摘要：分析了大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)中存在的問題，介紹了改進(jìn)措施及提高測(cè)試精度的具體方法。
關(guān)鍵詞：施工應(yīng)力 測(cè)試 量測(cè) 補(bǔ)償 無應(yīng)力計(jì) 工作應(yīng)變計(jì) 電阻差動(dòng)式 振弦式
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(cè)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(shí)，為了提高測(cè)試質(zhì)量還做了不少的試驗(yàn)和探討。根據(jù)對(duì)混凝土橋梁施工應(yīng)力的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)目前還有些問題沒有很好的解決，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷地提高測(cè)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(duì)施工進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)施工應(yīng)力測(cè)試也提出了更高的要求?，F(xiàn)在施工應(yīng)力測(cè)試技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上橋梁工程發(fā)展的需要。
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(cè)試的基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)前測(cè)試存在的問題，談?wù)勌岣邷y(cè)試精度、確保測(cè)試質(zhì)量的具體方法。
二、提高測(cè)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(duì)混凝土應(yīng)力直接測(cè)試尚無完善的方法，仍是通過應(yīng)變量測(cè)再進(jìn)行換算，由于多種變形的摻入，使得測(cè)試工作變得十分復(fù)雜。
溫度對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)影響很明顯可分兩個(gè)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(duì)結(jié)構(gòu)影響大，也很復(fù)雜。
濕度對(duì)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(duì)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(duì)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?？捎孟率奖硎荆害趴?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(cè)試就是將觀測(cè)部位在不同工況下由荷載引起彈性應(yīng)變。荷載量測(cè)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(cè)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(cè)值中分離出來。
1.體積變形補(bǔ)償方法的試驗(yàn)
水工大壩的監(jiān)測(cè)一直采用雙壁筒式無應(yīng)力計(jì)，它由雙層鐵皮筒和填在中間的軟材料構(gòu)成，它可以消除荷載引起的變形。測(cè)值僅是混凝土體積變形，用來補(bǔ)償大壩混凝土體積變形。
70年代在九江長(zhǎng)江大橋的沉井試驗(yàn)中曾用這種無應(yīng)力計(jì)。在沉井尚未下沉?xí)r經(jīng)觀測(cè)就發(fā)現(xiàn)無應(yīng)力計(jì)的溫度與應(yīng)變計(jì)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(shí)，而無應(yīng)力計(jì)只有數(shù)十個(gè)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(jiǎn)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(yàn)證還制作了混凝土試塊，同時(shí)埋設(shè)工作應(yīng)變計(jì)和無應(yīng)力計(jì)。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(zhǎng)差別越來越大。此時(shí)的試塊沒有受力，應(yīng)變計(jì)測(cè)值也應(yīng)和無應(yīng)力計(jì)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(bǔ)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(hào)的應(yīng)變計(jì)，作為補(bǔ)償塊。補(bǔ)償塊與結(jié)構(gòu)上對(duì)應(yīng)的混凝土同時(shí)灌注，同樣養(yǎng)生，測(cè)試時(shí)將補(bǔ)償塊放在觀測(cè)的部位，盡量保持同樣的條件。但由于補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償作用。
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(cè)，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(chǎng)本身又是隨機(jī)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(cè)。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(cè)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(zhǎng)短有關(guān)。減少徐變的影響，可采用加密量測(cè)次數(shù)，取每次加載前后相對(duì)值累計(jì)辦法，有一定效果。 懸臂施工中每澆筑(或拼裝)一個(gè)梁段需要一定時(shí)間，測(cè)試可將其中幾個(gè)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(cè)，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。
關(guān)鍵詞：施工應(yīng)力 測(cè)試 量測(cè) 補(bǔ)償 無應(yīng)力計(jì) 工作應(yīng)變計(jì) 電阻差動(dòng)式 振弦式
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(cè)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(shí)，為了提高測(cè)試質(zhì)量還做了不少的試驗(yàn)和探討。根據(jù)對(duì)混凝土橋梁施工應(yīng)力的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)目前還有些問題沒有很好的解決，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷地提高測(cè)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(duì)施工進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)施工應(yīng)力測(cè)試也提出了更高的要求?，F(xiàn)在施工應(yīng)力測(cè)試技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上橋梁工程發(fā)展的需要。
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(cè)試的基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)前測(cè)試存在的問題，談?wù)勌岣邷y(cè)試精度、確保測(cè)試質(zhì)量的具體方法。
二、提高測(cè)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(duì)混凝土應(yīng)力直接測(cè)試尚無完善的方法，仍是通過應(yīng)變量測(cè)再進(jìn)行換算，由于多種變形的摻入，使得測(cè)試工作變得十分復(fù)雜。
溫度對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)影響很明顯可分兩個(gè)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(duì)結(jié)構(gòu)影響大，也很復(fù)雜。
濕度對(duì)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(duì)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(duì)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?？捎孟率奖硎荆害趴?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(cè)試就是將觀測(cè)部位在不同工況下由荷載引起彈性應(yīng)變。荷載量測(cè)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(cè)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(cè)值中分離出來。
1.體積變形補(bǔ)償方法的試驗(yàn)
水工大壩的監(jiān)測(cè)一直采用雙壁筒式無應(yīng)力計(jì)，它由雙層鐵皮筒和填在中間的軟材料構(gòu)成，它可以消除荷載引起的變形。測(cè)值僅是混凝土體積變形，用來補(bǔ)償大壩混凝土體積變形。
70年代在九江長(zhǎng)江大橋的沉井試驗(yàn)中曾用這種無應(yīng)力計(jì)。在沉井尚未下沉?xí)r經(jīng)觀測(cè)就發(fā)現(xiàn)無應(yīng)力計(jì)的溫度與應(yīng)變計(jì)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(shí)，而無應(yīng)力計(jì)只有數(shù)十個(gè)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(jiǎn)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(yàn)證還制作了混凝土試塊，同時(shí)埋設(shè)工作應(yīng)變計(jì)和無應(yīng)力計(jì)。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(zhǎng)差別越來越大。此時(shí)的試塊沒有受力，應(yīng)變計(jì)測(cè)值也應(yīng)和無應(yīng)力計(jì)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(bǔ)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(hào)的應(yīng)變計(jì)，作為補(bǔ)償塊。補(bǔ)償塊與結(jié)構(gòu)上對(duì)應(yīng)的混凝土同時(shí)灌注，同樣養(yǎng)生，測(cè)試時(shí)將補(bǔ)償塊放在觀測(cè)的部位，盡量保持同樣的條件。但由于補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)償作用。
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(cè)，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(chǎng)本身又是隨機(jī)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(cè)。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(cè)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(zhǎng)短有關(guān)。減少徐變的影響，可采用加密量測(cè)次數(shù)，取每次加載前后相對(duì)值累計(jì)辦法，有一定效果。 懸臂施工中每澆筑(或拼裝)一個(gè)梁段需要一定時(shí)間，測(cè)試可將其中幾個(gè)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(cè)，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。