混凝土橋梁監(jiān)測應力真實值分析方法研究

【摘要】鋼弦式應力計在混凝土結構中的應力監(jiān)測中得到廣泛應用，但其測讀值與其混凝土中的真實應力值往往存在較大的差別。本文在分析了橋梁施工應力監(jiān)測中應力誤差產(chǎn)生原因的基礎上，對誤差進行了分類，提出了一套誤差值及監(jiān)測應力真實值的計算方法，并指出了應力監(jiān)測中避免誤差的一些工作方法。在此基礎上，給出了利用上述方法在某大橋施工監(jiān)測過程中的應力監(jiān)測和分析結果，實踐表明，該方法是一種尋求橋梁施工監(jiān)測應力真值的有效方法，可供類似工作借鑒。

【關鍵詞】橋梁施工；施工控制；橋梁試驗；應力監(jiān)測

1. 引言

近年來，為避免在橋梁（特別是大跨度橋梁）施工或運營過程中突然出現(xiàn)重大事故，希望能夠隨時了解和掌握橋梁的承載力和工作（安全）狀況，對橋梁進行了多項內(nèi)容的監(jiān)測，包括撓度、橫向位移、應力、斜拉橋的索力。這些工作將起到確保橋梁施工安全、運營安全、延長使用壽命的作用，并希望能通過早期發(fā)現(xiàn)橋梁病害，及時維修，以節(jié)約橋梁的維修費用，提高橋梁的綜合使用效益［1 ］。這就要求所進行的監(jiān)測數(shù)據(jù)能反映橋梁的實際狀況，才能根據(jù)這些數(shù)據(jù)對橋梁工作狀態(tài)做出正確的判斷。在這些監(jiān)測數(shù)據(jù)中，安全性監(jiān)測中的一個重要參數(shù)就是——應力，但是通常我們直接從監(jiān)測元器件上所得到的監(jiān)測應力數(shù)值往往存在以下問題而不能直接使用：（1）絕對誤差和相對誤差均較大，（2）相同條件下的（甚至同一）測點所測得應力數(shù)值離散性大，規(guī)律性差。必須對監(jiān)測得到的這些應力數(shù)據(jù)進行分析，找出誤差產(chǎn)生的原因和誤差值的大小，進行去偽存真處理后才能使用，而產(chǎn)生誤差的原因較多、產(chǎn)生誤差量又有很大差別，因此，應力監(jiān)測成為橋梁監(jiān)測中最困難和復雜的內(nèi)容之一，有必要對監(jiān)測應力數(shù)值的真?zhèn)芜M行仔細的研究，找出適當?shù)姆治鲛k法，從監(jiān)測的應力數(shù)值中尋得應力真實值。

在當今的橋梁監(jiān)測中的各種應力傳感器，其原理基本上都是利用傳感器與所在點梁體的一致性物理伸長或縮短的這種變化來感應梁體內(nèi)的應力的。而梁體的伸長或縮短并不一定是梁體內(nèi)應力的增加或減少引起的。這就是當今橋梁監(jiān)測中應力監(jiān)測的困難所在了。

現(xiàn)在先將本文中常常用到的幾個名詞進行定義。“測讀應力”，是指通過測試元器件在監(jiān)測點測讀應變直接換算得到的應力（包括經(jīng)相應計算式計算）。本文“誤差”，是指測讀應力與監(jiān)測點梁體內(nèi)的真實應力的差，這種差的絕對值可能比真實應力值還要大。“監(jiān)測應力”，是指將“測讀應力”進行修正后，梁體中的真實應力。本文只對鋼弦式傳感器進行分析。

2. 應力監(jiān)測誤差產(chǎn)生的原因

在橋梁的應力監(jiān)測工作中，往往通過測試裝置（儀器）獲得一系列的數(shù)據(jù)，評定這些數(shù)據(jù)的精確程度就是誤差。測試過程中，無論采用多么完善的測試裝置和方法，也無論測試人員怎樣細心，都會存在誤差。因此誤差是不可避免的，但是也只有用適當方法找出誤差，獲得真值，才能根據(jù)測試數(shù)據(jù)，做出正確判斷。要找出誤差，必須先找出產(chǎn)生誤差的原因。本文以懸臂法施工控制監(jiān)測為重點來分析監(jiān)測應力產(chǎn)生誤差的原因。

2.1混凝土收縮徐變引起的誤差 。在橋梁懸臂施工監(jiān)測中，隨著施工的進展，不斷地在相應的預定位置埋置傳感器，隨著橋梁的繼續(xù)施工，通過這些傳感器，將測讀到傳感器所在點的變形變化量的總和。這些總的變形量不僅反映由于荷載和外力的變化引起的應力變化；同時也反映了溫度變化、砼收縮、徐變的影響，其中砼收縮、徐變量的大小直接對傳感器讀數(shù)產(chǎn)生較大的影響，并且有時間累積效應，在懸臂澆筑階段，主梁結構可以自由收縮，混凝土的收縮并不能在主梁中產(chǎn)生應力，可是該收縮量將在主梁中預埋的傳感器上反映出來，因此從傳感器測量出的測試點的砼應力，并不能代表所測點所受的真實應力。事實上，它往往夸大了混凝土中的真實應力，這個收縮值所引起的誤差是施工監(jiān)測中應力絕對誤差最大的一部分。在傳感器最初埋設的30天內(nèi)，混凝土將有很大的收縮量，可在傳感器中產(chǎn)生8～15MPa的測讀應力。