橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固索力測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

董立軍+鮑和其

摘要：綜述了目前常用的幾種橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固索力測(cè)試技術(shù)，并分析了各自基本原理、性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍；指出了體外預(yù)應(yīng)力索力測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)及需要解決的問題。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；體外預(yù)應(yīng)力；加固；索力；測(cè)試技術(shù)

引言

目前在工程實(shí)踐中常用的體外預(yù)應(yīng)力加固體系的索力測(cè)定方法主要有壓力表測(cè)定法、電阻應(yīng)變片法、壓力傳感器測(cè)定法、振動(dòng)頻率測(cè)定法和磁通量法這五類，本文針對(duì)這些體外預(yù)應(yīng)力索力測(cè)定的方法，闡述其基本原理，分析它們的性能特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及存在的缺點(diǎn)，并指出了體外預(yù)應(yīng)力索力測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)及需要解決的問題。

1體外預(yù)應(yīng)力索力測(cè)試技術(shù)

1.1壓力表法。用千斤頂張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，通過精密壓力表或液壓傳感器測(cè)定油缸的液壓，并根據(jù)千斤頂液壓讀數(shù)與活塞壓力之間的關(guān)系曲線就可求得索力。這種方法簡(jiǎn)單易行，比較直觀，是施工中控制體外預(yù)應(yīng)力張拉力最常用的方法，它多用于在橋梁結(jié)構(gòu)體外預(yù)應(yīng)力加固施工過程中對(duì)索力的測(cè)定與調(diào)整。但由于壓力表自身的一些特性，使得讀數(shù)人為誤差大，負(fù)荷示值需轉(zhuǎn)換等缺點(diǎn)，影響了其測(cè)試的精度。

1.2電阻應(yīng)變片法。電阻應(yīng)變式傳感器是實(shí)際工程中應(yīng)用較廣的傳感器之一，將電阻式應(yīng)變片牢固粘貼到體外預(yù)應(yīng)力筋上，通過所測(cè)定的應(yīng)變大小與預(yù)應(yīng)力筋的彈性模量即可得到預(yù)應(yīng)力筋索力值。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、性能可靠穩(wěn)定、靈敏度高、測(cè)量速度快、適合靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量等，易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量過程中自動(dòng)化和多點(diǎn)同步測(cè)量。

電阻應(yīng)變片測(cè)定體外預(yù)應(yīng)力索力的最大問題之一是粘合劑問題，在高溫下粘合劑固化困難，粘貼操作又較復(fù)雜，這就制約了電阻應(yīng)變式壓力傳感器的精度、線性度及使用范圍。

1.3壓力傳感器測(cè)定法。壓力傳感器測(cè)定的基本原理是：橋梁加固過程中在張拉體外預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，利用穿心式壓力傳感器或在錨頭和錨座之間安裝測(cè)力傳感器，進(jìn)而通過二次儀表的讀數(shù)得到千斤頂?shù)膹埨Α＿x擇恰當(dāng)?shù)膫鞲衅鞒梢詽M足施工控制監(jiān)測(cè)要求外，還可用于加固后橋梁運(yùn)營(yíng)過程中的索力測(cè)量。目前測(cè)量承壓環(huán)應(yīng)變的傳感器已廣泛引入振弦式和光纖式，其性能可靠、穩(wěn)定，測(cè)試精度可達(dá)0.5%～1.0%。雖然壓力傳感器測(cè)定法精度相對(duì)較高，但該方法只限于施工階段時(shí)即進(jìn)行預(yù)安裝。

1.4振動(dòng)頻率測(cè)定法。振動(dòng)頻率法測(cè)量索力是依據(jù)體外預(yù)應(yīng)力體系的振動(dòng)頻率與張拉力之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系的特點(diǎn)，拾取拉索的自由振動(dòng)或在環(huán)境振動(dòng)激勵(lì)下的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過濾波、信號(hào)放大、A/D轉(zhuǎn)換和頻譜分析即可測(cè)出體外預(yù)應(yīng)力體系的自振頻率，進(jìn)而由張拉力與自振頻率之間的關(guān)系獲得索力。

用振動(dòng)頻率法進(jìn)行體外預(yù)應(yīng)力索力測(cè)試，具有快速、方便、實(shí)用、可重復(fù)測(cè)試、精確度較高的特點(diǎn)，尤為重要的是不必在施工階段進(jìn)行預(yù)安裝即可測(cè)定體外預(yù)應(yīng)力實(shí)存索力大小。但頻率法所確定的索力精度在很大程度上取決于體外索自身參數(shù)的可靠性，各參數(shù)的偏差會(huì)影響到索力計(jì)算的精度。

1.5磁通量法。磁通量法是近十年來才發(fā)展起來的用于測(cè)定索力的方法，其基本原理是將體外預(yù)應(yīng)力筋置于一個(gè)磁場(chǎng)環(huán)境中，當(dāng)其應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)磁滯曲線將隨之變化，磁導(dǎo)率也將變化，利用精密電磁傳感器，測(cè)定磁導(dǎo)率的變化來推算出拉索的應(yīng)力變化。該方法為非接接觸法、傳感器輸出功率大、信號(hào)強(qiáng)、過載能力強(qiáng)、適合于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)索力測(cè)量。但磁通量法的最主要缺點(diǎn)是傳感器極易受到溫度的影響，導(dǎo)致與實(shí)際的應(yīng)用溫度環(huán)境不符，索力測(cè)試的精度難以保證。

2體外預(yù)應(yīng)力索力測(cè)試的發(fā)展趨勢(shì)及需解決的問題

以上對(duì)現(xiàn)有主要的橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固索力測(cè)試方法分析可以看出，體外預(yù)應(yīng)力索力測(cè)試的五種主要方法中，壓力表測(cè)定法和壓力傳感器測(cè)定法一般必須在體外預(yù)應(yīng)力張拉起始時(shí)進(jìn)行安裝，僅適用于正在張拉的體外預(yù)應(yīng)力索力的測(cè)定，很難用于對(duì)已經(jīng)加固施工完成后的索力進(jìn)行測(cè)試。電阻應(yīng)變片法對(duì)于處于運(yùn)營(yíng)期的體外預(yù)應(yīng)力索力測(cè)試也難以實(shí)現(xiàn)。磁通量法是測(cè)定索力的非破壞性方法，可以用于已經(jīng)張拉的體外預(yù)應(yīng)力索力測(cè)試，但國(guó)內(nèi)無論在技術(shù)上、還是經(jīng)驗(yàn)上都很不完善。振動(dòng)頻率法不僅能夠測(cè)試正在施工中的體外預(yù)應(yīng)力索力還可測(cè)試運(yùn)營(yíng)中體外預(yù)應(yīng)力實(shí)存索力值，因此，當(dāng)需要對(duì)施工中以及已施工完成的體外預(yù)應(yīng)力進(jìn)行索力復(fù)測(cè)時(shí)，振動(dòng)頻率法幾乎是唯一的選擇。然而，為提高這種方法的測(cè)試精度及適用性，有以下三個(gè)方面需要加以研究：

（1）體外預(yù)應(yīng)力拉索的邊界狀態(tài)、減振器等因素對(duì)體外預(yù)應(yīng)力索力與自振頻率之間關(guān)系影響需要進(jìn)一步分析。

（2）體外預(yù)應(yīng)力索力計(jì)算中需要求得體系的自振頻率，為提高頻率識(shí)別的精度，需要研究更有效的消除各類噪聲影響的方法；

（3）體外預(yù)應(yīng)力體系的振動(dòng)是三維的，而由頻率來推定索力的公式中是假定體系的振動(dòng)處在二維平面內(nèi)的，由此需要研究這種差異對(duì)索力測(cè)試帶來影響程度，或者對(duì)體外預(yù)應(yīng)力測(cè)試測(cè)點(diǎn)布設(shè)方式進(jìn)行規(guī)范化以使得測(cè)試狀態(tài)與模型假定基本一致。

3結(jié)語

綜上所述，橋梁體外預(yù)應(yīng)力加固索力測(cè)試技術(shù)盡管多種多樣，然而，到目前為止，還沒有任何一種方法能夠滿足各種不同要求下的測(cè)試方法，各種測(cè)試方法中仍存在大量的問題需要進(jìn)行分析和研究。考慮到振動(dòng)頻率法在我國(guó)工程界已有了一定的應(yīng)用基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)積累，具有推廣的優(yōu)勢(shì)；另外，振動(dòng)頻率法不僅能夠用于體外預(yù)應(yīng)力加固過程中張拉了的控制，還尚可方便地進(jìn)行使用狀態(tài)下索力測(cè)量，筆者重點(diǎn)指出了該種測(cè)試方法需要解決的問題。