大跨度预应力混凝土桥梁施工应力监测中的几个问题？
一.前言
近年来，我院承担了十余座大跨度预应力混凝土桥梁的施工应力监测任务。有斜拉桥，连续梁，刚架。在完成合同规定任务的同时，为提高测试质量做了大量的实验和探讨。根据对混凝土桥梁施工应力的观测，发现目前仍有一些问题没有得到很好的解决。及时总结经验教训，不断提高检测质量，是当前桥梁建设和发展的需要。
随着桥梁事业的发展，预应力混凝土桥梁得到了广泛的应用。不同类型的预应力混凝土桥梁不断修建，跨度逐渐增大，结构也向薄壁、轻型发展，悬臂施工中的不安全因素越来越多。为了避免安装应力失控，越来越多的桥梁开始监控施工，对施工应力测试提出了更高的要求。目前，施工应力测试技术远远落后于桥梁工程发展的需要。
在总结多年来大跨度预应力混凝土桥梁施工应力测试的基础上，针对目前测试中存在的问题，探讨了提高测试精度、保证测试质量的具体方法。
第二，提高考试质量。
混凝土是一种非均质材料，除应力外，还有许多因素使其变形。目前还没有完善的直接测试混凝土应力的方法，仍然是通过应变测量进行换算。由于各种变形的加入，试验工作变得非常复杂。
温度对桥梁结构的影响显然可以分为两个方面:一是结构随温度的变化而变形，即热胀冷缩；另外，日照等原因造成的结构温差对结构影响很大，也很复杂。
湿度对混凝土结构也有明显的影响。近年来，泵送混凝土时，由于用水量和水泥用量的增加，收缩变形变大。
混凝土本身的体积变化是内部胶凝材料水化产生的变形，对结构有影响，但不明显。
徐变是混凝土的特性之一，在荷载不变的情况下，变形不断增大。它对结构的应力有明显的影响，也很复杂。
总体来说，混凝土的变形可以归纳为两类:一类是混凝土在应力作用下的变形，包括荷载作用下的弹性变形、徐变变形和温差引起的变形；另一种是体积变形，是指混凝土的温度变形、湿度变形和体积变形。可以表示为:ε total = ε stress ε volume = (ε load ε蠕变ε温差)(ε temperature ε wet ε self)
施工应力测试是使不同工况下荷载引起的观测部位的弹性应变。测量载荷时，应力σ load =Eε按下式换算，其中e为弹性模量。
应变测量包括上述两种变形。为了得到更精确的载荷和应变，如何从测量值中分离出其他应变已经研究了很多年。
1.体积变形补偿法的试验
双壁圆筒无应力应变计已应用于水工大坝的监测，它由双层铁制圆筒和中间填充的软质材料组成，能消除荷载引起的变形。实测值只是混凝土的体积变形，用来补偿大坝混凝土的体积变形。
70年代九江长江大桥沉井试验中使用了这种无应力应变计。沉井未下沉时，发现应变片温度与应变片温度不一致。湿度差异更大。当井壁混凝土收缩到200 ~ 300微应变时，而无应力计只有几十个微应变，由于井壁的膨胀，沉井下沉后这种差异逐渐减小。
据分析，简里的混凝土周围是铁皮和软性材料。影响热传导和排湿，使箱内外混凝土的温度和湿度不同。
为了进一步验证，还制作了混凝土试块，同时埋设了工作应变片和应变片。在灌注后的固化期，发现两者之间有一个逐渐的差别，并且随着年龄的增长，差别越来越大。此时试块未受力，应变测量值应与无应力仪相同，不一致，证明圆柱形无应力无法补偿。后来尝试了不同尺寸的混凝土块，在其中设置了同类型的应变片作为补偿块。补偿块与结构中相应的混凝土同时浇筑，保持同样的健康。测试时，补偿块放在观测现场，尽可能保持相同的条件。但由于补偿块体积小，接口多，导热快，散湿快，后来发现补偿块内的温度和湿度与结构相差很大。也不能起到很好的补偿作用。
2.降低温差和蠕变影响的措施
桥梁结构的温差大部分来源于日照，气温骤降也会形成温差。据观测，太阳光造成的梁顶与梁底温差可达17 ~ 19℃。它会在某些部位造成相当大的温度应力。这也可能导致施工期间悬臂端的大位移。与结构本身的力学特性和周围的约束条件有关。日照造成的温度场本身就是一个随机变量。因此，温差对结构的影响相当复杂。
减少温差影响的有效方法是在早晨日出前测量。日照造成的温差在一夜之后基本趋于稳定。密闭箱内外只有温差，但影响不大。早上不仅梁各部位温差最小，全桥各部位温差也最小。因此，早晨日出前测量是消除温差影响的有效方法。
混凝土的徐变变形受多种因素影响，比较复杂。蠕变变形的大小与加载龄期的长短有关。减少蠕变的影响，可以采用加密测量次数，累加每次加载前后的相对值的方法，有一定的效果。悬臂施工浇筑(或拼装)一个梁段需要一定的时间，可通过试验选择荷载变化较大的几种工艺。如移动挂篮、绑扎钢筋、浇筑混凝土、张拉预应力等。，分别测量这些过程的前后，将前后的差值叠加累加。虽然不可能完全分离蠕变效应，但总能减少一些误差。
第三，关于测试组件的选择
大跨度混凝土桥梁施工应力测试条件多、难度大，对测试构件的要求也很高。一是试验时间长，一般在一年左右，有的甚至更长，要求试验部件长期稳定；二是负载频繁增减，但每次变化不一定大，所以要求测试元件的灵敏度高；三是桥梁多为薄壁结构，钢筋密集，无预应力，构件埋设困难，构件体积尽量小，结构简单，不易损坏；四是测点分散，电线电缆散落在桥面上。由于施工干扰，经常发生磕碰和断裂，所以构件最好具有较强的适应性。
根据上述要求，过去采用电阻差动应变计(DI-100)，在灵敏度和长期稳定性方面都能满足要求。体积小也便于安装和埋设，但它是基于“电阻变化”原理的传感器，易受温度影响。除了元件本身受温度影响，需要随时校正，其电缆和连接器的变化也会引起测量值的波动。混凝土结构的测试非常复杂，构件本身容易受到外界干扰，增加了测试的难度。
之后使用振弦式应变计，在长期稳定性和灵敏度方面都能满足要求。此外，它通过振动频率的变化来转换数据。从结构上看，钢弦和外壳也是钢制的，热膨胀系数基本相同，对温度变化不敏感，对导线要求不高。改成振弦元件后，从测试结果来看，整理数据不仅简单方便，而且有规律。
而振弦组件目前没有统一的标准，生产厂家多为地方小厂，其关键是钢弦的处理。如果处理不到位，在长期测试中容易松懈，造成零点漂移，给数据分析带来麻烦。最好在使用前提前半年购买，然后观察零点稳定性。此外，选择几个重新校准，并检查制造商的校准曲线。
目前振弦式应变仪的外壳多为钢管，有的壁厚较大。使用前，应检查应变片本身的刚度。如果大于同截面混凝土的刚度，就要通过实验找出两者之间的刚度比来修正实测值。
振弦式应变计由于结构关系，测试拉应力误差较大。当观察部位出现拉应力时，应使用其他测试元件。
四、关于试验中应注意的几个问题。
(1)施工应力监测涉及的资料和数据很多。除了设计资料，还有很多施工方面的资料，如施工工艺、施工方案、施工组织设计、吊篮及模板相关资料等。桥上主要施工机械设备的重量及其他施工荷载等。我们应该事先仔细收集和调查。
有必要对该结构进行理论分析和计算。测试应该根据需要建立自己的计算系统。提前分析计算各种工况下观测场地的受力状态，做到心中有数。
(2)应变计的安装应经历混凝土浇筑、振捣和混凝土硬化的过程。特别是混凝土的硬化是一个非常复杂的过程，包括水化热的温升和自身体积的收缩。由于温度场和收缩的不均匀变化，残余应力经常影响应变片，导致读数波动大，不稳定。为了确定测点的初始值，混凝土浇筑后应进行跟踪，稳定后的实测值应作为初始值。有些测点需要很长时间才能稳定，需要配合施工进行测量。对于这些测点，当发现数据明显不合理时，可以进行适当的调整。
(3)在大跨度桥梁施工过程中，不可避免地会出现一些问题，有时会扰乱正常的施工秩序，施工荷载也会发生变化，所以要注意测试过程中的变化，并做好记录。很多变化会直接影响测试结果。
另外，测试中发现一些异常测点，要及时检查，尽快排除干扰。根据经验，当工程机械材料停放在测点附近或上面有水时，也会影响测试结果。
(4)对于能反映受力相对集中的结构工作特性的试验部位，应适当设置更多的构件，防止在安装或试验过程中因损坏而测不到关键数据，也可同时采用不同手段或其他类型的构件进行试验。
(5)由于混凝土性能的多变性，在施工应力测试中，应根据施工现场的实际情况，对混凝土性能进行一些测试和观测，如混凝土弹性模量、收缩等，其他方面如有条件可进行观测。使用这些数据来分析测试数据可能会减少一些错误。
(6)除了及时整理观测资料并提交给委托单位外，还需要进行系统分析。当发现异常或过度偏差时，应查明原因并尽快纠正。从以往的观测数据来看，实测数据和理论计算总是有差距的。测量数据和计算值之间存在偏差是正常的。施工过程中，吊块超重、施工荷载变化和徐变引起的误差、试验构件和仪器的误差都会给实测值带来偏差。
(7)由于施工应力测试的难度较大，需要组织有一定经验的人员长期留在现场。除了认真测试，还要不断分析研究，探索提高测试精度的方法。从以往的测试来看，参与测试的工作人员的责任心和工作态度是能否获得可靠数据的关键。
动词 （verb的缩写）结论
综上所述，大跨度预应力混凝土桥梁施工应力监测还存在很多问题，没有较好的解决方案。在科学方法确立之前，经验的积累是非常重要的。目前，由于工程发展的需要，这项测试工作正在不断推进。在这一重大机遇下，只要我们坚持不断实践，不断分析总结，不断试验探索，混凝土桥梁施工应力测试工作将会得到更快的提高。
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