苑曉明，王端勝，徐向立

(大連城際路橋工程有限公司)

0 引 言

隨著橋梁工程在我國(guó)的快速增長(zhǎng)，如何準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)橋梁的應(yīng)力應(yīng)變一直備受工程學(xué)術(shù)界的關(guān)注?；炷翍?yīng)變值是橋梁在外部荷載作用下，混凝土產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力對(duì)橋梁工作狀態(tài)產(chǎn)生影響的重要指標(biāo)。橋梁的受力狀態(tài)不能僅依靠設(shè)計(jì)計(jì)算分析，還應(yīng)對(duì)控制截面施行監(jiān)測(cè)，以確保其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。將電阻式應(yīng)變儀安裝在橋體中，可監(jiān)測(cè)出在一段連續(xù)時(shí)間內(nèi)橋梁內(nèi)部應(yīng)力、變形及溫度變化情況，從而獲取橋梁的工作狀態(tài)。

很多學(xué)者對(duì)電阻式應(yīng)變儀的使用方法有著不同方向的研究。呂惠卿等利用電阻式應(yīng)變儀對(duì)混凝土路面的材料力學(xué)參數(shù)和路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行了研究。張玉成等指出電阻式應(yīng)變儀可作為埋設(shè)在大壩內(nèi)監(jiān)測(cè)大壩應(yīng)力應(yīng)變的安全監(jiān)測(cè)儀器。但在這些研究中，少有綜合環(huán)境溫度、日照輻射強(qiáng)度耦合作用下對(duì)橋梁的監(jiān)測(cè)案例，已有的溫度影響修正公式適用于橋梁的效果并不理想。

因此，基于上述問(wèn)題，在簡(jiǎn)要地介紹電阻式應(yīng)變儀的測(cè)試原理之后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，對(duì)影響修正公式的因素進(jìn)行了分析，提出了專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于橋梁的溫度影響修正公式，為施工進(jìn)度控制提供了有力的幫助。

1 電阻式應(yīng)變儀

1.1 工作原理

電阻式應(yīng)變儀是將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感元件，其工作原理是基于金屬絲的電阻隨其機(jī)械變形而變化的原理。儀器里的電磁線圈受壓產(chǎn)生的電阻變化，產(chǎn)生信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，經(jīng)過(guò)處理，即可測(cè)出被測(cè)結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的應(yīng)變量。同時(shí)，測(cè)出被測(cè)點(diǎn)的溫度值。電阻式應(yīng)變儀尺寸圖如圖1 所示。

圖1 電阻式應(yīng)變儀尺寸圖

1.2 溫度變化影響

電阻式應(yīng)變儀中的電阻與外部變形相協(xié)調(diào)，設(shè)F 為埋入后的實(shí)際測(cè)量值，F(xiàn)0為初測(cè)基準(zhǔn)值，則有

當(dāng)應(yīng)變儀兩側(cè)不受力時(shí)，而將溫度升高T，應(yīng)變儀受到溫度應(yīng)變化而發(fā)生變形則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出量，該輸出量?jī)H由溫度變化導(dǎo)致，因此在測(cè)量和計(jì)算時(shí)應(yīng)給予扣除。在每個(gè)電阻式應(yīng)變儀出廠時(shí)廠家會(huì)給予調(diào)試，若廠家所設(shè)定的溫度修訂系數(shù)在剛好能夠抵消溫度對(duì)應(yīng)變計(jì)形變的影響，設(shè)修訂系數(shù)為b，溫度差為DT，則有

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 工程概況

大連市鐵路橋工程位于大連市沙河口區(qū)。該橋?yàn)樽笥覂煞?dú)立式橋，每幅橋?qū)?2 m，位于半徑為800 m 圓曲線處上。兩幅橋均為(47.6 m+85 m+47.6 m)的三跨混凝土連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。橋梁采用單箱單室的箱型截面。整幅橋采用支架現(xiàn)澆混凝土施工法，混凝土為C50型號(hào)，測(cè)得其彈性模量取3.39 ×104MPa。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

一般連續(xù)梁橋主要受力特點(diǎn)為其跨中截面和支點(diǎn)截面產(chǎn)生的彎矩最大，根據(jù)其受力情況，現(xiàn)場(chǎng)選取橋梁的3 個(gè)測(cè)試截面，其中一個(gè)為橋墩0#段處，其他2 個(gè)分別為整幅橋的中跨跨中截面以及邊跨跨中截面，布設(shè)點(diǎn)位置如圖2 所示。

圖2 測(cè)量點(diǎn)布置圖

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 斷面應(yīng)力變化情況

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的測(cè)量，最先完整測(cè)量到的是B 斷面處的數(shù)據(jù)，根據(jù)虎克定律，得出不考慮其他情況下該斷面中測(cè)點(diǎn)的平均應(yīng)力值，得到應(yīng)力變化散點(diǎn)圖如圖3 所示。

從圖3 中可以看出，梁體上部的3 個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力值小于梁體下部的3 個(gè)測(cè)點(diǎn)，橋梁整體應(yīng)力值在混凝土澆筑后10 ～18 h 內(nèi)逐漸達(dá)到峰值，隨后逐漸降低。其原因在于隨混凝土水化熱散放完畢，混凝土內(nèi)部壓應(yīng)力逐漸降低并趨近于平緩，該斷面監(jiān)測(cè)至96 h 時(shí)，混凝土溫度已于外界環(huán)境溫度基本一致，溫差不超過(guò)±3 ℃。

3.2 溫度影響

(1)環(huán)境溫度修正

當(dāng)不受外力時(shí)，電阻式應(yīng)變儀與應(yīng)變有著確定的線性關(guān)系，而埋設(shè)在在水工結(jié)構(gòu)物或其它混凝土結(jié)構(gòu)物中的應(yīng)變儀，受到的是混凝土變形和溫度的耦合作用。所以形變和溫度耦合作用下，溫度修正系數(shù)應(yīng)為應(yīng)變儀的溫度修正系數(shù)與被測(cè)結(jié)構(gòu)物的膨脹系數(shù)之差。根據(jù)式(2)可得到的新的溫度修正公式為

圖3 應(yīng)力隨時(shí)間變化散點(diǎn)圖

式中:εm為被測(cè)結(jié)構(gòu)物的應(yīng)變量;α 為被測(cè)結(jié)構(gòu)物的線膨脹系數(shù)，取0.000 01/℃。

(2)日照溫度效應(yīng)影響

橋面混凝土長(zhǎng)受太陽(yáng)輻射即日照的影響導(dǎo)致橋梁頂板監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與其它部位不一致。在第24 h、48 h 和72 h，圖3中可明顯看出這幾個(gè)時(shí)段測(cè)量到的應(yīng)力值受日照影響有明顯變化趨勢(shì)，隨后在傍晚時(shí)下降。為減少這一部分帶來(lái)的影響，可通過(guò)電阻式應(yīng)變儀的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)擬合出日照影響的關(guān)系式，再進(jìn)行消除。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)收集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸，可以擬合成如下公式

該式在監(jiān)測(cè)箱梁頂板以及其它受太陽(yáng)照射明顯的位置使用。

3.3 溫度影響修正公式的應(yīng)用

通過(guò)推導(dǎo)所得的新溫度修正公式對(duì)本次監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新處理，得出應(yīng)力隨時(shí)間變化曲線圖如圖4 所示?？梢?jiàn)通過(guò)處理，各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值隨時(shí)間變化過(guò)程基本保持一致，其間并未出現(xiàn)如圖3 中的線型不一致現(xiàn)象。因此，在實(shí)際工程中，利用本文所得的溫度修正公式對(duì)橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，能提高數(shù)據(jù)精度。

圖4 修正處理后的應(yīng)力隨時(shí)間變化散點(diǎn)圖

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)橋梁監(jiān)測(cè)過(guò)程中受環(huán)境溫度影響和日照溫度影響，在橋梁監(jiān)測(cè)過(guò)程中應(yīng)采用不同計(jì)算方法予以修正。

(2)建立了應(yīng)用于橋梁監(jiān)測(cè)的溫度修正公式，本式中參數(shù)少，便于實(shí)際應(yīng)用，能有效地剔除溫度應(yīng)力帶來(lái)的影響，使測(cè)量結(jié)果能夠更準(zhǔn)確的反應(yīng)混凝土應(yīng)力值。

［1］呂惠卿，張湘?zhèn)?，張榮輝，等.振弦式應(yīng)變計(jì)在水泥混凝土路面力學(xué)性能測(cè)試中的應(yīng)用［J］.公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版)，2007，(2):61－63.

［2］王國(guó)杰，鄭建嵐.混凝土結(jié)構(gòu)早齡期應(yīng)力相關(guān)應(yīng)變現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與分析［J］.工程力學(xué)，2009，26(9):61－66.

［3］張玉成，張國(guó)棟，舒雯.大壩監(jiān)測(cè)儀器振弦式應(yīng)變計(jì)率定的實(shí)驗(yàn)室比對(duì)［J］.水利信息化，2013，(2)52－56.

［4］陳常松，顏東煌，陳政清.混凝土振弦式應(yīng)變計(jì)測(cè)試技術(shù)研究［J］.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2004，17(1):29－33.

［5］馮德飛，盧文良.混凝土箱梁水化熱溫度試驗(yàn)研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2006，(8):62－67.