预应力混凝土结构在使用过程中,由于混凝土压缩、收缩、徐变,钢筋的应力松弛等因素会导致预应力筋的预应力损失。预应力筋中现存的预应力及实际受力状况与结构的工作状态密切相关,所以预应力损失的检测是预应力结构健康检测和监测的重要内容。本文将从结构的动力性能出发,通过结构的模态参数变化检测预应力筋的预应力损失。重点探讨无粘结全预应力梁的频率与预应力损失之间的关系。 本文中制作了 2 根无粘结预应力混凝土梁和 3 根有粘结预应力混凝土梁。对预应力梁分级施加预应力,分别测试在各级预应力状态下试验梁的前 4 阶频率,分析预应力变化和频率变化之间的关系,用以模拟预应力损失引起的频率变化。试验结果表明:随着预应力的增加,梁的频率不断上升,当预应力增加到一定程度时,梁的频率稍有下降。 论文中按照梁式压杆两端承受压力的动力模型建立了预应力混凝土梁的有限元计算模型,进行了试验梁的频率和振型的计算。计算结果显示:频率计算值随着梁中预应力的增加而不断减小;这一结论与试验结果相反。造成这种结果的主要原因:一是没有考虑到混凝土是一种非均质材料,在其凝结硬化过程中已经存在一些初始微裂缝,在预压应力作用下微裂缝闭合,致使梁的整体刚度增加、梁的频率上升;另外一个因素是由于一根钢筋在受拉时会随着拉力的增加频率升高,即预应力筋中拉力的存在增加了梁的整体刚度。论文从这两方面入手对有限元计算模型进行了修正。 本文推导了模态参数(频率和振型)对张拉力变化的敏感系数计算公式。利用修正过的动力有限元模型计算出模态参数对张拉力的灵敏度值,用计算得到的灵敏度值和试验得到的频率变化量预测张拉力的变化,效果良好。