摘要：分析了大跨度預應力混凝土橋梁施工應力監測中存在的問(wèn)題，介紹了改進(jìn)措施及提高測試精度的具體方法。

　　關(guān)鍵詞：施工應力 測試 量測 補償 無(wú)應力計 工作應變計 電阻差動(dòng)式 振弦式

　　一、前言

　　近幾年，我院承擔了十余座大跨度預應力混凝土橋梁施工應力監測任務(wù)。有斜拉橋、連續梁及剛構等多種橋式。在完成合同規定任務(wù)的同時(shí)，為了提高測試質(zhì)量還做了不少的試驗和探討。根據對混凝土橋梁施工應力的觀(guān)測，發(fā)現目前還有些問(wèn)題沒(méi)有很好的解決，及時(shí)總結經(jīng)驗教訓，不斷地提高測試質(zhì)量，是當前橋梁建設發(fā)展的需要。

　　隨著(zhù)橋梁事業(yè)的發(fā)展，預應力混凝土橋梁得到廣泛應用，不同橋式的預應力混凝土橋梁在不斷興建，跨度逐步加大，結構也向薄壁輕型發(fā)展，懸臂施工中不安全因素隨之增大。為了避免安裝應力失控，有更多的橋梁對施工進(jìn)行監控，對施工應力測試也提出了更高的要求�，F在施工應力測試技術(shù)遠遠跟不上橋梁工程發(fā)展的需要。

　　本文在總結多年來(lái)大跨度預應力混凝土橋梁施工應力測試的基礎上，針對當前測試存在的問(wèn)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(jiàn)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。目前對混凝土應力直接測試尚無(wú)完善的方法，仍是通過(guò)應變量測再進(jìn)行換算，由于多種變形的摻入，使得測試工作變得十分復雜。

　　溫度對橋梁結構影響很明顯可分兩個(gè)方面，一是結構隨溫度變化發(fā)生變形，即熱脹冷縮；另外由日照等原因引起結構溫差，溫差對結構影響大，也很復雜。

　　濕度對混凝土結構影響也比較明顯，近來(lái)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部膠凝材料的水化作用引起的變形，對結構有影響，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。它對結構受力影響明顯，也很復雜。

　　關(guān)于混凝土變形總起來(lái)可歸納為兩類(lèi)：一類(lèi)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(lèi)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）

　　施工應力測試就是將觀(guān)測部位在不同工況下由荷載引起彈性應變。荷載量測出來(lái)，用下式換算出應力σ荷=Eε荷載式中，E為彈性模量。

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

　　1.體積變形補償方法的試驗

　　水工大壩的監測一直采用雙壁筒式無(wú)應力計，它由雙層鐵皮筒和填在中間的軟材料構成，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(lái)補償大壩混凝土體積變形。

　　70年代在九江長(cháng)江大橋的沉井試驗中曾用這種無(wú)應力計。在沉井尚未下沉時(shí)經(jīng)觀(guān)測就發(fā)現無(wú)應力計的溫度與應變計不一致。濕度相差更大，當井壁混凝土于縮達200～300微應變時(shí)，而無(wú)應力計只有數十個(gè)微應變，沉井下沉后，由于井壁浸水膨脹，差距才逐漸減小。

　　據分析由于簡(jiǎn)內混凝土周?chē)�有鐵皮和軟材料包圍。影響熱傳導和水分散發(fā)，使箱內外混凝土在溫度和濕度方面都出現了差異。

　　為了進(jìn)一步驗證還制作了混凝土試塊，同時(shí)埋設工作應變計和無(wú)應力計。試塊灌注后養生期間就發(fā)現二者逐漸產(chǎn)生了差別，隨著(zhù)齡期增長(cháng)差別越來(lái)越大。此時(shí)的試塊沒(méi)有受力，應變計測值也應和無(wú)應力計一樣都是體積變形，二者不一致，證明筒式無(wú)應力起不到補償作用。后來(lái)還試用過(guò)尺寸不同的混凝土塊，內設同一型號的應變計，作為補償塊。補償塊與結構上對應的混凝土同時(shí)灌注，同樣養生，測試時(shí)將補償塊放在觀(guān)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，熱傳導及水分散發(fā)比較快，后來(lái)也發(fā)現補償塊內的溫度和濕度與結構之間存在較大的差別。同樣起不到良好的補償作用。

　　2.減少溫差及徐變影響的措施

　　橋梁結構的溫差多來(lái)自日照，氣溫驟降也能形成溫差。根據觀(guān)測，日照引起的梁頂與梁底溫差可達17～19℃。它能使某些部位產(chǎn)生相當大的溫度應力。也可能使施工中懸臂端產(chǎn)生較大的變位。具體與結構本身力學(xué)特性及周?chē)�約束有關(guān)。由于日照引起的溫度場(chǎng)本身又是隨機變量。所以溫差給結構帶來(lái)影響相當復雜。

　　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(guò)一夜基本上趨于平穩。只有封閉箱內外有溫差，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，比較復雜。其中徐變變形大小與加載齡期長(cháng)短有關(guān)。減少徐變的影響，可采用加密量測次數，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(gè)梁段需要一定時(shí)間，測試可將其中幾個(gè)荷載變化比較大的工序選出來(lái)。如移掛籃、綁鋼筋、澆混凝土、張拉預應力等，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。

　　三、關(guān)于測試元件的選用

　　大跨度混凝土橋梁施工應力測試有不少條件限制和一定的困難，因此對測試元件要求也很高。一，測試時(shí)間較長(cháng)，一般在一年左右，有些還要長(cháng)，要求測試元件長(cháng)期穩定性好；二，荷載增減頻繁，但每次變化量不一定很大，因此要求測試元件靈敏度要高；三、橋梁多為薄壁結構，鋼筋密又沒(méi)有預應力，元件埋設困難，元件體積盡可能小，構造簡(jiǎn)單，不易損壞；四、測點(diǎn)比較分散，電線(xiàn)、電纜分散在橋面上，由于施工干擾碰傷砸斷經(jīng)常發(fā)生，因此元件最好有較強的適應性。

　　根據上述要求，以前多使用電阻差動(dòng)式（DI一100）應變計，它在靈敏度和長(cháng)期穩定性方面都能滿(mǎn)足要求。體積小安裝埋設也比較方便，但它是利用“電阻變化”的原理做成的傳感器，容易受溫度的影響，除元件本身受溫度影響需隨時(shí)修正外，其電纜及接頭的變化也給測值造成波動(dòng)。本來(lái)混凝土結構的測試就很復雜，再加上元件本身易受外來(lái)干擾，更增加測試工作的困難。

　　后改用振弦式應變計，它在長(cháng)期穩定和靈敏度方面同樣能滿(mǎn)足要求，另外它是通過(guò)振頻變化轉換數據的，從構造看鋼弦和外殼同樣是鋼質(zhì)，熱膨脹系數基本一致，因此對溫度變化不敏感，對導線(xiàn)要求也不高。改用振弦式元件后不但整理數據簡(jiǎn)單省事，而且從測試結果看規律性也好。

　　但振弦式元件目前還沒(méi)有統一標準，生產(chǎn)廠(chǎng)家多是地方小廠(chǎng)，其中的關(guān)鍵是對鋼弦的處理。如處理不到位，在長(cháng)期測試中易于松弛，造成零點(diǎn)飄移，給數據分析帶來(lái)麻煩。使用前最好提前半年購置，然后觀(guān)測零點(diǎn)穩定情況。另外還要選擇少數進(jìn)行重標定，校核廠(chǎng)家的標定曲線(xiàn)。

　　目前振弦式應變計外殼多用鋼管，有的鋼管壁厚，使用前應檢查應變計本身的剛度，如大于同截面混凝土剛度時(shí)，還要通過(guò)試驗找出兩者剛度比對測值進(jìn)行修正。

　　振弦式應變計因構造關(guān)系，對拉應力測試誤差大，當觀(guān)測部位有拉應力出現時(shí)，應改用其他測試元件。

　　四、關(guān)于測試中幾個(gè)應注意的問(wèn)題

　�。�1）施工應力監測涉及到的資料和數據很多。除設計資料外，施工方面也很多，如施工工藝、施工方案、施工組織設計及掛籃、模板有關(guān)數據。橋上主要施工機具設備的重量及其他施工荷載等。事前應認真收集、仔細調查。

　　對結構進(jìn)行理論分析計算十分必要。測試應根據需要建立自己的計算系統。事先對觀(guān)測部位在各種工況下的應力狀態(tài)進(jìn)行分析和計算，做到心中有數。

　�。�2）應變計安裝要經(jīng)歷混凝土澆注、振搗及混凝土硬化等過(guò)程。尤其是混凝土硬化是一個(gè)很復雜的變化過(guò)程，有水化熱溫升和自身體積的收縮。由于溫度場(chǎng)及于縮變化不均，往往造成殘余應力會(huì )影響應變計，造成讀數波動(dòng)大也不穩定。為了確定測點(diǎn)初始值，混凝土澆注后應當跟蹤觀(guān)測，以穩定后的測值作為初始值。有些測點(diǎn)需較長(cháng)時(shí)間才能穩定，又要配合施工進(jìn)行量測，對這部分測點(diǎn)，當發(fā)現數據有明顯不合理時(shí)，可以進(jìn)行適當調整。

　�。�3）大跨度橋梁施工過(guò)程中，不可避免會(huì )出現一些問(wèn)題，有時(shí)會(huì )打亂正常施工順序，施工荷載也會(huì )變化，測試時(shí)應注意變化，并作好記錄。不少變化將直接影響測試結果。

　　另外測試中發(fā)現個(gè)別測點(diǎn)異常，應及時(shí)檢查，發(fā)現干擾盡快排除。根據經(jīng)驗，當測點(diǎn)附近停放施工機具材料或因上面有積水，也會(huì )給測試結果帶來(lái)影響。

　�。�4）對能反映結構工作特性應力比較集中的測試部位，應適當多設元件，以防安裝或測試過(guò)程中造成損壞而測不到關(guān)鍵數據，還可以采用不同的手段或其他類(lèi)型元件，同時(shí)進(jìn)行測試。

　�。�5）由于混凝土性質(zhì)有變易性，在施工應力測試中，應根據工地實(shí)際情況，做一些有關(guān)混凝土性質(zhì)的試驗和觀(guān)測，如混凝土彈性模量、于縮量，如有條件還可進(jìn)行其他方面觀(guān)測，利用這些數據對測試資料進(jìn)行分析，可能減少一部分誤差。

　�。�6）觀(guān)測資料除及時(shí)整理交委托單位外，還要進(jìn)行系統分析，發(fā)現不正�；蜻^(guò)大偏差時(shí)，找出原因，盡早地進(jìn)行修正。從以往觀(guān)測資料看，實(shí)測與理論計算總有差距。測試數據與計算值存在偏差是正常的，施工中懸澆塊件超重，施工荷載變化，徐變造成的誤差及測試元件和儀器的誤差，都會(huì )給測值帶來(lái)偏差。

　�。�7）正因為施工應力測試工作難度比較大，所以要組織有一定經(jīng)驗人員長(cháng)駐現場(chǎng)，除認真細致進(jìn)行測試工作外，還要不斷分析研究，探討提高測試精度。從以前測試情況看，參與測試的工作人員的責任心和工作態(tài)度是測試能否取得可靠數據的關(guān)鍵。

　　五、結語(yǔ)

　　綜上所述，對大跨度預應力混凝土橋梁施工應力監測，至今仍有不少問(wèn)題沒(méi)有更好的解求方法。在科學(xué)的方法沒(méi)有建立之前，經(jīng)驗的積累十分重要。當前由于工程發(fā)展需要，正推動(dòng)這項測試工作不斷開(kāi)展，在這大好的時(shí)機中，只要堅持不斷地實(shí)踐，不斷地分析總結，不斷地試驗探索，必將使混凝土橋梁施工應力測試工作更快地走向完善。