預應力損(sǔn)失是(shì)影響預應力混(hún)凝土橋(qiáo)梁安全的最主要因素(sù),由於預應力損失原因的複雜性,理論(lùn)方法預估準確性較低,預應(yīng)力檢測技術尤(yóu)為重(chóng)要。對混凝土橋(qiáo)梁預應力無(wú)損檢測技術和局部(bù)破損檢測技術進行(háng)介紹,指出(chū)混凝土(tǔ)橋梁預應力檢測技(jì)術存在的問題,提出采用局(jú)部破損檢測和大(dà)範圍無損檢測相結(jié)合的方法提(tí)高對在役預應力混凝土橋梁持久應(yīng)力的測試精度,並建議對新建橋梁埋設智能傳感(gǎn)器對(duì)預應(yīng)力混凝土橋梁的持久應力進行長期監(jiān)測。
關鍵詞:橋梁;預應力;檢測
預應力混凝土橋梁最早(zǎo)出現(xiàn)於(yú)德國,繼而在美國、日本和歐洲等地區得到廣泛應用。我國(guó)目前所擁有的各類公路橋梁中,混凝(níng)土結構的橋梁(liáng)占90%以上,預應力混凝(níng)土結(jié)構的橋梁占75%以上。預應力發揮著重大的作用,創造了巨大的經濟和社會效益,其應用目前已(yǐ)遍及各種橋梁結構形式,不僅帶動了中小(xiǎo)跨度橋梁的迅猛發展,也促成了大跨度橋梁的進步。
預應力損失(shī)是影響預應力混凝土橋梁安全的(de)最主要因素,已有預應力構件的現存預應(yīng)力大小是評價預應力構件工作性能的關鍵。導致預應力(lì)損失的原因包括混凝土的收縮徐變、預應(yīng)力筋的應力鬆弛(chí)、錨具的變形(xíng)和滑移、以及預(yù)應(yīng)力(lì)筋與(yǔ)周圍接觸物之間的摩阻等等,加之人為的因素(如超載或交通事故)和自然災害,使得基於試驗和理論的預應力損失估算方法具有失真性。因此,混凝土結構的現存預應力檢測具有(yǒu)重(chóng)大意義。
1 預(yù)應力檢測方法
在役預應力混凝土橋梁預應力的持久應力大小是影響結構服役期內正常使用性能(néng)的主要指標。國內外普遍采(cǎi)用的有效預應力檢測方法可以分為無損檢測和局部破損(sǔn)檢測。
1.1 預應力無損檢(jiǎn)測技術 無損檢測(cè)是借助(zhù)專業設備在不損傷被檢測構件的情況(kuàng)下,探測結構內部本質特征,從而推定整體(tǐ)性能。無損(sǔn)檢測法主要有(yǒu)聲發射(shè)技術、電(diàn)磁效應檢測法、超聲(shēng)波(bō)檢測法、動力檢測法、以及錨端預應力測(cè)試技術。
(1)聲發(fā)射技(jì)術:該技術(shù)可以檢測預應力(lì)損失的時效性和錨固端(duān)的滑移情況影,尚處於研究階段。
(2)電磁效應檢測法:電(diàn)磁效應(yīng)檢測包括渦流、測漏磁和磁粉檢測3種,它主要通過相關磁場變化的原理進行檢測。可以利用磁通量泄漏原理檢測預應力(lì)筋的預應力損失。當應力(lì)變化時,由於物體的伸縮引起磁(cí)路中磁通的(de)變化,並使感應器線(xiàn)圈的感應電流發生變化,由此(cǐ)變化可以測出應力的變化。
(3)超聲(shēng)波(bō)檢測法:該方法根據超聲波通過預應力鋼絞線後頻率變化來推斷其(qí)拉應力大小。當沒有應力(lì)作用時,超聲波在各向同性的彈(dàn)性體內傳播速度與有應力作用時傳播速度不同,利用超聲波波速與應力之間的(de)關係來測(cè)量構件的應力狀態。理論上講,隻要發射超聲波功率(lǜ)足夠大,可穿透任意厚(hòu)度的構件。
(4)動力檢測法:該方法是基於梁振動方程中頻率與剛度的相關(guān)性(xìng),通過實測振動頻率來計算(suàn)梁動剛度,從而推(tuī)算梁的有(yǒu)效預應力。該測試方法現已發展到了預應力混凝土結構,國(guó)內外許多學者通過理論分析計算(suàn)和試驗對(duì)這一方麵進行了研究。
(5)錨端預應力測(cè)試技(jì)術:該技(jì)術主要應用於(yú)後張法預應力結構,通過錨固端安裝傳(chuán)感器測量錨具受壓狀態,從而獲得預應力變(biàn)化值。不少學者對采用光纖光柵的預應力錨端傳感(gǎn)器進行了研究,該方法對預應力筋的應力分布情況難以獲知。
1.2 局部破損預應力(lì)監測(cè)技術 局部破損檢測是利用儀(yí)器(qì)對構(gòu)件局部進行損傷試驗,根據所(suǒ)獲取的數據,推定構件整體性能的檢測手段。局部破損檢測法(fǎ)主要有預應力(lì)筋直接檢測技術(shù)和應力釋放法。
(1)預(yù)應力筋直接檢測技術:該技術是在預應(yīng)力筋上布置傳感器(qì),直接測(cè)量預(yù)應力筋應力狀態。目前(qián)采用較多的是(shì)粘貼光纖光柵傳(chuán)感器,為了避免孔道(dào)中的摩(mó)擦(cā)和擠壓所導致的數據失真,需要對傳感器的複合工藝進行研究(jiū)。
(2)應力釋放法(fǎ):該方法(fǎ)是通過機械切割將約束產生(shēng)的應(yīng)力釋放,測試切割前後構件的應(yīng)變,從而根據材料本構關係得到構件(jiàn)應力(lì)狀態。通過試驗、理(lǐ)論(lùn)推導和有限元分析的方法已將其應用於(yú)預應(yīng)力混(hún)凝(níng)土(tǔ)梁有效預應力的推算。目前應力釋放(fàng)法均局限於單點應力釋放,其測試精度均在90%以下。
2 預應力檢測存在的(de)問題 預應力(lì)混凝土橋梁持久應力檢測雖然有較多方法(fǎ),也取得了一些成就,但在實際工程中的應用情況來看,仍存在一些技(jì)術難點和問題需要解決。
(1)測試精度有待進一步提高。目前,應力釋放法測(cè)試精度明顯高於其它測試方法,但國內外應力釋放法(fǎ)均局限於單點應力釋放,其測試精(jīng)度均在90%以下,不能正確有效(xiào)的(de)測(cè)試現存持久應力,從而不能對預應力混凝(níng)土結構的承載能力和安全性(xìng)做出比較(jiào)準確的評價。
(2)應力釋放法雖然現場可操作性較強、設備便宜、不破壞橋梁(liáng)整體(部分破壞),由於受混凝土(tǔ)材料(liào)的不均勻(yún)性、切割過程中較多因素的影響等原因,仍有很多問題沒有研究清楚,有關參數和現存預應力的關係式仍沒(méi)有一個準確的說法,還有待於進一步(bù)的研究。
(3)通過錨(máo)固端安裝傳感器(qì)測(cè)量錨具受壓狀態而獲得預應力變化值,對預應力筋的應力分布情(qíng)況(kuàng)難以獲(huò)知,受預應力管道摩阻等(děng)影響,不能有效(xiào)得到實際混凝土的持(chí)久(jiǔ)應力狀態。
3 結語 鑒於混凝土(tǔ)橋梁預應力檢測方法多樣性,以及檢測技術局限性等原因,建議對在役混凝土橋梁采用局部破損檢測和大範圍的無(wú)損檢測方法相結合(hé),已達到對在役預應力混凝土橋梁預應力的持久應力進行有效檢測目的。建議對於新建混凝土(tǔ)橋梁通過在預應力鋼筋中埋設智能傳感(gǎn)器對營運中預應力混凝土(tǔ)橋梁預應力的持久應力進行長期監測。