監理工程師輔導：大跨度預應力混凝土橋梁施工應力監測中的幾個問題
發布時間：2011-09-30 共2頁
監理工程師輔導：大跨度預應力混凝土橋梁施工應力監測中的幾個問題
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題，介紹了改進措施及提高測試精度的具體方法。
關鍵詞：施工應力 測試 量測 補償 無應力計 工作應變計 電阻差動式 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。有斜拉橋、連續梁及剛構等多種橋式。在完成合同規定任務的同時，為了提高測試質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測，發現目前還有些問題沒有很好的解決，及時總結經驗教訓，不斷地提高測試質量，是當前橋梁建設發展的需要。
隨著橋梁事業的發展，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行監控，對施工應力測試也提出了更高的要求。現在施工應力測試技術遠遠跟不上橋梁工程發展的需要。
本文在總結多年來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題，談談提高測試精度、確保測試質量的具體方法。
二、提高測試質見的探討
混凝土為非勻質材料，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完善的方法，仍是通過應變量測再進行換算，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方面，一是結構隨溫度變化發生變形，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。
關于混凝土變形總起來可歸納為兩類：一類是混凝土受力變形，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。可用下式表示：ε總=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測部位在不同工況下由荷載引起彈性應變。荷載量測出來，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變形。為了得到較準確的荷載應變，多年來一直研究如何把其他應變從測值中分離出來。
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，用來補償大壩混凝土體積變形。
70年代在九江長江大橋的沉井試驗中曾用這種無應力計。在沉井尚未下沉時經觀測就發現無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，而無應力計只有數十個微應變，沉井下沉后，由于井壁浸水膨脹，差距才逐漸減小。
據分析由于簡內混凝土周圍有鐵皮和軟材料包圍。影響熱傳導和水分散發，使箱內外混凝土在溫度和濕度方面都出現了差異。
為了進一步驗證還制作了混凝土試塊，同時埋設工作應變計和無應力計。試塊灌注后養生期間就發現二者逐漸產生了差別，隨著齡期增長差別越來越大。此時的試塊沒有受力，應變計測值也應和無應力計一樣都是體積變形，二者不一致，證明筒式無應力起不到補償作用。后來還試用過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灌注，同樣養生，測試時將補償塊放在觀測的部位，盡量保持同樣的條件。但由于補償塊體積小，界面多，熱傳導及水分散發比較快，后來也發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自日照，氣溫驟降也能形成溫差。根據觀測，日照引起的梁頂與梁底溫差可達17～19℃。它能使某些部位產生相當大的溫度應力。也可能使施工中懸臂端產生較大的變位。具體與結構本身力學特性及周圍約束有關。由于日照引起的溫度場本身又是隨機變量。所以溫差給結構帶來影響相當復雜。
減少溫差影響有效方法是早晨日出之前進行量測。日照形成的溫差經過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短有關。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)一個梁段需要一定時間，測試可將其中幾個荷載變化比較大的工序選出來。如移掛籃、綁鋼筋、澆混凝土、張拉預應力等，在這些工序進行前后分別進行量測，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。
