公路橋梁荷載試驗應(yīng)變數(shù)據(jù)異常問題

商東洋

摘 要：本研究與橋梁工程實測應(yīng)變數(shù)據(jù)相結(jié)合，初步分析了公路橋梁荷載試驗中存在的異常應(yīng)變數(shù)據(jù)問題。圍繞應(yīng)變片粘貼工藝、環(huán)境、采集系統(tǒng)及橋梁結(jié)構(gòu)存在的不足等方面對其主要原因進(jìn)行分析，有針對性地提出了避免橋梁荷載試驗應(yīng)變數(shù)據(jù)異常的幾點應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：荷載試驗;公路橋梁;數(shù)據(jù)異常

中圖分類號：U446.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 前言

為實現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)承載力的評估，關(guān)鍵在于應(yīng)變測試數(shù)據(jù)應(yīng)提高準(zhǔn)確性。在橋梁荷載試驗中以電阻應(yīng)變效應(yīng)為基礎(chǔ)的電阻式應(yīng)變片是比較常用的一種應(yīng)變測試元件，根據(jù)惠斯通電橋原理將輸出與應(yīng)變具有正相關(guān)關(guān)系的電信號，但少部分測點在橋梁荷載試驗中常見異常應(yīng)變數(shù)據(jù)的情況。為提高對橋梁結(jié)構(gòu)承載力評估的準(zhǔn)確性，應(yīng)比較分析應(yīng)變異常數(shù)據(jù)，分析產(chǎn)生異常應(yīng)變數(shù)據(jù)的主要原因。本研究較深入地分析了常見于橋梁荷載試驗中的異常應(yīng)變數(shù)據(jù)問題，探討主要引發(fā)原因并有針對性地提出應(yīng)對措施，對于提高橋梁荷載試驗準(zhǔn)確性具有比較重要的作用。

1 應(yīng)變數(shù)據(jù)異常現(xiàn)象表現(xiàn)

異常應(yīng)變數(shù)據(jù)在橋梁荷載試驗中比較常見的情況為：一是開始荷載試驗前，持續(xù)飄移的應(yīng)變數(shù)據(jù)，將其調(diào)零的難度較大。二是在具體試驗中，表現(xiàn)出偏大或偏小的應(yīng)變絕對值，卸載后只有偏大或偏小的殘余應(yīng)變（產(chǎn)生的應(yīng)變異常基本可以恢復(fù)）。三是試驗前和試驗過程中表現(xiàn)出正常的應(yīng)變數(shù)據(jù)，但卸載后有較大殘余的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

2 應(yīng)變數(shù)據(jù)異常的主要原因

環(huán)境影響、橋梁結(jié)構(gòu)問題、應(yīng)變片與采集系統(tǒng)問題等都是異常應(yīng)變數(shù)據(jù)產(chǎn)生的主要原因。

2.1 環(huán)境影響

環(huán)境主要有橋梁試驗測點周圍的溫濕度及磁場等，針對大跨徑橋梁而言，應(yīng)變數(shù)據(jù)受溫度的影響比較突出。在一些相對潮濕條件的環(huán)境下，缺乏完善的防潮措施，容易產(chǎn)生應(yīng)變片具有正常電阻值而表現(xiàn)出偏小的應(yīng)變數(shù)據(jù)問題。磁場環(huán)境主要是指移動通信信號塔或電視塔存在于橋梁周圍而產(chǎn)生的電磁波信號干擾，近距離對講機(jī)信號對采集儀產(chǎn)生干擾等導(dǎo)致出現(xiàn)異常的應(yīng)變數(shù)據(jù)。對講機(jī)在現(xiàn)場試驗時應(yīng)最小不小于10米距離，以盡量避免產(chǎn)生干擾。

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)問題

因橋梁結(jié)構(gòu)問題產(chǎn)生異常的應(yīng)變數(shù)據(jù)是一個關(guān)鍵原因，由于異常應(yīng)變數(shù)據(jù)與橋梁結(jié)構(gòu)安全及承載力具有直接關(guān)系，而蜂窩麻面的混凝土表面、橫縱向裂縫等都是橋梁結(jié)構(gòu)中的常見問題，進(jìn)而使橋梁結(jié)構(gòu)承載力有所降低。混凝土材質(zhì)的蜂窩麻面較多時，表面難以緊密地粘結(jié)應(yīng)變片，甚至導(dǎo)致應(yīng)變片直接發(fā)生彎曲，對測試應(yīng)變數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生不利影響。裂縫通常有顯式和隱式兩種類型，顯式裂縫主要是指通過肉眼或裂縫觀測儀在橋梁荷載試驗前后可對裂縫直接進(jìn)行觀察。隱式裂縫主要是指通過肉眼在試驗前后無法觀察到，但采用裂縫觀測儀在試驗中可對裂縫進(jìn)行觀察。相對于顯式裂縫而言，應(yīng)變測點在準(zhǔn)備布置荷載試驗過程中，應(yīng)盡可能將此類裂縫盡量避開一定距離。針對與受力方向相垂直的一些較小裂縫，應(yīng)變片跨縫粘貼容易導(dǎo)致測試中較大的應(yīng)變數(shù)據(jù)，針對較大裂縫而言，如果應(yīng)變片跨縫粘貼，有較大可能在試驗中直接對其造成損壞，應(yīng)變片與裂縫靠近粘貼也由于粘貼區(qū)域釋放的混凝土應(yīng)力導(dǎo)致偏小的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

2.3 應(yīng)變片與采集系統(tǒng)問題

不只是應(yīng)變片質(zhì)量問題可導(dǎo)致應(yīng)變數(shù)據(jù)異常，還有因為應(yīng)變片粘貼工藝中存在諸如構(gòu)件表面未能進(jìn)行光滑打磨，造成構(gòu)件表面無法緊密粘結(jié)應(yīng)變片或與應(yīng)變片粘結(jié)后密封不完全，一直在潮濕環(huán)境中暴露而發(fā)生受潮，這些也會導(dǎo)致應(yīng)變數(shù)據(jù)異常。在荷載試驗過程中的某連續(xù)剛構(gòu)橋，應(yīng)變測點分別布置在其箱內(nèi)底板與頂板共4個。試驗前準(zhǔn)備貼片等工作，試驗過程中因施工污水滲入到部分箱梁頂板中，導(dǎo)致位于底板部位的應(yīng)變測點受潮比較嚴(yán)重，進(jìn)而影響荷載試驗的應(yīng)變數(shù)據(jù)。因受潮使應(yīng)變測點達(dá)不到較大的應(yīng)變數(shù)值，而最大的校驗系數(shù)為0.11。而在不同干燥條件下，截面頂板的不同測點具有正常的應(yīng)變數(shù)據(jù)。受潮的應(yīng)變測點中，盡管應(yīng)變片具有正常的電阻值，但測量結(jié)果得到偏小的應(yīng)變值。因此，在荷載試驗過程中，只根據(jù)應(yīng)變片電阻值無法對試驗梁的承載力進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。采集系統(tǒng)不僅存在參數(shù)設(shè)置問題，還有地線不能良好接觸產(chǎn)生靜電干擾或強(qiáng)直流電對儀器設(shè)備干擾等都將造成應(yīng)變數(shù)據(jù)產(chǎn)生的飄移程度較大。

3 荷載試驗應(yīng)變數(shù)據(jù)異常的主要應(yīng)對措施

在公路橋梁荷載試驗中，可采取以下措施減少應(yīng)變數(shù)據(jù)異常。

3.1 應(yīng)變片粘貼工藝

應(yīng)變片粘貼質(zhì)量對于測試應(yīng)變數(shù)據(jù)的結(jié)果具有直接影響，因此在應(yīng)變片粘貼中，使橋梁荷載試驗明顯減小異常應(yīng)變數(shù)據(jù)的措施為：一是選點，在測試截面對粘貼應(yīng)變片的位置進(jìn)行選擇時，應(yīng)將混凝土表面中蜂窩麻面、微裂紋及空洞等較多的表面盡可能避開;二是打磨、清潔，粘貼應(yīng)變片采用打磨方法使粘貼面更光滑，清潔主要是將對打磨后的砼表面是除去灰塵;三是打底，主要是對粘貼表面存在不光滑的小孔等進(jìn)行處理，提供緊密的應(yīng)變片粘貼平面，也使應(yīng)變片底層避免受潮;四是貼片，底基層平面光滑后，將應(yīng)變片粘貼，粘貼時在應(yīng)變片與環(huán)氧樹脂之間避免產(chǎn)生氣泡，要求粘貼人員具有較高的技術(shù)熟練度。應(yīng)變片應(yīng)預(yù)留長度適宜的引出線，并對應(yīng)變片引出線避免產(chǎn)生短路;五是線塊、焊線粘結(jié)，采用接線塊實現(xiàn)由應(yīng)變片引出線過渡到與采集儀屏蔽線連接，具有對應(yīng)變片端屏蔽線的固定作用，以免屏蔽線發(fā)生擺動導(dǎo)致破壞應(yīng)變片的情況;六是防潮處理，對應(yīng)變片粘貼質(zhì)量檢查符合要求后，處理應(yīng)變片避免受潮，一般可應(yīng)用環(huán)氧樹脂材料。

3.2 工具式應(yīng)變計

粘貼人員技術(shù)水平對于電阻應(yīng)變片粘貼質(zhì)量具有直接影響。近年來逐漸普及的工具式應(yīng)變計使粘貼工藝降低了影響測試數(shù)據(jù)的程度，其主要優(yōu)勢在于：大部分是全橋電路，試驗中可對溫度進(jìn)行有效補(bǔ)償。采用結(jié)構(gòu)封裝方法，環(huán)境對其幾乎無影響，難以被損壞，防潮作用較好。粘貼工藝簡化對粘貼人員技術(shù)明顯降低依賴性，無需較高成本，重復(fù)利用性高。

3.3 試驗程序

試驗程序嚴(yán)格可有效避免產(chǎn)生異常應(yīng)變數(shù)據(jù)，在試驗設(shè)計過程中，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)材料性能及受力特點對應(yīng)變測點應(yīng)布置合理。橋梁結(jié)構(gòu)加載試驗中，應(yīng)嚴(yán)格遵循試驗加載制度實施，諸如結(jié)構(gòu)試驗前進(jìn)行預(yù)壓，將橋梁結(jié)構(gòu)中的非彈性變形消除，殘余應(yīng)變減小。應(yīng)變數(shù)據(jù)采用合理持荷時間確保其穩(wěn)定性，新橋荷載試驗中通常不超過10分鐘進(jìn)行載持荷。若在試驗中產(chǎn)生不穩(wěn)定的應(yīng)變數(shù)據(jù)，應(yīng)對其引發(fā)原因進(jìn)行分析，有時應(yīng)用現(xiàn)場立即重復(fù)試驗方法可確定產(chǎn)生異常應(yīng)變數(shù)據(jù)的主要原因。

3.4 多參數(shù)校驗

異常應(yīng)變數(shù)據(jù)采用多參數(shù)校驗方法是一個重要的分析方法，異常應(yīng)變數(shù)據(jù)存在較大的解決難度時，可采取多參數(shù)校驗方法分別分析其它截面、全橋脈動頻譜及測試截面撓度等相關(guān)數(shù)據(jù)，對橋梁結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行評定。由于截面局部應(yīng)力通過應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀反映，存在局限性，而結(jié)構(gòu)整體剛度性能主要通過撓度與頻譜數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀反映，全局性的優(yōu)勢更為明顯。

4 總結(jié)

綜上所述，通過分析橋梁荷載試驗中產(chǎn)生異常應(yīng)變數(shù)據(jù)問題的主要原因，結(jié)合具體工程實例探討應(yīng)變數(shù)據(jù)受到難以發(fā)現(xiàn)的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)隱式裂縫等因素對橋梁工程的影響，對橋梁荷載試驗中異常應(yīng)變數(shù)據(jù)降低發(fā)生率的應(yīng)對措施進(jìn)行了總結(jié)，對于提高橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)質(zhì)量具有十分重要的應(yīng)用價值。

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