預應力損失是影響預應力混凝土橋梁安全的最主要因素,由于預應力損失原因的復雜性,理論方法預估準確性較低,預應力檢測技術尤為重要。對混凝土橋梁預應力無損檢測技術和局部破損檢測技術進行介紹,指出混凝土橋梁預應力檢測技術存在的問題,提出采用局部破損檢測和大范圍無損檢測相結(jié)合的方法提高對在役預應力混凝土橋梁持久應力的測試精度,并建議對新建橋梁埋設智能傳感器對預應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出現(xiàn)于德國,繼而在美國、日本和歐洲等地區(qū)得到廣泛應用。我國目前所擁有的各類公路橋梁中,混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁占90%以上,預應力混凝土結(jié)構(gòu)的橋梁占75%以上。預應力發(fā)揮著重大的作用,創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟和社會效益,其應用目前已遍及各種橋梁結(jié)構(gòu)形式,不僅帶動了中小跨度橋梁的迅猛發(fā)展,也促成了大跨度橋梁的進步。
預應力損失是影響預應力混凝土橋梁安全的最主要因素,已有預應力構(gòu)件的現(xiàn)存預應力大小是評價預應力構(gòu)件工作性能的關鍵。導致預應力損失的原因包括混凝土的收縮徐變、預應力筋的應力松弛、錨具的變形和滑移、以及預應力筋與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,使得基于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(jié)構(gòu)的現(xiàn)存預應力檢測具有重大意義。
1 預應力檢測方法
在役預應力混凝土橋梁預應力的持久應力大小是影響結(jié)構(gòu)服役期內(nèi)正常使用性能的主要指標。國內(nèi)外普遍采用的有效預應力檢測方法可以分為無損檢測和局部破損檢測。
1.1 預應力無損檢測技術 無損檢測是借助專業(yè)設備在不損傷被檢測構(gòu)件的情況下,探測結(jié)構(gòu)內(nèi)部本質(zhì)特征,從而推定整體性能。無損檢測法主要有聲發(fā)射技術、電磁效應檢測法、超聲波檢測法、動力檢測法、以及錨端預應力測試技術。
(1)聲發(fā)射技術:該技術可以檢測預應力損失的時效性和錨固端的滑移情況影,尚處于研究階段。
(2)電磁效應檢測法:電磁效應檢測包括渦流、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筋的預應力損失。當應力變化時,由于物體的伸縮引起磁路中磁通的變化,并使感應器線圈的感應電流發(fā)生變化,由此變化可以測出應力的變化。
(3)超聲波檢測法:該方法根據(jù)超聲波通過預應力鋼絞線后頻率變化來推斷其拉應力大小。當沒有應力作用時,超聲波在各向同性的彈性體內(nèi)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關系來測量構(gòu)件的應力狀態(tài)。理論上講,只要發(fā)射超聲波功率足夠大,可穿透任意厚度的構(gòu)件。
(4)動力檢測法:該方法是基于梁振動方程中頻率與剛度的相關性,通過實測振動頻率來計算梁動剛度,從而推算梁的有效預應力。該測試方法現(xiàn)已發(fā)展到了預應力混凝土結(jié)構(gòu),國內(nèi)外許多學者通過理論分析計算和試驗對這一方面進行了研究。
(5)錨端預應力測試技術:該技術主要應用于后張法預應力結(jié)構(gòu),通過錨固端安裝傳感器測量錨具受壓狀態(tài),從而獲得預應力變化值。不少學者對采用光纖光柵的預應力錨端傳感器進行了研究,該方法對預應力筋的應力分布情況難以獲知。
1.2 局部破損預應力監(jiān)測技術 局部破損檢測是利用儀器對構(gòu)件局部進行損傷試驗,根據(jù)所獲取的數(shù)據(jù),推定構(gòu)件整體性能的檢測手段。局部破損檢測法主要有預應力筋直接檢測技術和應力釋放法。
(1)預應力筋直接檢測技術:該技術是在預應力筋上布置傳感器,直接測量預應力筋應力狀態(tài)。目前采用較多的是粘貼光纖光柵傳感器,為了避免孔道中的摩擦和擠壓所導致的數(shù)據(jù)失真,需要對傳感器的復合工藝進行研究。
(2)應力釋放法:該方法是通過機械切割將約束產(chǎn)生的應力釋放,測試切割前后構(gòu)件的應變,從而根據(jù)材料本構(gòu)關系得到構(gòu)件應力狀態(tài)。通過試驗、理論推導和有限元分析的方法已將其應用于預應力混凝土梁有效預應力的推算。目前應力釋放法均局限于單點應力釋放,其測試精度均在90%以下。
2 預應力檢測存在的問題 預應力混凝土橋梁持久應力檢測雖然有較多方法,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,應力釋放法測試精度明顯高于其它測試方法,但國內(nèi)外應力釋放法均局限于單點應力釋放,其測試精度均在90%以下,不能正確有效的測試現(xiàn)存持久應力,從而不能對預應力混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和安全性做出比較準確的評價。
(2)應力釋放法雖然現(xiàn)場可操作性較強、設備便宜、不破壞橋梁整體(部分破壞),由于受混凝土材料的不均勻性、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(shù)和現(xiàn)存預應力的關系式仍沒有一個準確的說法,還有待于進一步的研究。
(3)通過錨固端安裝傳感器測量錨具受壓狀態(tài)而獲得預應力變化值,對預應力筋的應力分布情況難以獲知,受預應力管道摩阻等影響,不能有效得到實際混凝土的持久應力狀態(tài)。
3 結(jié)語 鑒于混凝土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范圍的無損檢測方法相結(jié)合,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。建議對于新建混凝土橋梁通過在預應力鋼筋中埋設智能傳感器對營運中預應力混凝土橋梁預應力的持久應力進行長期監(jiān)測。