大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工應(yīng)力監(jiān)測中的幾個問題1

　　一、前言

　　近幾年，我院承擔(dān)了十余座大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工應(yīng)力監(jiān)測任務(wù)。有斜拉橋、連續(xù)梁及剛構(gòu)等多種橋式。在完成合同規(guī)定任務(wù)的同時，為了提高測試質(zhì)量還做了不少的試驗和探討。根據(jù)對混凝土橋梁施工應(yīng)力的觀測，發(fā)現(xiàn)目前還有些問題沒有很好的解決，及時總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，不斷地提高測試質(zhì)量，是當(dāng)前橋梁建設(shè)發(fā)展的需要。

　　隨著橋梁事業(yè)的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁得到廣泛應(yīng)用，不同橋式的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁在不斷興建，跨度逐步加大，結(jié)構(gòu)也向薄壁輕型發(fā)展，懸臂施工中不安全因素隨之增大。為了避免安裝應(yīng)力失控，有更多的橋梁對施工進(jìn)行監(jiān)控，對施工應(yīng)力測試也提出了更高的要求?，F(xiàn)在施工應(yīng)力測試技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上橋梁工程發(fā)展的需要。轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　本文在總結(jié)多年來大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工應(yīng)力測試的基礎(chǔ)上，針對當(dāng)前測試存在的問題，談?wù)勌岣邷y試精度、確保測試質(zhì)量的具體方法。

　　二、提高測試質(zhì)見的探討

　　混凝土為非勻質(zhì)材料，除受力變形外還有多種因素同樣引起變形。目前對混凝土應(yīng)力直接測試尚無完善的方法，仍是通過應(yīng)變量測再進(jìn)行換算，由于多種變形的摻入，使得測試工作變得十分復(fù)雜。

　　溫度對橋梁結(jié)構(gòu)影響很明顯可分兩個方面，一是結(jié)構(gòu)隨溫度變化發(fā)生變形，即熱脹冷縮;另外由日照等原因引起結(jié)構(gòu)溫差，溫差對結(jié)構(gòu)影響大，也很復(fù)雜。轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　濕度對混凝土結(jié)構(gòu)影響也比較明顯，近來采用泵送混凝土，由于水和水泥用量的增多，于縮變形也隨之變大。

　　混凝土自身體積變化是由內(nèi)部膠凝材料的水化作用引起的變形，對結(jié)構(gòu)有影響，但不太明顯。

　　徐變是混凝土特性之一，在荷載不變情況下，變形在不斷增加。它對結(jié)構(gòu)受力影響明顯，也很復(fù)雜。

　　關(guān)于混凝土變形總起來可歸納為兩類：一類是混凝土受力變形，包括荷載彈性變形、徐變變形及溫差引起的變形;另一類為體積變形，是指混凝土溫度變形、濕度變形及自身體積變形等。可用下式表示：

　　ε總=ε受力+ε體積=(ε何載+ε徐變+ε溫差)+(ε溫+ε濕+ε自)

　　施工應(yīng)力測試就是將觀測部位在不同工況下由荷載引起彈性應(yīng)變。荷載量測出來，用下式換算出應(yīng)力

　　σ荷=Eε荷載

　　式中，E為彈性模量。

　　而應(yīng)變測值包括了上述兩類變形。為了得到較準(zhǔn)確的荷載應(yīng)變，多年來一直研究如何把其他應(yīng)變從測值中分離出來。

　　1.體積變形補償方法的試驗

　　水工大壩的監(jiān)測一直采用雙壁筒式無應(yīng)力計，它由雙層鐵皮筒和填在中間的軟材料構(gòu)成，見圖1。它可以消除荷載引起的變形。測值僅是混凝土體積變形，用來補償大壩混凝土體積變形。轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　70年代在九江長江大橋的沉井試驗中曾用這種無應(yīng)力計。在沉井尚未下沉?xí)r經(jīng)觀測就發(fā)現(xiàn)無應(yīng)力計的溫度與應(yīng)變計不一致。濕度相差更大，當(dāng)井壁混凝土于縮達(dá)200～300微應(yīng)變時，而無應(yīng)力計只有數(shù)十個微應(yīng)變，沉井下沉后，由于井壁浸水膨脹，差距才逐漸減小。

　　據(jù)分析由于簡內(nèi)混凝土周圍有鐵皮和軟材料包圍。影響熱傳導(dǎo)和水分散發(fā)，使箱內(nèi)外混凝土在溫度和濕度方面都出現(xiàn)了差異。

　　為了進(jìn)一步驗證還制作了混凝土試塊，同時埋設(shè)工作應(yīng)變計和無應(yīng)力計。試塊灌注后養(yǎng)生期間就發(fā)現(xiàn)二者逐漸產(chǎn)生了差別，隨著齡期增長差別越來越大。此時的試塊沒有受力，應(yīng)變計測值也應(yīng)和無應(yīng)力計一樣都是體積變形，二者不一致，證明筒式無應(yīng)力起不到補償作用。后來還試用過尺寸不同的混凝土塊，內(nèi)設(shè)同一型號的應(yīng)變計，作為補償塊。補償塊與結(jié)構(gòu)上對應(yīng)的混凝土同時灌注，同樣養(yǎng)生，測試時將補償塊放在觀測的部位，盡量保持同樣的條件。但由于補償塊體積小，界面多，熱傳導(dǎo)及水分散發(fā)比較快，后來也發(fā)現(xiàn)補償塊內(nèi)的溫度和濕度與結(jié)構(gòu)之間存在較大的差別。同樣起不到良好的補償作用。

　　以上教訓(xùn)使我們認(rèn)識到無應(yīng)力計補償效果好壞取決于在溫度和濕度方面能否與工作應(yīng)變計保持同步，為此我們將筒式無應(yīng)力計改為半筒式，見圖2。

　　為了試驗這種無應(yīng)力計補償效果，曾制作大型混凝土試塊，里面埋設(shè)幾種尺寸不同的半筒式無應(yīng)力計及對應(yīng)的工作應(yīng)變計(DI-100)，見圖3。將試塊放在露天和水下分別進(jìn)行較長時間的觀測，然后將試塊放在壓力機加載驗證無應(yīng)力計對荷載隔離效果。

　　圖4為試塊中一種無應(yīng)力計與應(yīng)變計在日照下觀測的"應(yīng)變-時間曲和"溫度一時間曲線"。圖5是試塊在水中觀測的無應(yīng)力計及應(yīng)變計的"應(yīng)變-時間曲線"和"溫度-時間曲線"。圖6是試塊在壓力機加載時的"應(yīng)變-荷載曲線"。從觀測曲線可以看出，尤應(yīng)力計不論在日照下和水中，它與應(yīng)變計在應(yīng)變和溫度方面基本上是同步的，隔離荷載效果也很好，試驗證明半筒式無應(yīng)力計有較好的補償效果。轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　此后一直使用這種無應(yīng)力計，據(jù)幾座橋的實測數(shù)據(jù)看，補償效果是令人滿意的。

　　有些橋梁在橫向未設(shè)預(yù)應(yīng)力，還可采用圖7所示補償形式，在垂直方向安裝同樣的應(yīng)變計，其測值經(jīng)過泊桑比的換算，同樣可進(jìn)行補償。這種補償形式安裝方便，不需其他設(shè)備，從使用效果看也很好。

　　上述兩種補償形式，要達(dá)到預(yù)期的補償效果，還有幾點應(yīng)弓愧注意。一是要設(shè)法將補償和工作的兩個應(yīng)變計埋設(shè)距混凝土表面同等，只有這樣才能使兩者在溫度和濕度保持同步;二是無應(yīng)力計和應(yīng)變計應(yīng)選擇溫度場相同或接近的位置進(jìn)行埋設(shè);三是工作和補償?shù)膬蓚€應(yīng)變計必須同一型號、同批生產(chǎn)。如果兩者主要參數(shù)相同或相近補償效果會更好。

　　2.減少溫差及徐變影響的措施

　　橋梁結(jié)構(gòu)的溫差多來自日照，氣溫驟降也能形成溫差。根據(jù)觀測，日照引起的梁頂與梁底溫差可達(dá)17～19℃。它能使某些部位產(chǎn)生相當(dāng)大的溫度應(yīng)力。也可能使施工中懸臂端產(chǎn)生較大的變位。具體與結(jié)構(gòu)本身力學(xué)特性及周圍約束有關(guān)。由于日照引起的溫度場本身又是隨機變量。所以溫差給結(jié)構(gòu)帶來影響相當(dāng)復(fù)雜。

　　減少溫差影響有效方法是早晨日出之前進(jìn)行量測。日照形成的溫差經(jīng)過一夜基本上趨于平穩(wěn)。只有封閉箱內(nèi)外有溫差，但影響不大。早晨不但是梁的各部位溫差最小，而且全橋的各部分溫差也最小。因此早晨日出之前進(jìn)行量測是消除溫差影響有效的方法。

　　混凝土徐變變形受多種因素影響，比較復(fù)雜。其中徐變變形大小與加載齡期長短有關(guān)。減少徐變的影響，可采用加密量測次數(shù)，取每次加載前后相對值累計辦法，有一定效果。 懸臂施工中每澆筑(或拼裝)一個梁段需要一定時間，測試可將其中幾個荷載變化比較大的工序選出來。如移掛籃、綁鋼筋、澆混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力等，在這些工序進(jìn)行前后分別進(jìn)行量測，取前后差值疊加累積。這樣雖然不可能將徐變影響完全分離出去，但總可以減少一部分誤差。

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