現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力檢測(cè)和監(jiān)測(cè)的運(yùn)用

蘭俊剛

（中交四公局第九工程有限公司， 北京 朝陽(yáng) 100102）

1 工程概況

某匝道跨線橋上部結(jié)構(gòu)為等截面預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，跨徑布置為3x22m。箱梁為單箱四室截面，梁中心高1.80m，頂板寬13.50m，厚0.25m，底板寬9.6m ，厚0.25m，腹板斜做，其水平投影寬0.45m，支點(diǎn)腹板厚0.65m，跨中0.45m，翼緣板懸臂寬1.5m ，橫坡最低處設(shè)置泄水孔。采用符合標(biāo)準(zhǔn)《預(yù)應(yīng)力混凝土用鋼絞線》(GB/T5224-2014)，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度f(wàn)pk=1860Mpa，彈性模量Ep=1.95×105Mpa，鋼絞線公稱直徑為15.2mm，公稱面積為140mm2。

2 智能張拉技術(shù)工作原理

智能張拉技術(shù)同我們傳統(tǒng)的張拉技術(shù)相比，最為本質(zhì)的區(qū)別就是[1]，將人為控制張拉過(guò)程改變?yōu)橛?jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的精確控制，完全避免了人為因素的影響。傳統(tǒng)的張拉設(shè)備無(wú)需計(jì)算機(jī)參與工作，油壓控制人為化，因而無(wú)法精確施加控制應(yīng)力。智能張拉系統(tǒng)集成了計(jì)算機(jī)控制軟件、通信數(shù)控控制模塊、液壓技術(shù)等最前沿的技術(shù)組成，因而能夠按照規(guī)范要求施加精確的控制應(yīng)力，保證張拉的質(zhì)量要求。智能張拉系統(tǒng)的千斤頂經(jīng)過(guò)了智能化的改裝，即增加了精確測(cè)量伸長(zhǎng)量和力值的傳感器，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)精確的顯示在電腦上，因而張拉過(guò)程明了，張拉數(shù)據(jù)是否合格直觀。典型的智能張拉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖2.1 所示，

圖2 .1張拉控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

智能張拉控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)張拉控制系統(tǒng)不同的是在千斤頂上安裝了壓力傳感器和位移傳感器，結(jié)合了A/D 來(lái)轉(zhuǎn)換無(wú)線發(fā)送給計(jì)算機(jī)主控系統(tǒng)。從而可以按照設(shè)定的程序進(jìn)行整個(gè)張拉過(guò)程中的進(jìn)、回油，以及持荷。

3 現(xiàn)澆箱梁有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)

3.1 反拉法檢測(cè)

3.1.1 檢測(cè)儀器及工作流程

反拉法檢測(cè)有效預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)為：錨索應(yīng)力傳感器、錨索測(cè)力自動(dòng)記錄儀、位移傳感器、位移自動(dòng)記。整個(gè)設(shè)備的安裝布置如圖3.1 所示。

圖3 .1錨下預(yù)應(yīng)力檢測(cè)安裝示意圖

3.1.2 檢測(cè)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)運(yùn)用的是某科研單位研發(fā)的錨下有效預(yù)應(yīng)力的檢測(cè)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)具體結(jié)果如表3.1 及3.2 所示。

3.2 等效質(zhì)量法有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)

3.2.1 計(jì)算參數(shù)的標(biāo)定

現(xiàn)場(chǎng)中，通過(guò)鋼筋計(jì)等方法能夠得到部分張力數(shù)據(jù)。如果是理想狀態(tài)時(shí)，這此數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)出線性分布的規(guī)律，但是在實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)往往集中于一個(gè)狹小的區(qū)域，不利于參數(shù)的標(biāo)定。

表3 .1反拉法有效預(yù)應(yīng)力計(jì)算

表3 .2結(jié)果對(duì)比

表3 .3 錨下預(yù)應(yīng)力計(jì)算參數(shù)

其中需要說(shuō)明的是，同類型梁的不同位置孔道標(biāo)定得出的數(shù)值不同，因此在計(jì)算時(shí)需按同類型梁同位置參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

3.2.2 試驗(yàn)檢測(cè)流程

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)過(guò)程中，需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)的具體的工作流程，其主要是考慮錨具有沒(méi)有進(jìn)行標(biāo)定，若施工現(xiàn)場(chǎng)中錨具并沒(méi)有進(jìn)行標(biāo)定的話，我們則是采用的單向張拉條件，標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)定不同張力且在三點(diǎn)石成以上，若是沒(méi)有單向張拉的條件，則在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)易標(biāo)定設(shè)計(jì)張力且只需要進(jìn)行一點(diǎn)，最終得到特征參數(shù)。若是已標(biāo)定的錨具則直接可以利用特征參數(shù)進(jìn)行同型錨具張力的測(cè)度。具體的試驗(yàn)檢測(cè)流程如下圖3.2所示[2]。

圖3 .2 等效質(zhì)量法檢測(cè)流程

3.2.3 試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

等效質(zhì)量法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)有效預(yù)應(yīng)力采用的是國(guó)內(nèi)一線科研單位設(shè)計(jì)研發(fā)的錨下有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)有效預(yù)應(yīng)力大小如表3.4所示，同理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比結(jié)果見表3.5。

3.3 磁通量法有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)

磁通量法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)采用的是國(guó)內(nèi)一線科研單位設(shè)計(jì)研發(fā)的錨下有效預(yù)應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)有效預(yù)應(yīng)力大小如表3.6所示，同理論計(jì)算結(jié)果對(duì)比結(jié)果見表3.7。

表3 .5 結(jié)果對(duì)比

表3 .6等效質(zhì)量法有效預(yù)應(yīng)力計(jì)算

表3 .7結(jié)果對(duì)比

4 不同溫度對(duì)有效預(yù)應(yīng)力的影響研究

溫度變化將導(dǎo)致物體的熱脹冷縮變形，溫度的變化將影響預(yù)應(yīng)力鋼絞線在混凝土的伸長(zhǎng)或者是縮短，其主要是影響了其溫度線膨脹系數(shù)，當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線要發(fā)生變形時(shí)由于混凝土的約束將在其自身內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。

大部分固體，當(dāng)溫度升高時(shí)，其長(zhǎng)度也會(huì)隨之增長(zhǎng)，其增加量與 0℃時(shí)

的長(zhǎng)度和溫度皆成正比。即：

其中0L 假定為 0℃時(shí)的長(zhǎng)度，L 為溫度 T 度時(shí)的長(zhǎng)度，α 為一比例常數(shù)，稱為線膨脹系數(shù)。若L1、L2分別為在溫度T1及T2時(shí)的長(zhǎng)度，則由式(4-2)得:

因 L1與 L2相差極微，故 L2≈ L1，故

其中 ΔL 表L2-L1, ΔT 表T2-T1。

目前，光纖光柵應(yīng)變傳感器由于其體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗能量少且重量較輕常常被用作長(zhǎng)期的應(yīng)變捕捉[3]。

為研究溫度對(duì)于有效預(yù)應(yīng)力的影響，一共在N1 預(yù)應(yīng)力筋的中部以及兩端各布置兩個(gè)光柵光纖應(yīng)變計(jì)。采集的時(shí)間為1 天（24 小時(shí)），每隔2 小時(shí)采集一次。不同時(shí)間點(diǎn)的光柵光纖應(yīng)變計(jì)差值（相對(duì)于晚上零點(diǎn)張拉完時(shí)）見下表所示。

表4 .1 不同時(shí)間點(diǎn)的光柵光纖應(yīng)變計(jì)的讀數(shù)測(cè)量值

每個(gè)測(cè)點(diǎn)應(yīng)變隨時(shí)間變化圖如下圖所示。

圖4 .1 不同時(shí)間溫度數(shù)據(jù)

圖4 .2 2#和4#測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間應(yīng)變數(shù)據(jù)

由表4.1 和圖4.1 和4.2 可知，不同時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的光柵光纖應(yīng)變計(jì)讀數(shù)值有差異，溫度隨著時(shí)間呈現(xiàn)出先升高再降低的規(guī)律，在下午兩點(diǎn)左右溫度達(dá)到最大值，此時(shí)鋼鉸線溫度為22.7 度左右，相應(yīng)的1#至6#測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值分別為34、34、35、35、36、35，隨著時(shí)間的變化，1#到6#測(cè)點(diǎn)的變化規(guī)律同溫度變化規(guī)律基本一致，同樣也是隨著時(shí)間的變化，應(yīng)變先升高再降低，溫度越高應(yīng)變?cè)酱?，溫度越低?yīng)變?cè)降汀?/p>

5 現(xiàn)澆箱梁有效預(yù)應(yīng)力長(zhǎng)期有效值監(jiān)測(cè)

通過(guò)布設(shè)的光柵光纖應(yīng)變傳感器進(jìn)行預(yù)應(yīng)力有效值時(shí)效研究。具體的做法是對(duì)光柵光纖應(yīng)變計(jì)讀數(shù)進(jìn)行間斷性的測(cè)量。測(cè)量時(shí)保證在同一溫度下進(jìn)行。長(zhǎng)期時(shí)效監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)見下表所示。

表5 .1 CFRP-混凝土加固橋梁長(zhǎng)期時(shí)效應(yīng)變數(shù)據(jù)

由表5.1可知，不同測(cè)點(diǎn)值同一時(shí)間內(nèi)應(yīng)變值相差很小，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)應(yīng)變值呈現(xiàn)了先增大后保持微小變化的趨勢(shì)，橋梁預(yù)應(yīng)力的應(yīng)變差值大致在一年左右后保持不變，預(yù)應(yīng)力初期應(yīng)變值差別不大。

6 本章小結(jié)

以某匝道連續(xù)箱梁橋?yàn)檠芯勘尘埃ㄟ^(guò)采用智能張拉方法對(duì)其預(yù)應(yīng)力進(jìn)行了張拉，同時(shí)分別采用反拉法、等效質(zhì)量法以及磁通量法對(duì)箱梁N1、N2、N3 有效預(yù)應(yīng)力進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明反拉法檢測(cè)結(jié)果比理論值大1.55%、1.12%和1.09%。等效質(zhì)量法檢測(cè)結(jié)果同理論計(jì)算相比分別偏小4.13%、4.15%和4.38%。磁通量法檢測(cè)結(jié)果同理論計(jì)算相比分別偏大4.14%、4.14%和4.00%。同時(shí)通過(guò)在預(yù)應(yīng)力的中部和兩端埋設(shè)光柵應(yīng)變計(jì)來(lái)觀察溫度對(duì)有效預(yù)應(yīng)力的影響，結(jié)果表明，不同時(shí)間點(diǎn)光柵光纖應(yīng)變計(jì)讀數(shù)值有差異，隨著溫度不同發(fā)生變化，溫度越高預(yù)應(yīng)力的應(yīng)變值越大，溫度越低應(yīng)變差值越小。最后通過(guò)對(duì)預(yù)應(yīng)力進(jìn)行長(zhǎng)期有效值的觀測(cè)可知時(shí)間的增長(zhǎng)應(yīng)變值呈現(xiàn)了先增大后保持微小變化的趨勢(shì)，橋梁預(yù)應(yīng)力的應(yīng)變差值大致在一年左右后保持不變，預(yù)應(yīng)力初期應(yīng)變值差別不大。