周 瀟

(武漢市城市路橋收費管理中心，湖北武漢430050)

體內(nèi)預應力檢測方法初探

周 瀟

(武漢市城市路橋收費管理中心，湖北武漢430050)

預應力鋼束是大型預應力混凝土結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵受力構(gòu)件，其應力狀態(tài)決定著結(jié)構(gòu)的整體性能，但如何對體內(nèi)預應力進行檢測確是當前工程界面對的難題。文章在參考相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上介紹了三種具有可操作性的體內(nèi)預應力檢測方法，并通過案例對三種檢測方法進行對比分析，提出相對可靠的檢測方法，可為其它類似體內(nèi)預應力檢測提供參考。

混凝土結(jié)構(gòu)； 體內(nèi)預應力； 檢測； 動力測試； 消壓荷載； 應力釋放

預應力混凝土構(gòu)件是當前橋梁結(jié)構(gòu)中一種重要的結(jié)構(gòu)形式，預應力鋼束又是大型預應力混凝土結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵受力構(gòu)件，其應力狀態(tài)決定著結(jié)構(gòu)的整體性能。然而，預應力鋼束的應力分布及其變化會直接影響橋梁結(jié)構(gòu)承載能力的變化，若不能及時準確地了解和掌握其應力狀態(tài)和變化規(guī)律，就難以正確評估結(jié)構(gòu)的整體性能。因此，進行預應力的實際測試，對于精確掌握預應力水平、確保橋梁施工質(zhì)量、保證結(jié)構(gòu)整體安全性和可靠性具有重要意義。

1 當前主要體內(nèi)預應力檢測方法

1.1 動力測試法

動力測試法的思路是：首先對結(jié)構(gòu)物進行動測試驗，得到預應力結(jié)構(gòu)的動力性能指標，然后推導得出結(jié)構(gòu)物的預應力損失量。結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體特性能夠在其自振頻率中反映出來，一旦施加后，預應力就作為結(jié)構(gòu)內(nèi)力而存在，因此其力值的大小也是一種結(jié)構(gòu)的整體特性，則能推知結(jié)構(gòu)的自振頻率與其預應力之間應該存在一定的相互關(guān)系，進而從結(jié)構(gòu)損傷識別的方法理論，可知預應力的損失會使結(jié)構(gòu)動力性能產(chǎn)生變化。

1.2 消壓荷載試驗法

采用在裂縫兩側(cè)貼應變片和布置導桿引伸儀來確定現(xiàn)存預應力荷載-應變、荷載-裂縫寬度關(guān)系曲線均呈雙線性，將兩條直線延長相交，交點所對應的荷載即消壓荷載。

1.3 應力釋放法

所謂的應力釋放法，就是通過測量構(gòu)件分割前后的位移及應變參數(shù)，換算成應力值，進而推導構(gòu)件整體工作性能的一種方法。采用適當?shù)臋C具，適量地切割處于初始約束應力作用下的構(gòu)件，人為地將構(gòu)件中的局部約束應力釋放出來，根據(jù)事先布置于局部測點處測試元件應變的變化量，根據(jù)相應的材料學知識就可以推知所測構(gòu)件的應力狀態(tài)。經(jīng)過國內(nèi)外工程人員幾十年的研究工作，工程界在動力測試方面取得了一定的成就，但這種檢測方法依然存在很多不足之處：首先，在當前的測試條件下得到現(xiàn)場測試頻率中，一階頻率的準確性較高，但結(jié)果的二階或三階頻率測試的誤差過大；其次，作為一種各向異性材料，混凝土并非是勻質(zhì)的，這就說明按照材料力學觀點認為開裂前材料剛度不發(fā)生變化的做法是不準確的；再次，目前動測法的對象限于全預應力混凝土構(gòu)件，而不包括部分預應力混凝土構(gòu)件。

2 案例分析

2.1 基本情況

所用試驗梁為預應力簡支T梁，試驗梁全長24 m，凈跨23.8 m，梁中心距1.8 m，梁高2.1 m，跨中腹板厚0.14 m，搖軸支座，圓端形混凝土墩，橋高10 m左右。沿跨長變截面設計，兩片梁中間設置有橫隔板。橋梁所用混凝土的標號為C40，彈性模量為3.25×105MPa，預應力筋采用直徑為5 mm的碳素鋼絲，每股7根，每根鋼束中有6股，鋼絲束截面有6束基本鋼絲束組成，每隔一定距離放置鋼制襯管，保證基本束間有一定空隙以利水泥漿流入。所采用的預應力筋直徑為5 mm，鋼絲的極限強度σp為1 666 MPa。

2.2 動力測試法

根據(jù)簡支梁的受力特點，通過動力試驗擬測取跨中截面的動撓度，橫向、豎向振幅，橋梁的橫向、豎向振動加速度，第一階自振頻率等動力特性。

本次試驗測得的梁的豎向自振頻率為3.25 Hz，所對應的有效預應力為49.82×105N。

2.3 消壓荷載試驗法

通過靜載試驗標準規(guī)定的兩次循環(huán)加載找出跨中附近部位兩側(cè)處具有代表性的主要裂縫，再通過三個循環(huán)的加載測得每條裂縫處的荷載應變曲線圖，通過曲線圖的雙線性性質(zhì)，找到消壓荷載(圖1)，利用簡化彈性計算方法得到裂縫處截面的有效預應力值，根據(jù)兩條裂縫截面處有效預應力值比例內(nèi)插，得跨中截面處有效預應力值為59.70×105N。

2.4 應力釋放法

試驗工作原理是依據(jù)局部應力解除法的力學原理，步驟為在所選擇檢測截面周圍開槽，槽深要滿足要求，所開槽附近部位的約束隨著槽深的增加會逐漸削弱，約束消失接著就會產(chǎn)生彈性進而慢慢恢復變形，變形恢復后就會發(fā)生應力重分布，當開槽的深度到某一數(shù)值時，此時槽周圍測點的狀態(tài)是工作應力為零，應力被完全釋放出來了，通過對測點應力釋放前后應變的測定，利用力學公式得到所求應力，進而進行計算求出構(gòu)件的有效預應力值(圖2)。由試驗所得跨中截面處的有效預應力值為Pe=51.73×105N。

圖1 消壓加載示意

圖2 應力釋放開槽示意

3 結(jié)論

通過收集閱讀相關(guān)文獻，主要總結(jié)了三種主要的體內(nèi)預應力檢測方法。但是，此三種方法均屬于有損試驗方法，且在使用過程中存在一定的局限。

(1)工程界對混凝土工作應力的測試工作一般采用預應力釋放法中的環(huán)孔法來測定，該法與實際結(jié)果較為接近，但最主要的難點在于確定孔深。人們普遍認為當孔深達到 0.7 倍孔徑時測區(qū)的應力就能得以完全釋放，但現(xiàn)實中用于測試的電阻應變片的標記都比較大，這就要求孔深較大，從而對構(gòu)件造成的破壞也較大；另外，在混凝土切割過程中彈性模量、骨料大小、切割距離、切割速度等因素都會影響到應力的釋放，對測試結(jié)果造成干擾；

(2)橫張位移增量法為實現(xiàn)鋼束有效預應力檢測的可操作性，只能選擇表面鋼束進行測試，否則沒有操作空間；為架設張力測試儀，需對梁體進行較大面積的開槽處理，對梁體造成損傷；張力測試儀主要使用鋼材制造，十分笨重，移動以及拆卸非常不方便；

(3)消壓荷載試驗法要實現(xiàn)梁體消壓需要進行大量程循環(huán)加載，對于在役橋梁而言現(xiàn)場實施困難，且試驗過程中會對橋梁造成較大損傷，在實際應用中并不合適。

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[定稿日期]2017-06-21

周瀟(1982～)，男，碩士研究生，工程師，從事橋梁檢測養(yǎng)護管理工作。