摘要：本文以某跨河大橋?yàn)楣こ虒?shí)例，通過在橋梁的懸臂根部、中跨、1/4跨分別埋設(shè)傳感器采集數(shù)據(jù)，討論橋梁工程在施工過程中收縮徐變對(duì)橋梁應(yīng)力監(jiān)控的影響以及對(duì)收縮徐變應(yīng)變的剔除方法。得到結(jié)論在應(yīng)力監(jiān)控中混凝土收縮徐變對(duì)混凝土實(shí)際應(yīng)力的測(cè)量有著明顯的影響，占整體誤差的百分之五十左右。本文所提到的剔除混凝土的收縮徐變應(yīng)變方法具有一定的可行性。

關(guān)鍵詞：應(yīng)力監(jiān)控;收縮徐變;橋梁工程

中圖分類號(hào)：U446.1文獻(xiàn)識(shí)別碼：J

在橋梁的施工監(jiān)控中，根據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)范大跨徑的橋梁必須進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)控以監(jiān)測(cè)橋梁在施工過程中的應(yīng)力情況，預(yù)防橋梁在施工過程中發(fā)生安全和質(zhì)量事故，為安全施工提供有力保障。具體原理為采集懸臂梁在施工過程中的彈性變形，通過混凝土應(yīng)力與應(yīng)變之間的關(guān)系計(jì)算應(yīng)力。但在實(shí)際應(yīng)力監(jiān)控的過程中由于混凝土同時(shí)會(huì)產(chǎn)生收縮徐變、熱脹冷縮等非應(yīng)力應(yīng)變，這會(huì)導(dǎo)致實(shí)測(cè)的混凝土應(yīng)變值與理論應(yīng)變值存在一定誤差。為準(zhǔn)確反映懸臂梁內(nèi)部的應(yīng)力情況，需要對(duì)非應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行剔除，本文針對(duì)收縮徐變應(yīng)變的剔除方法進(jìn)行討論。

1.應(yīng)力監(jiān)控基本原理

應(yīng)力監(jiān)控目的是為了監(jiān)控橋梁在施工過程中混凝土內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)，防止因應(yīng)力過大產(chǎn)生裂縫而降低梁體的剛度和耐久性，引起梁體的局部破壞，進(jìn)而引起橋梁坊塌事故的發(fā)生。

應(yīng)力監(jiān)控的具體方法為：在橋梁施工過程中，提前設(shè)計(jì)好應(yīng)力監(jiān)控控制截面的位置，在綁扎鋼筋階段將鋼弦式應(yīng)變計(jì)綁在已經(jīng)綁扎好的鋼筋上，在澆筑混凝土后，鋼弦式應(yīng)變計(jì)就埋入混凝土中，和混凝土共同變形。因而可以采集到混凝土的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

根據(jù)混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可以計(jì)算出其內(nèi)部的應(yīng)力大小。混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系可以表達(dá)為：

（1-1）

其中 是混凝土的應(yīng)力， 是混凝土的彈性應(yīng)變， 為混凝土的彈性模量。

在實(shí)際工程中我們用應(yīng)變計(jì)測(cè)得的應(yīng)變 為多個(gè)應(yīng)變的總和。除因應(yīng)力產(chǎn)生的彈性應(yīng)變外還包括長(zhǎng)期荷載作用下的混凝土的徐變應(yīng)變 、由不均勻溫度場(chǎng)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力導(dǎo)致的應(yīng)變 、由于天氣氣溫變化而產(chǎn)生的應(yīng)變（即熱脹冷縮） 、由濕度引起的體積變化產(chǎn)生的應(yīng)變 ?？捎上率奖硎荆?/p>

（1-2）

在懸臂梁橋的施工階段，由于沒有中跨合攏，整個(gè)結(jié)構(gòu)體系為靜定體系。此時(shí)，除彈性應(yīng)變外其他應(yīng)變因?yàn)椴皇艿街車炷恋募s束和邊界條件的約束，因此不會(huì)引起混凝土產(chǎn)生應(yīng)力，稱為非應(yīng)力應(yīng)變。在工程中為了從實(shí)測(cè)應(yīng)變中得到混凝土的彈性應(yīng)變，必須對(duì)非應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行補(bǔ)償，將非應(yīng)力應(yīng)變剔除。

收縮徐變應(yīng)變是非應(yīng)力應(yīng)變的一種，為在荷載的長(zhǎng)期作用下，混凝土的變形隨時(shí)間而增加，此時(shí)混凝土內(nèi)部的應(yīng)力不產(chǎn)生變化，但隨著時(shí)間的增加收縮徐變應(yīng)變也會(huì)持續(xù)增大。

2.收縮徐變應(yīng)變剔除方法

如圖2-1，根據(jù)壓應(yīng)力與混凝土徐變的關(guān)系可知，當(dāng)壓應(yīng)力 時(shí)，徐變和壓應(yīng)力之間大致成正比的關(guān)系，同一時(shí)刻不同應(yīng)力下各個(gè)曲線的徐變應(yīng)變差值大致相同，為線性徐變。圖中縱軸表示徐變應(yīng)變，橫軸表示時(shí)間。

目前，國(guó)內(nèi)的混凝土梁橋在施工過程中，壓應(yīng)力的控制指標(biāo)一般為0.5倍的抗壓強(qiáng)度，這時(shí)的混凝土徐變?yōu)榫€性徐變，可按線性徐變理論進(jìn)行計(jì)算。

單向受壓的混凝土從 時(shí)刻開始受到單位應(yīng)力的作用，作用時(shí)間持續(xù)t后混凝土所產(chǎn)生形變的總應(yīng)變可用下式表示：

（2-1）

式中表示混凝 土在 時(shí)刻的瞬時(shí)彈性模量， 表示混凝土的徐變系數(shù)。

當(dāng)作用荷載是在混凝土的不同齡期分階段施加在混凝土上的離散荷載時(shí)，其在以后任意時(shí)刻的 的總應(yīng)變可以表示為：

（2-2）

當(dāng)作用荷載是隨時(shí)間連續(xù)變化的應(yīng)力時(shí)，總應(yīng)變可表達(dá)為：

（2-3）

在（2-1）、（2-2）式中， 為混凝土的初始應(yīng)力， 為混凝土在 時(shí)刻的彈性模量， 為混凝土的收縮應(yīng)變，可由下式計(jì)算：

（2-4）

式中 ， 分別為混凝土收縮和徐變的終極值，可由規(guī)范JTJ023查得。

3.工程應(yīng)用

某在建混凝土連續(xù)梁橋上部結(jié)構(gòu)為（39+70+39）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，單箱單室截面組成，箱梁底寬5.0m，頂板全寬10.0m;下部結(jié)構(gòu)中墩采用薄壁式墩，主梁過渡墩采用雙柱式墩。箱梁?jiǎn)蜗鋯问医孛嬖跈M向方向坡度為：底板橫坡坡度為0%，頂板為2%的雙線橫坡，通過調(diào)整箱梁的頂板高度實(shí)現(xiàn)。箱梁的高度為：懸臂根部截面4.2m，跨中截面2.0m，梁高的變化符合二次拋物線。頂板厚度為0.28m，腹板厚0.45m～0.65 m，底板厚0.26～0.6m。橫隔板分別設(shè)在中支點(diǎn)、邊支點(diǎn)和中跨跨中處，厚度分別為2.2 m、1.2m和0.30m，均設(shè)置了人孔以便施工。

大橋主橋應(yīng)力測(cè)量斷面布置見圖3-1所示。其中：1-1截面、12-12截面為邊跨合龍段中間位置;2-2截面、11-11截面為邊跨1/4L截面;3-3截面、4-4截面、9-9截面和10-10截面為懸臂根部1#梁段中間截面;5-5截面、8-8截面為中跨1/4L截面;6（7）-6（7）截面為中跨合龍段截面。

箱梁截面應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置見圖3-2所示。

選取5-5截面頂板的P1、P2、P3點(diǎn)作為研究對(duì)象，研究在施工荷載作用下，實(shí)測(cè)混凝土應(yīng)力與理論計(jì)算的混凝土應(yīng)力之間的誤差分析，并觀察在剔除因混凝土收縮徐變產(chǎn)生的應(yīng)變后的誤差。

施工荷載是不同時(shí)間施加在混凝土上的離散荷載，通過式（2-2）及C50混凝土的彈性模量時(shí)間函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可得每一荷載工況下混凝土的收縮徐變應(yīng)變及其產(chǎn)生的應(yīng)力，將實(shí)測(cè)應(yīng)變計(jì)算得到的實(shí)測(cè)應(yīng)力值、扣除收縮徐變應(yīng)變后的理論實(shí)際應(yīng)力值和模型所得的理論應(yīng)力值繪圖表示。

頂板P1點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后得：

頂板P2點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后得：

頂板P3點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后得：

考慮到混凝土的彈性模量是隨著混凝土齡期的增長(zhǎng)而不斷增加的，因此在澆筑混凝土前期的荷載工況中，收縮徐變的影響較小，隨著齡期增長(zhǎng)，后期荷載工況下的數(shù)據(jù)更能反映實(shí)際情況。

觀察以上數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在澆筑混凝土初期，由于應(yīng)力值較小，且混凝土彈性模量較小，收縮徐變對(duì)于應(yīng)力監(jiān)控的影響并不大。隨著施工階段的進(jìn)行，混凝土內(nèi)部應(yīng)力和彈性模量不斷增長(zhǎng)，混凝土收縮徐變對(duì)于應(yīng)力監(jiān)控的影響也越來(lái)越大，到最后中跨合攏時(shí)由收縮徐變所產(chǎn)生的虛假應(yīng)力占整體誤差的一半左右。

4.結(jié)論

根據(jù)數(shù)據(jù)分析可知，在應(yīng)力監(jiān)控中混凝土收縮徐變對(duì)混凝土實(shí)際應(yīng)力的測(cè)量有著明顯的影響，占整體誤差的百分之五十左右，在剔除因收縮徐變引起的應(yīng)力后，混凝土應(yīng)力的理論值更加接近實(shí)際值。

本文所提到的剔除混凝土的收縮徐變應(yīng)變方法具有一定的可行性，可在工程當(dāng)中進(jìn)行應(yīng)用。

另外，考慮到剪力滯效應(yīng)的影響，混凝土的正應(yīng)力在平面內(nèi)分布不均勻，本文中的理論應(yīng)力值是按初等梁理論計(jì)算所得，不能代表真實(shí)的混凝土應(yīng)力理論值，但具有一定的參考價(jià)值。

應(yīng)該注意到的是，在混凝土凝結(jié)硬化的過程中，混凝土的彈性模量是隨著時(shí)間的變化不斷增長(zhǎng)的，因此，后期的荷載工況下計(jì)算數(shù)值更能反映實(shí)際情況。

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作者簡(jiǎn)介：齊海鵬（1993-），男，漢族，陜西寶雞人，碩士，助教，主要研究方向：橋梁工程施工。

基金項(xiàng)目：陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)：19JK0107）