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度的分離；

當(dāng)w_g，max≥[w_g，max]時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度的分離；

其中，[w_g，max]= [w_max]- w_hj，[w_max]為橋梁檢測(cè)規(guī)范規(guī)定的裂縫寬度限值，w_hj為標(biāo)準(zhǔn)活載作用下的最大裂縫寬度，按公式w_hj=c_pM_活l_m/ (0.87A_sh₀ E_s)計(jì)算，M_活為標(biāo)準(zhǔn)活載作用下梁橋跨中截面的受彎彎矩；

說(shuō)明：根據(jù)現(xiàn)有鋼筋混凝土梁橋的試驗(yàn)及設(shè)計(jì)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)總體裂縫寬度滿足規(guī)范限值要求時(shí)，承載能力可以滿足要求。這里又細(xì)分為兩種情況：1、由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員通常額外保留設(shè)計(jì)承載能力的安全空間，設(shè)計(jì)要求高于規(guī)范規(guī)定，當(dāng)w_g，max ≤w_ej時(shí)，鋼筋混凝土梁安全性儲(chǔ)備高，直接判定承載能力滿足設(shè)計(jì)要求；2、當(dāng)w_ej<w_g，max≤[w_g，max]時(shí)，實(shí)際已經(jīng)存在自由變形裂縫寬度，但數(shù)值很小且總體裂縫寬度滿足規(guī)范限值要求，承載能力滿足規(guī)范要求。以上兩種情況下，可根據(jù)實(shí)際裂縫寬度近似反算鋼筋應(yīng)力，從而評(píng)估實(shí)際承載能力。本方法主要關(guān)注的是w_g，max≥[w_g，max]的情況，這也是服役鋼筋混凝土橋梁經(jīng)常存在且急需要評(píng)估其承載能力的情況，自由變形裂縫寬度的影響不可忽略，需要將應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度從總體裂縫寬度中分離出來(lái)。

服役鋼筋混凝土梁裂縫寬度的影響因素復(fù)雜，在長(zhǎng)期的使用中裂縫寬度增大的原因包括：受壓區(qū)混凝土發(fā)生徐變；混凝土彈性模量降低；受拉區(qū)裂縫間混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)退化，鋼筋平均應(yīng)變?cè)龃螅灰约笆軌簠^(qū)與受拉區(qū)混凝土收縮不一致，構(gòu)件曲率增大等?，F(xiàn)有研究表明，長(zhǎng)期服役的鋼筋混凝土梁，其受彎截面的平均應(yīng)變?nèi)苑掀浇孛婕俣?，中和軸位置基本保持不變（與上限荷載有關(guān)），且受壓區(qū)混凝土仍處于彈性階段，其應(yīng)力-應(yīng)變呈線性關(guān)系，但由于混凝土變形模量不斷降低，受拉區(qū)混凝土的裂縫寬度增大，造成了鋼筋混凝土梁的受彎剛度降低，結(jié)構(gòu)殘余變形增大，縱筋應(yīng)力增大。

受壓區(qū)混凝土變形模量的降低直接反映了結(jié)構(gòu)受力歷程的累積損傷效應(yīng)，根據(jù)受彎截面的平均應(yīng)變?nèi)苑掀浇孛婕俣?，受拉區(qū)混凝土受力條件下的裂縫寬度增大可通過(guò)受壓區(qū)混凝土變形模量降低分析計(jì)算，這在相關(guān)荷載疲勞試驗(yàn)研究中得到了證實(shí)，因此由受壓區(qū)混凝土變形模量和平截面假定推算的裂縫寬度，屬于應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度范疇。

在橋梁服役期內(nèi)，造成受壓區(qū)混凝土變形模量降低的原因，除了荷載及其疲勞作用外，溫度變化、收縮與徐變受到約束產(chǎn)生的應(yīng)力參與到長(zhǎng)期受力歷程中，以及長(zhǎng)期超載產(chǎn)生的高應(yīng)力混凝土徐變損傷，將造成混凝土變形模量降低，因此這些因素引起的裂縫寬度擴(kuò)展也屬于應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度范疇。而未受到約束的混凝土收縮徐變、溫度變化等將引起梁橋的自由變形，未造成混凝土損傷，即受壓區(qū)混凝土的變形模量不變，主要對(duì)裂縫間混凝土與鋼筋之間的粘結(jié)退化有一定影響，但服役混凝土橋梁中混凝土與鋼筋仍共同工作，鋼筋平均應(yīng)變和結(jié)構(gòu)剛度也基本不變，所產(chǎn)生的裂縫寬度增大現(xiàn)象屬于自由變形裂縫寬度范疇。

受壓區(qū)混凝土變形模量降低包括了混凝土殘余應(yīng)變和自身“彈性模量”（卸載/再加載變形模量）退化兩部分，而混凝土長(zhǎng)期受力后的“彈性模量”是現(xiàn)場(chǎng)可以測(cè)試到的量值，因此，如何根據(jù)實(shí)測(cè)的“彈性模量”分析混凝土的殘余應(yīng)變，進(jìn)一步獲取應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度就是本方法的關(guān)鍵。

步驟四：當(dāng)實(shí)測(cè)最大裂縫寬度w_g，max大于裂縫寬度限值[w_g，max]時(shí)，根據(jù)鋼筋混凝土梁實(shí)際受力情況，將鋼筋混凝土梁跨中區(qū)域劃分為受壓區(qū)、受拉區(qū)及不受力的中性區(qū)。

步驟五：對(duì)跨中區(qū)域受壓區(qū)、受拉區(qū)及中性區(qū)的混凝土彈性模量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)；無(wú)損檢測(cè)的方法為超聲波無(wú)損檢測(cè)或沖擊彈性波無(wú)損檢測(cè)，在無(wú)損檢測(cè)時(shí)，跨中區(qū)域的受壓、受拉及不受力中性區(qū)的測(cè)區(qū)數(shù)量均不少于10個(gè)。

該無(wú)損檢測(cè)的具體步驟為，

步驟A：利用超聲波或沖擊彈性波P波的波速，測(cè)試出受壓區(qū)、受拉區(qū)及中性區(qū)混凝土的動(dòng)彈性模量E_d。

步驟B：確定結(jié)構(gòu)的動(dòng)彈性模量與波速V_p2的關(guān)系；對(duì)于在混凝土橋梁頂板或者腹板測(cè)試的P 波，其波速V_p2認(rèn)為是二維彈性波，按公式V_p2²=E_d/ρ(1-μ²) 確定其與結(jié)構(gòu)的動(dòng)彈性模量間的關(guān)系；

其中，ρ測(cè)試區(qū)域混凝土的密度，μ為測(cè)試區(qū)域混凝土的泊松比。

步驟C：對(duì)動(dòng)彈性模量E_d進(jìn)行修正；按公式E_cd=( E_d-ρ_sE_sd)/ (1-ρ_s) 對(duì)動(dòng)彈性模量E_d進(jìn)行修正；

其中：E_cd為修正后的混凝土的動(dòng)彈性模量；ρ_s為配筋率，根據(jù)設(shè)計(jì)值定；E_sd為鋼筋的動(dòng)彈性模量，取206Gpa。

步驟D：確定混凝土的靜彈性模量E_ct，按公式E_ct=0.83E_cd得到混凝土的靜彈性模量E_ct。

步驟E：確定中性區(qū)的混凝土彈性模量E_c及關(guān)鍵截面的受壓區(qū)的混凝土彈性模量E_r,在中性區(qū)域，其靜彈性模量E_ct即為混凝土彈性模量E_c；在受壓區(qū)域，其靜彈性模量E_ct即受壓區(qū)的混凝土彈性模量E_r。

步驟六：根據(jù)步驟五中無(wú)損檢測(cè)測(cè)得的中性區(qū)混凝土彈性模量E_c以及公式f_c,r=34.74/(100/E_c-2.2)，得出混凝土抗壓強(qiáng)度f_c,r。

當(dāng)混凝土為特種混凝土包括摻入粉煤灰的混凝土、摻入火山灰的混凝土以及以及摻入粒化高爐礦渣的混凝土等，對(duì)步驟六中的E_c和f_c,r關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定。

步驟七：根據(jù)步驟五中無(wú)損檢測(cè)測(cè)得的受壓區(qū)混凝土彈性模量E_r，得出跨中區(qū)域受壓區(qū)混凝土殘余應(yīng)變ε_p；具體步驟為，

步驟a:根據(jù)在關(guān)鍵截面受壓區(qū)域測(cè)得的受壓區(qū)混凝土彈性模量E_r以及公式，建立受壓區(qū)混凝土彈性模量E_r與靜力等效應(yīng)變ε_r關(guān)系，公式如下：

；

其中， 為混凝土受壓的應(yīng)力，為混凝土受壓損傷演化參數(shù)，為混凝土受壓的應(yīng)變。

步驟b：根據(jù)Berkeley加卸載模型給出的表示混凝土殘余應(yīng)變與靜力等效應(yīng)變的關(guān)系的公式，與步驟a中的所述的受壓區(qū)混凝土彈性模量E_r與靜力等效應(yīng)變ε_r關(guān)系的公式，綜合得出靜力等效應(yīng)變ε_r；

其中殘余應(yīng)變與靜力等效應(yīng)變的關(guān)系的公式如下：

。

步驟c：由公式得出ε_r對(duì)應(yīng)的靜力等效應(yīng)力σ_r，從而根據(jù)公式ε_p=ε_r-σ_r/E_r進(jìn)一步得出混凝土殘余應(yīng)變值ε_p。

步驟八：比較受壓區(qū)混凝土殘余應(yīng)變值ε_p與0.4ε_c,r的大小，評(píng)定鋼筋混凝土梁的損傷程度界限狀態(tài)，其中ε_c,r為混凝土的峰值應(yīng)變；評(píng)定步驟具體為：

當(dāng)混凝土殘余應(yīng)變ε_p>0.4ε_c,r時(shí)，鋼筋混凝土梁破損嚴(yán)重、失效，不具有維修加固價(jià)值；

當(dāng)混凝土殘余應(yīng)變ε_p≦0.4ε_c,r時(shí)，繼續(xù)對(duì)鋼筋混凝土梁的受彎裂縫狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

步驟九：當(dāng)受壓區(qū)混凝土殘余應(yīng)變ε_p≤0.4ε_c,r時(shí)，根據(jù)公式σ_e =M_g Z_c /I_cr得出自重作用下的跨中截面受壓區(qū)混凝土彈性應(yīng)力σ_e；其中，I_cr為跨中開(kāi)裂截面的慣性矩，Z_c為跨中開(kāi)裂截面的受壓區(qū)高度,

其中，I_cr為跨中開(kāi)裂截面的慣性矩，Z_c為跨中開(kāi)裂截面的受壓區(qū)高度,M_g為自重作用下梁橋跨中截面的受彎彎矩。

步驟十：根據(jù)公式ε_e=σ_e/E_r得出受壓區(qū)混凝土彈性應(yīng)變ε_e，并根據(jù)公式ε_c=ε_e+ε_p得到受壓區(qū)混凝土總應(yīng)變ε_c。

說(shuō)明：這里考慮了受壓混凝土彈性模量的退化，由σe和E_r計(jì)算εe；根據(jù)受壓混凝土總應(yīng)變εc對(duì)受彎截面應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行分析，由公式εs=εc×(h-c-Zc)/ Zc得出受拉縱筋的總應(yīng)變εs，從而得到受拉縱筋的實(shí)際應(yīng)力，可進(jìn)一步評(píng)估結(jié)構(gòu)的承載能力，其中c為混凝土保護(hù)層厚度。

步驟十一：得出應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_c，包括有應(yīng)力相關(guān)平均裂縫寬度w_c，m 和應(yīng)力相關(guān)最大裂縫寬度w_c，max；先根據(jù)公式w_c，m=ε_c×l_m×(h–Z_c)/ Z_c得出梁底受拉邊緣的應(yīng)力相關(guān)的平均裂縫寬度w_c，m，然后根據(jù)公式w_c，max= c_p×w_c，m得出梁底受拉邊緣的應(yīng)力相關(guān)最大裂縫寬度w_c，max。

步驟十二：分離出自由變形裂縫寬度w_z，包括有自由變形平均裂縫寬度w_z，m和自由變形最大裂縫寬度w_z，max;根據(jù)公式w_z，m= w_g，m–w_c，m得出自由變形平均裂縫寬度w_z，m，根據(jù)公式w_z，max= c_p×w_z，m得出自由變形最大裂縫寬度w_z，max；

步驟十三：分離出長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_f；包括有長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)最大裂縫寬度w_f，max和長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)平均裂縫寬度w_f，m；根據(jù)公式w_f,max=w_c,max-w_ej得出長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)最大裂縫寬度w_f,max，根據(jù)公式w_f,m= w_c,m – w_ej得出長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)平均裂縫寬度w_f,m；

步驟十四：根據(jù)分離得到的應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_c評(píng)估結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)的承載能力，根據(jù)分離得出的自由變形裂縫寬度w_z分析非荷載因素的影響，并根據(jù)分離得出的長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_f分析長(zhǎng)期應(yīng)力作用的影響。

說(shuō)明：通過(guò)步驟十一至步驟十四，實(shí)現(xiàn)了自重下實(shí)際總體裂縫寬度中應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度與自由變形裂縫寬度的分離，進(jìn)一步分離出長(zhǎng)期應(yīng)力相關(guān)裂縫寬度w_f，在此基礎(chǔ)上，可評(píng)估鋼筋混凝土橋梁的工作狀態(tài)，并進(jìn)一步評(píng)估結(jié)構(gòu)的承載能力；同時(shí)也為分析長(zhǎng)期應(yīng)力作用和非荷載因素（混凝土收縮徐變等）的影響提供技術(shù)支持。

本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)型式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。