韋立勇

摘要：現(xiàn)有橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法已不適用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致連續(xù)動態(tài)監(jiān)控時對監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)讀取誤差大，文章為此提出預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法研究，通過布置超聲波監(jiān)控探頭，確保超聲波直接通過混凝土橋梁外壁傳播最大發(fā)聲時間，且必須小于直接通過橋梁外壁繞射的最大發(fā)聲時間;同時根據(jù)各階段累積應(yīng)變值為測讀應(yīng)力減去初始應(yīng)力，將監(jiān)控點(diǎn)得到的應(yīng)變值轉(zhuǎn)化為應(yīng)力值，剔除初值誤差、混凝土收縮、徐變誤差以及溫度誤差，完成連續(xù)動態(tài)監(jiān)控。實(shí)驗結(jié)果表明，設(shè)計的監(jiān)控方法應(yīng)力值與真實(shí)應(yīng)力值更貼近，誤差較小，可以有效實(shí)現(xiàn)對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力;混凝土橋梁;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度;連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法

中圖分類號：U448.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.13282/j.cnki.wccst.2021.01.038

文章編號：1673-4874（2021）01-0139-04

0引言

城市道路橋梁工程應(yīng)力張拉質(zhì)量控制，必須通過千斤頂和壓力表進(jìn)行配套校驗，確定張拉力與壓力表之間的關(guān)系，從而對橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行連續(xù)動態(tài)監(jiān)控[1]。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法的進(jìn)一步優(yōu)化是建筑行業(yè)發(fā)展的必然選擇，致力于最大限度地降低施工風(fēng)險。目前，我國已有大量針對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方面的研究，學(xué)者普遍得出的影響橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控的參數(shù)包括：材料彈性模量、材料容重、橋梁結(jié)構(gòu)的截面尺寸、施工荷載以及預(yù)加應(yīng)力等。因此，本文依據(jù)以上各項影響參數(shù)，提出預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法設(shè)計，致力于提高預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的安全性。

1預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)連續(xù)動態(tài)監(jiān)控主要根據(jù)檢驗評價標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行，由計算機(jī)對預(yù)應(yīng)力混凝土試件的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行分批監(jiān)控，并根據(jù)統(tǒng)計方法或非統(tǒng)計方法進(jìn)行監(jiān)測h同時打印出各項數(shù)據(jù)。在此過程中布置超聲波監(jiān)控探頭進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，在明確監(jiān)控點(diǎn)以及監(jiān)控對象的基礎(chǔ)上，通過各階段累積，應(yīng)變值為測讀應(yīng)力減去初始應(yīng)力，將監(jiān)控點(diǎn)得到的應(yīng)變值轉(zhuǎn)化為應(yīng)力值，讀取監(jiān)控點(diǎn)應(yīng)力值數(shù)據(jù)。具體如下。

1.1布置超聲波監(jiān)控探頭

在使用超聲波監(jiān)控探頭對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行連續(xù)動態(tài)監(jiān)控前，首先要確保超聲波直接通過混凝土橋梁外壁傳播的最大發(fā)聲時間必須小于直接通過橋梁外壁繞射的最大發(fā)聲時間，否則，超聲波首次發(fā)出的波將無法直接通過外壁，而是通過繞射的方式達(dá)到接收探頭，無法準(zhǔn)確地監(jiān)控預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

考慮到預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁只具有兩個對側(cè)面，因此本文采用平面對測法對其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行連續(xù)動態(tài)監(jiān)控[2]。平面對測法的超聲波探頭布置主要集中在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的四個外壁上，每個外壁上設(shè)置三個超聲波探頭。超聲波探頭布置及傳播路徑如圖1所示。

通過圖1可知，O表示外壁面，R表示超聲波探頭傳播方向。超聲波的傳播路徑是在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁沒有缺陷時產(chǎn)生的，當(dāng)其外觀上存在缺陷時，聲波會受到缺陷位置的影響發(fā)生不同程度的折射，影響橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[3]。在排除橋梁外部缺陷的情況下，超聲波在傳播的過程中產(chǎn)生最大發(fā)聲時的時間計算公式為式（1）：

（1）

式中：T₁——橋梁外壁不存在缺陷時的超聲波最大發(fā)聲時間;

e——橋梁的邊長;

c——橋梁外壁厚度;

Vh——混凝土的聲速。

當(dāng)混凝土橋梁外壁存在缺陷時，超聲波產(chǎn)生最大發(fā)聲時的時間計算公式為式（2）：

（2）

式中：T₂——橋梁外壁存在缺陷時的超聲波最大發(fā)聲時間;

d——超聲波探頭布置位置與邊界的最小距離;

θ——當(dāng)聲波受到影響時產(chǎn)生的折射角角度。

根據(jù)上述公式，嚴(yán)格控制超聲波監(jiān)控探頭的布置方式，將超聲波監(jiān)控探頭的布置位置設(shè)為監(jiān)控點(diǎn)，有效避免由于外界因素導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度監(jiān)控精度低的問題[4]。本文監(jiān)控對象為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，將橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分為兩個測試內(nèi)容逐一進(jìn)行，分別為：高程基準(zhǔn)點(diǎn)負(fù)荷測試以及承臺沉降測試。在監(jiān)控全過程反饋監(jiān)控點(diǎn)的標(biāo)高，將反饋得到的監(jiān)控點(diǎn)標(biāo)高與計算值進(jìn)行對比，從而更好地控制主梁安裝軸線，保證主梁軸線與橫向標(biāo)高差均滿足規(guī)范要求，得出橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度線性變化規(guī)律[5]。

1.2監(jiān)控點(diǎn)應(yīng)力值數(shù)據(jù)讀取

在明確監(jiān)控點(diǎn)以及監(jiān)控對象的基礎(chǔ)上，通過各階段累積，應(yīng)變值為測讀應(yīng)力減去初始應(yīng)力，將監(jiān)控點(diǎn)得到的應(yīng)變值轉(zhuǎn)化為應(yīng)力值，讀取監(jiān)控點(diǎn)應(yīng)力值數(shù)據(jù)，具體轉(zhuǎn)換公式如式（3）所示：

σ_cd=E×ε（3）

式中：σ_cd——監(jiān)控點(diǎn)讀取應(yīng)力;

E——混凝土彈性模量;

ε——監(jiān)控點(diǎn)混凝土應(yīng)變值。

比較計算出的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度值更新結(jié)果的大小關(guān)系，若比較結(jié)果結(jié)構(gòu)強(qiáng)度值大于承載極限，則立即通過評估設(shè)備中的異常預(yù)警元件實(shí)現(xiàn)報警，提示預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)建筑項目存在安全隱患[6-7]。若結(jié)構(gòu)強(qiáng)度值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于承載極限，則啟動新一輪的監(jiān)控循環(huán)，維持當(dāng)前的運(yùn)行環(huán)境和使用狀況。

在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，主要通過監(jiān)測結(jié)果顯示模塊來顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)，其中顯示的監(jiān)測數(shù)據(jù)包括設(shè)備的歷史信息、實(shí)時信息和服務(wù)器整體信息等。一般來說，系統(tǒng)會從兩個維度對系統(tǒng)的相應(yīng)性能狀況以及系統(tǒng)資源在不同時間的使用情況進(jìn)行查詢，這兩個維度分別是資源和業(yè)務(wù)[8]。在監(jiān)測系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)自己的需要查詢相應(yīng)的實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，將收集到的監(jiān)測信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，得到相應(yīng)的監(jiān)測報告。

為獲得更加精準(zhǔn)的監(jiān)控效果，還需要在得到的應(yīng)力值中剔除初值誤差、混凝土收縮、徐變誤差以及溫度誤差，進(jìn)而得到預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度真實(shí)應(yīng)力。設(shè)真實(shí)應(yīng)力為σ，則其計算公式如式（4）所示：

σ=σ_cd-σ_xb-σ_ss-σ_wd（4）

式中：σ_xb——初始值誤差;

σ_ss——監(jiān)測點(diǎn)收縮徐變應(yīng)力誤差值;

σ_wd——溫度差引起的應(yīng)力誤差值。

通過式（4）計算得出的結(jié)果，就是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控的成果。

2實(shí)驗

2.1實(shí)驗準(zhǔn)備

為構(gòu)建仿真實(shí)驗，實(shí)驗對象選取某預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，并對整體式橋梁橫斷面形式、允許誤差、檢查方法和頻率以及權(quán)值等參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)計。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁各參數(shù)如表1所示。

根據(jù)表1所示，分別使用傳統(tǒng)監(jiān)控方法以及本文設(shè)計的監(jiān)控方法進(jìn)行實(shí)驗，設(shè)置傳統(tǒng)的監(jiān)控方法為實(shí)驗對照組。設(shè)計10個橋梁監(jiān)控點(diǎn)，經(jīng)過一段時間后，記錄橋梁監(jiān)控點(diǎn)的沉降位移，記錄沉降數(shù)據(jù)，將實(shí)驗數(shù)據(jù)整理成表格。實(shí)驗主要內(nèi)容為核查兩種監(jiān)控方法下得到的應(yīng)力值，將得到的應(yīng)力值與真實(shí)應(yīng)力進(jìn)行比較，誤差越小證明該監(jiān)控方法的監(jiān)控精度越高，從而采用監(jiān)控性能更強(qiáng)的監(jiān)控方法。

2.2實(shí)驗結(jié)果分析與結(jié)論

通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)控設(shè)備采集到的監(jiān)控結(jié)果傳輸?shù)街骺赜嬎銠C(jī)中，計算機(jī)通過統(tǒng)計與分析將監(jiān)控結(jié)果通過監(jiān)控界面顯示出來，具體如圖2所示。

由圖2可知，通過人為控制的方式來調(diào)整預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，采用的控制方式為增加或減少其上層空間的負(fù)載重量。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)控點(diǎn)呈現(xiàn)均勻分布狀態(tài)，在一定程度上更加有利于監(jiān)控結(jié)果的合理性，對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控更具可靠性，在實(shí)際的應(yīng)用中更能保障工程質(zhì)量。

為進(jìn)一步驗證預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法的效果及可行性，采集10組監(jiān)控點(diǎn)實(shí)驗數(shù)據(jù)，將兩種監(jiān)控方法下的應(yīng)力值與真實(shí)應(yīng)力進(jìn)行對比，具體實(shí)驗結(jié)果如表2所示。

通過表2可得出如下結(jié)論：在10個監(jiān)控點(diǎn)得出的數(shù)據(jù)中，本文設(shè)計的監(jiān)控方法得到的應(yīng)力值與真實(shí)應(yīng)力值更貼近，誤差小，證明設(shè)計監(jiān)控方法可以實(shí)現(xiàn)對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的連續(xù)動態(tài)監(jiān)控。通過實(shí)驗結(jié)果證明，所設(shè)計的監(jiān)控方法其各項功能均可以滿足施工總體要求，可以廣泛應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控工作。

3結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法，提高了預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁改建施工安全性。本文通過實(shí)驗證明，設(shè)計監(jiān)控方法在保證施工安全方面的具體優(yōu)勢已經(jīng)顯現(xiàn)出來。監(jiān)控得到的應(yīng)力值與真實(shí)應(yīng)力值誤差的大小是保證橋梁質(zhì)量的主要衡量標(biāo)準(zhǔn)，驗證了預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控的主體內(nèi)容，為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控方法的進(jìn)一步優(yōu)化提供參考依據(jù)。本文不足之處是此次研究時間有限，雖然取得了一定的研究成果，但對于該方法研究還不足，沒有對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度連續(xù)動態(tài)監(jiān)控施工技術(shù)進(jìn)行深入研究，可以作為日后研究的重點(diǎn)。

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