現(xiàn)澆箱梁預(yù)應(yīng)力檢測和監(jiān)測的運用

蘭俊剛

（中交四公局第九工程有限公司， 北京 朝陽 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)強度fpk=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]，將人為控制張拉過程改變?yōu)橛嬎銠C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)備無需計算機參與工作，油壓控制人為化，因而無法精確施加控制應(yīng)力。智能張拉系統(tǒng)集成了計算機控制軟件、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)過了智能化的改裝，即增加了精確測量伸長量和力值的傳感器，通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)精確的顯示在電腦上，因而張拉過程明了，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 來轉(zhuǎn)換無線發(fā)送給計算機主控系統(tǒng)。從而可以按照設(shè)定的程序進行整個張拉過程中的進、回油，以及持荷。

3 現(xiàn)澆箱梁有效預(yù)應(yīng)力檢測

3.1 反拉法檢測

3.1.1 檢測儀器及工作流程

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

圖3 .1錨下預(yù)應(yīng)力檢測安裝示意圖

3.1.2 檢測結(jié)果

現(xiàn)場實測運用的是某科研單位研發(fā)的錨下有效預(yù)應(yīng)力的檢測系統(tǒng)，現(xiàn)場實測具體結(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

3.2.1 計算參數(shù)的標(biāo)定

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

表3 .1反拉法有效預(yù)應(yīng)力計算

表3 .2結(jié)果對比

表3 .3 錨下預(yù)應(yīng)力計算參數(shù)

其中需要說明的是，同類型梁的不同位置孔道標(biāo)定得出的數(shù)值不同，因此在計算時需按同類型梁同位置參數(shù)進行計算。

3.2.2 試驗檢測流程

現(xiàn)場檢測過程中，需要根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況進行試驗檢測的具體的工作流程，其主要是考慮錨具有沒有進行標(biāo)定，若施工現(xiàn)場中錨具并沒有進行標(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石成以上，若是沒有單向張拉的條件，則在現(xiàn)場進行簡易標(biāo)定設(shè)計張力且只需要進行一點，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)進行同型錨具張力的測度。具體的試驗檢測流程如下圖3.2所示[2]。

圖3 .2 等效質(zhì)量法檢測流程

3.2.3 試驗檢測結(jié)果

等效質(zhì)量法現(xiàn)場檢測有效預(yù)應(yīng)力采用的是國內(nèi)一線科研單位設(shè)計研發(fā)的錨下有效預(yù)應(yīng)力測試系統(tǒng)?，F(xiàn)場實測有效預(yù)應(yīng)力大小如表3.4所示，同理論計算結(jié)果對比結(jié)果見表3.5。

3.3 磁通量法有效預(yù)應(yīng)力檢測

磁通量法現(xiàn)場檢測采用的是國內(nèi)一線科研單位設(shè)計研發(fā)的錨下有效預(yù)應(yīng)力測試系統(tǒng)?，F(xiàn)場實測有效預(yù)應(yīng)力大小如表3.6所示，同理論計算結(jié)果對比結(jié)果見表3.7。

表3 .5 結(jié)果對比

表3 .6等效質(zhì)量法有效預(yù)應(yīng)力計算

表3 .7結(jié)果對比

4 不同溫度對有效預(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，其長度也會隨之增長，其增加量與 0℃時

的長度和溫度皆成正比。即：

其中0L 假定為 0℃時的長度，L 為溫度 T 度時的長度，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時的長度，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)簡單，耗能量少且重量較輕常常被用作長期的應(yīng)變捕捉[3]。

為研究溫度對于有效預(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光柵光纖應(yīng)變計。采集的時間為1 天（24 小時），每隔2 小時采集一次。不同時間點的光柵光纖應(yīng)變計差值（相對于晚上零點張拉完時）見下表所示。

表4 .1 不同時間點的光柵光纖應(yīng)變計的讀數(shù)測量值

每個測點應(yīng)變隨時間變化圖如下圖所示。

圖4 .1 不同時間溫度數(shù)據(jù)

圖4 .2 2#和4#測點不同時間應(yīng)變數(shù)據(jù)

由表4.1 和圖4.1 和4.2 可知，不同時間點對應(yīng)的光柵光纖應(yīng)變計讀數(shù)值有差異，溫度隨著時間呈現(xiàn)出先升高再降低的規(guī)律，在下午兩點左右溫度達到最大值，此時鋼鉸線溫度為22.7 度左右，相應(yīng)的1#至6#測點應(yīng)變值分別為34、34、35、35、36、35，隨著時間的變化，1#到6#測點的變化規(guī)律同溫度變化規(guī)律基本一致，同樣也是隨著時間的變化，應(yīng)變先升高再降低，溫度越高應(yīng)變越大，溫度越低應(yīng)變越低。

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

通過布設(shè)的光柵光纖應(yīng)變傳感器進行預(yù)應(yīng)力有效值時效研究。具體的做法是對光柵光纖應(yīng)變計讀數(shù)進行間斷性的測量。測量時保證在同一溫度下進行。長期時效監(jiān)測的數(shù)據(jù)見下表所示。

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

由表5.1可知，不同測點值同一時間內(nèi)應(yīng)變值相差很小，隨著時間的增長應(yīng)變值呈現(xiàn)了先增大后保持微小變化的趨勢，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)箱梁橋為研究背景，通過采用智能張拉方法對其預(yù)應(yīng)力進行了張拉，同時分別采用反拉法、等效質(zhì)量法以及磁通量法對箱梁N1、N2、N3 有效預(yù)應(yīng)力進行了檢測，結(jié)果表明反拉法檢測結(jié)果比理論值大1.55%、1.12%和1.09%。等效質(zhì)量法檢測結(jié)果同理論計算相比分別偏小4.13%、4.15%和4.38%。磁通量法檢測結(jié)果同理論計算相比分別偏大4.14%、4.14%和4.00%。同時通過在預(yù)應(yīng)力的中部和兩端埋設(shè)光柵應(yīng)變計來觀察溫度對有效預(yù)應(yīng)力的影響，結(jié)果表明，不同時間點光柵光纖應(yīng)變計讀數(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。最后通過對預(yù)應(yīng)力進行長期有效值的觀測可知時間的增長應(yīng)變值呈現(xiàn)了先增大后保持微小變化的趨勢，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。