橋梁體外預應力加固索力測試技術現狀與發展趨勢

董立軍+鮑和其

摘要：綜述了目前常用的幾種橋梁體外預應力加固索力測試技術，并分析了各自基本原理、性能特點及應用范圍；指出了體外預應力索力測試的發展趨勢及需要解決的問題。

關鍵詞：橋梁工程；體外預應力；加固；索力；測試技術

引言

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

1體外預應力索力測試技術

1.1壓力表法。用千斤頂張拉預應力筋時，通過精密壓力表或液壓傳感器測定油缸的液壓，并根據千斤頂液壓讀數與活塞壓力之間的關系曲線就可求得索力。這種方法簡單易行，比較直觀，是施工中控制體外預應力張拉力最常用的方法，它多用于在橋梁結構體外預應力加固施工過程中對索力的測定與調整。但由于壓力表自身的一些特性，使得讀數人為誤差大，負荷示值需轉換等缺點，影響了其測試的精度。

1.2電阻應變片法。電阻應變式傳感器是實際工程中應用較廣的傳感器之一，將電阻式應變片牢固粘貼到體外預應力筋上，通過所測定的應變大小與預應力筋的彈性模量即可得到預應力筋索力值。它的主要優點是：傳感器結構簡單、使用方便、性能可靠穩定、靈敏度高、測量速度快、適合靜態和動態測量等，易于實現測量過程中自動化和多點同步測量。

電阻應變片測定體外預應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，粘貼操作又較復雜，這就制約了電阻應變式壓力傳感器的精度、線性度及使用范圍。

1.3壓力傳感器測定法。壓力傳感器測定的基本原理是：橋梁加固過程中在張拉體外預應力筋時，利用穿心式壓力傳感器或在錨頭和錨座之間安裝測力傳感器，進而通過二次儀表的讀數得到千斤頂的張拉力。選擇恰當的傳感器除可以滿足施工控制監測要求外，還可用于加固后橋梁運營過程中的索力測量。目前測量承壓環應變的傳感器已廣泛引入振弦式和光纖式，其性能可靠、穩定，測試精度可達0.5%～1.0%。雖然壓力傳感器測定法精度相對較高，但該方法只限于施工階段時即進行預安裝。

1.4振動頻率測定法。振動頻率法測量索力是依據體外預應力體系的振動頻率與張拉力之間存在對應關系的特點，拾取拉索的自由振動或在環境振動激勵下的振動信號，經過濾波、信號放大、A/D轉換和頻譜分析即可測出體外預應力體系的自振頻率，進而由張拉力與自振頻率之間的關系獲得索力。

用振動頻率法進行體外預應力索力測試，具有快速、方便、實用、可重復測試、精確度較高的特點，尤為重要的是不必在施工階段進行預安裝即可測定體外預應力實存索力大小。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的可靠性，各參數的偏差會影響到索力計算的精度。

1.5磁通量法。磁通量法是近十年來才發展起來的用于測定索力的方法，其基本原理是將體外預應力筋置于一個磁場環境中，當其應力發生變化時磁滯曲線將隨之變化，磁導率也將變化，利用精密電磁傳感器，測定磁導率的變化來推算出拉索的應力變化。該方法為非接接觸法、傳感器輸出功率大、信號強、過載能力強、適合于靜態和動態索力測量。但磁通量法的最主要缺點是傳感器極易受到溫度的影響，導致與實際的應用溫度環境不符，索力測試的精度難以保證。

2體外預應力索力測試的發展趨勢及需解決的問題

以上對現有主要的橋梁體外預應力加固索力測試方法分析可以看出，體外預應力索力測試的五種主要方法中，壓力表測定法和壓力傳感器測定法一般必須在體外預應力張拉起始時進行安裝，僅適用于正在張拉的體外預應力索力的測定，很難用于對已經加固施工完成后的索力進行測試。電阻應變片法對于處于運營期的體外預應力索力測試也難以實現。磁通量法是測定索力的非破壞性方法，可以用于已經張拉的體外預應力索力測試，但國內無論在技術上、還是經驗上都很不完善。振動頻率法不僅能夠測試正在施工中的體外預應力索力還可測試運營中體外預應力實存索力值，因此，當需要對施工中以及已施工完成的體外預應力進行索力復測時，振動頻率法幾乎是唯一的選擇。然而，為提高這種方法的測試精度及適用性，有以下三個方面需要加以研究：

（1）體外預應力拉索的邊界狀態、減振器等因素對體外預應力索力與自振頻率之間關系影響需要進一步分析。

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

（3）體外預應力體系的振動是三維的，而由頻率來推定索力的公式中是假定體系的振動處在二維平面內的，由此需要研究這種差異對索力測試帶來影響程度，或者對體外預應力測試測點布設方式進行規范化以使得測試狀態與模型假定基本一致。

3結語

綜上所述，橋梁體外預應力加固索力測試技術盡管多種多樣，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試方法，各種測試方法中仍存在大量的問題需要進行分析和研究。考慮到振動頻率法在我國工程界已有了一定的應用基礎和經驗積累，具有推廣的優勢；另外，振動頻率法不僅能夠用于體外預應力加固過程中張拉了的控制，還尚可方便地進行使用狀態下索力測量，筆者重點指出了該種測試方法需要解決的問題。