預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法

韋立勇

摘要：現有橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法已不適用于預應力混凝土橋梁結構，會導致連續(xù)動態(tài)監(jiān)控時對監(jiān)控點數據讀取誤差大，文章為此提出預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法研究，通過布置超聲波監(jiān)控探頭，確保超聲波直接通過混凝土橋梁外壁傳播最大發(fā)聲時間，且必須小于直接通過橋梁外壁繞射的最大發(fā)聲時間;同時根據各階段累積應變值為測讀應力減去初始應力，將監(jiān)控點得到的應變值轉化為應力值，剔除初值誤差、混凝土收縮、徐變誤差以及溫度誤差，完成連續(xù)動態(tài)監(jiān)控。實驗結果表明，設計的監(jiān)控方法應力值與真實應力值更貼近，誤差較小，可以有效實現對預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控。

關鍵詞：預應力;混凝土橋梁;結構強度;連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法

中圖分類號：U448.3文獻標識碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.038

文章編號：1673-4874（2021）01-0139-04

0引言

城市道路橋梁工程應力張拉質量控制，必須通過千斤頂和壓力表進行配套校驗，確定張拉力與壓力表之間的關系，從而對橋梁結構強度進行連續(xù)動態(tài)監(jiān)控[1]。預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法的進一步優(yōu)化是建筑行業(yè)發(fā)展的必然選擇，致力于最大限度地降低施工風險。目前，我國已有大量針對預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方面的研究，學者普遍得出的影響橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控的參數包括：材料彈性模量、材料容重、橋梁結構的截面尺寸、施工荷載以及預加應力等。因此，本文依據以上各項影響參數，提出預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法設計，致力于提高預應力混凝土橋梁的安全性。

1預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法

預應力混凝土橋梁結構連續(xù)動態(tài)監(jiān)控主要根據檢驗評價標準的要求進行，由計算機對預應力混凝土試件的抗壓強度進行分批監(jiān)控，并根據統(tǒng)計方法或非統(tǒng)計方法進行監(jiān)測h同時打印出各項數據。在此過程中布置超聲波監(jiān)控探頭進行動態(tài)監(jiān)控，在明確監(jiān)控點以及監(jiān)控對象的基礎上，通過各階段累積，應變值為測讀應力減去初始應力，將監(jiān)控點得到的應變值轉化為應力值，讀取監(jiān)控點應力值數據。具體如下。

1.1布置超聲波監(jiān)控探頭

在使用超聲波監(jiān)控探頭對預應力混凝土橋梁結構強度進行連續(xù)動態(tài)監(jiān)控前，首先要確保超聲波直接通過混凝土橋梁外壁傳播的最大發(fā)聲時間必須小于直接通過橋梁外壁繞射的最大發(fā)聲時間，否則，超聲波首次發(fā)出的波將無法直接通過外壁，而是通過繞射的方式達到接收探頭，無法準確地監(jiān)控預應力混凝土橋梁結構強度。

考慮到預應力混凝土橋梁只具有兩個對側面，因此本文采用平面對測法對其結構強度進行連續(xù)動態(tài)監(jiān)控[2]。平面對測法的超聲波探頭布置主要集中在預應力混凝土橋梁的四個外壁上，每個外壁上設置三個超聲波探頭。超聲波探頭布置及傳播路徑如圖1所示。

通過圖1可知，O表示外壁面，R表示超聲波探頭傳播方向。超聲波的傳播路徑是在預應力混凝土橋梁沒有缺陷時產生的，當其外觀上存在缺陷時，聲波會受到缺陷位置的影響發(fā)生不同程度的折射，影響橋梁的結構強度[3]。在排除橋梁外部缺陷的情況下，超聲波在傳播的過程中產生最大發(fā)聲時的時間計算公式為式（1）：

（1）

式中：T₁——橋梁外壁不存在缺陷時的超聲波最大發(fā)聲時間;

e——橋梁的邊長;

c——橋梁外壁厚度;

Vh——混凝土的聲速。

當混凝土橋梁外壁存在缺陷時，超聲波產生最大發(fā)聲時的時間計算公式為式（2）：

（2）

式中：T₂——橋梁外壁存在缺陷時的超聲波最大發(fā)聲時間;

d——超聲波探頭布置位置與邊界的最小距離;

θ——當聲波受到影響時產生的折射角角度。

根據上述公式，嚴格控制超聲波監(jiān)控探頭的布置方式，將超聲波監(jiān)控探頭的布置位置設為監(jiān)控點，有效避免由于外界因素導致橋梁結構強度監(jiān)控精度低的問題[4]。本文監(jiān)控對象為預應力混凝土橋梁結構強度，將橋梁結構強度分為兩個測試內容逐一進行，分別為：高程基準點負荷測試以及承臺沉降測試。在監(jiān)控全過程反饋監(jiān)控點的標高，將反饋得到的監(jiān)控點標高與計算值進行對比，從而更好地控制主梁安裝軸線，保證主梁軸線與橫向標高差均滿足規(guī)范要求，得出橋梁結構強度線性變化規(guī)律[5]。

1.2監(jiān)控點應力值數據讀取

在明確監(jiān)控點以及監(jiān)控對象的基礎上，通過各階段累積，應變值為測讀應力減去初始應力，將監(jiān)控點得到的應變值轉化為應力值，讀取監(jiān)控點應力值數據，具體轉換公式如式（3）所示：

σ_cd=E×ε（3）

式中：σ_cd——監(jiān)控點讀取應力;

E——混凝土彈性模量;

ε——監(jiān)控點混凝土應變值。

比較計算出的預應力混凝土橋梁結構強度值更新結果的大小關系，若比較結果結構強度值大于承載極限，則立即通過評估設備中的異常預警元件實現報警，提示預應力混凝土橋梁結構建筑項目存在安全隱患[6-7]。若結構強度值遠遠小于承載極限，則啟動新一輪的監(jiān)控循環(huán)，維持當前的運行環(huán)境和使用狀況。

在預應力混凝土橋梁結構強度動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，主要通過監(jiān)測結果顯示模塊來顯示監(jiān)測數據，其中顯示的監(jiān)測數據包括設備的歷史信息、實時信息和服務器整體信息等。一般來說，系統(tǒng)會從兩個維度對系統(tǒng)的相應性能狀況以及系統(tǒng)資源在不同時間的使用情況進行查詢，這兩個維度分別是資源和業(yè)務[8]。在監(jiān)測系統(tǒng)中，用戶可以根據自己的需要查詢相應的實時數據和歷史數據，將收集到的監(jiān)測信息和監(jiān)測數據進行分類處理，得到相應的監(jiān)測報告。

為獲得更加精準的監(jiān)控效果，還需要在得到的應力值中剔除初值誤差、混凝土收縮、徐變誤差以及溫度誤差，進而得到預應力混凝土橋梁結構強度真實應力。設真實應力為σ，則其計算公式如式（4）所示：

σ=σ_cd-σ_xb-σ_ss-σ_wd（4）

式中：σ_xb——初始值誤差;

σ_ss——監(jiān)測點收縮徐變應力誤差值;

σ_wd——溫度差引起的應力誤差值。

通過式（4）計算得出的結果，就是預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控的成果。

2實驗

2.1實驗準備

為構建仿真實驗，實驗對象選取某預應力混凝土橋梁，并對整體式橋梁橫斷面形式、允許誤差、檢查方法和頻率以及權值等參數進行具體設計。預應力混凝土橋梁各參數如表1所示。

根據表1所示，分別使用傳統(tǒng)監(jiān)控方法以及本文設計的監(jiān)控方法進行實驗，設置傳統(tǒng)的監(jiān)控方法為實驗對照組。設計10個橋梁監(jiān)控點，經過一段時間后，記錄橋梁監(jiān)控點的沉降位移，記錄沉降數據，將實驗數據整理成表格。實驗主要內容為核查兩種監(jiān)控方法下得到的應力值，將得到的應力值與真實應力進行比較，誤差越小證明該監(jiān)控方法的監(jiān)控精度越高，從而采用監(jiān)控性能更強的監(jiān)控方法。

2.2實驗結果分析與結論

通過無線傳輸網絡將監(jiān)控設備采集到的監(jiān)控結果傳輸到主控計算機中，計算機通過統(tǒng)計與分析將監(jiān)控結果通過監(jiān)控界面顯示出來，具體如圖2所示。

由圖2可知，通過人為控制的方式來調整預應力混凝土橋梁結構強度，采用的控制方式為增加或減少其上層空間的負載重量。預應力混凝土橋梁結構監(jiān)控點呈現均勻分布狀態(tài)，在一定程度上更加有利于監(jiān)控結果的合理性，對于預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控更具可靠性，在實際的應用中更能保障工程質量。

為進一步驗證預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法的效果及可行性，采集10組監(jiān)控點實驗數據，將兩種監(jiān)控方法下的應力值與真實應力進行對比，具體實驗結果如表2所示。

通過表2可得出如下結論：在10個監(jiān)控點得出的數據中，本文設計的監(jiān)控方法得到的應力值與真實應力值更貼近，誤差小，證明設計監(jiān)控方法可以實現對預應力混凝土橋梁結構強度的連續(xù)動態(tài)監(jiān)控。通過實驗結果證明，所設計的監(jiān)控方法其各項功能均可以滿足施工總體要求，可以廣泛應用于預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控工作。

3結語

預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法，提高了預應力混凝土橋梁改建施工安全性。本文通過實驗證明，設計監(jiān)控方法在保證施工安全方面的具體優(yōu)勢已經顯現出來。監(jiān)控得到的應力值與真實應力值誤差的大小是保證橋梁質量的主要衡量標準，驗證了預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控的主體內容，為預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法的進一步優(yōu)化提供參考依據。本文不足之處是此次研究時間有限，雖然取得了一定的研究成果，但對于該方法研究還不足，沒有對預應力混凝土橋梁結構強度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控施工技術進行深入研究，可以作為日后研究的重點。

參考文獻

[1]彭建新，田亦昕，陽逸鳴，等.除冰鹽環(huán)境下預應力混凝土箱梁橋可靠度分析[J].交通科學與工程，2018，34（2）：39-44.

[2]張玉柱，季日臣，史恒利.重載鐵路曲線連續(xù)梁施工監(jiān)控研究[J].黑龍江交通科技，2019，42（4）：118-120.

[3]李青鋒.預應力混凝土連續(xù)剛構橋懸臂現澆施工監(jiān)控研究[J].湖南交通科技，2019，45（1）：96-98.

[4]朱紅軍.預應力變截面連續(xù)箱梁橋有限元建模與施工監(jiān)控研究[J].黑龍江交通科技，2018，41（2）：119-120.

[5]藺鵬臻，劉應龍，何志剛.高速鐵路連續(xù)鋼桁柔性拱橋的施工線形控制[J].鐵道工程學報，2019，36（11）：4550，73.

[6]王宏偉，劉建強.后張法預應力混凝土橋梁施工技術應用[J].公路交通科技（應用技術版），2018，14（2）：221-222.

[7]魯薇薇.自然環(huán)境溫度作用下徐變對預應力混凝土橋梁撓度影響研究[J].鐵道標準設計，2018，62（9）：89-93.

[8]姚利杰.后張法預應力混凝土橋梁施工技術[J].交通世界，2018，451（1）：194-195，215.