覃荷瑛， 石家輝， 徐輝華

(1.桂林理工大學(xué)土木與建筑工程學(xué)院， 桂林 541004； 2.廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系， 南寧 530007)

工程中，常采取施加預(yù)應(yīng)力的方法改善鋼筋混凝土構(gòu)件抗裂性能差的缺點(diǎn)。但施加到混凝土上的初始預(yù)應(yīng)力，由于各種原因(如錨具變形、孔道摩擦、預(yù)應(yīng)力筋的松弛及混凝土的收縮與徐變等因素)而無法長(zhǎng)期保持，產(chǎn)生不同程度的應(yīng)力損失，能夠準(zhǔn)確得到預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力損失值，可以對(duì)構(gòu)件施工及長(zhǎng)期服役狀態(tài)下的安全性進(jìn)行合理的評(píng)估[1]。

為了確保結(jié)構(gòu)安全，準(zhǔn)確得到其預(yù)應(yīng)力損失，使預(yù)應(yīng)力維持在正常的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，各國(guó)規(guī)范給出了預(yù)應(yīng)力損失的理論計(jì)算方法，如美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)和美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)(American Concrete Institute-American Society of Civil Engineers，ACI-ASCE)規(guī)范，中國(guó)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62—2004)以及《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)等。除此之外，許多學(xué)者通過大量研究得出了眾多預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算方法[2-5]。不難從中看出，損失計(jì)算方法具有多樣性及復(fù)雜性，難以取得一致的意見。因此，采用實(shí)測(cè)的方法獲得準(zhǔn)確的預(yù)應(yīng)力損失值，可以有效評(píng)估結(jié)構(gòu)的安全性，并為理論計(jì)算方法提供指導(dǎo)。

中外學(xué)者采用不同的預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法，對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究。Chen等[6]采用超聲波檢測(cè)法對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，但該技術(shù)對(duì)較厚混凝土構(gòu)件穿透能力差，無法應(yīng)用至大型結(jié)構(gòu)中；田章華等[7]利用磁彈應(yīng)力傳感器對(duì)螺紋鋼應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，提高了測(cè)量的精度和重復(fù)性，但彈磁性傳感器易受外部電磁干擾及內(nèi)部缺陷、雜質(zhì)等因素的影響，難以獲取零點(diǎn)；張妮[8]將振弦式傳感器埋入美國(guó)新西七街大橋，并對(duì)施工應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，此類傳感器精度較高，但長(zhǎng)期服役會(huì)使鋼弦發(fā)生蠕變從而影響其靈敏度；韓智強(qiáng)等[9]利用錨下應(yīng)力傳感器對(duì)錨下應(yīng)力有效預(yù)應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，此類方法采用的傳感器體積大，并且只能監(jiān)測(cè)錨下預(yù)應(yīng)力。近年來，光纖Bragg光柵(fiber Bragg grating，F(xiàn)BG)傳感器憑借著體積小、精度高、耐腐蝕、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，集“傳”“感”于一體，逐漸成為監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力損失的必要手段[10-12]。但FBG較脆弱，如何將其封裝至鋼絞線上且在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)中不受損壞是研究的關(guān)鍵問題。

為此，在分析了各項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失機(jī)理，提出理論計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，采用凹槽預(yù)壓內(nèi)嵌式封裝方法，研制出適合工程監(jiān)測(cè)的FBG自感知鋼絞線；然后采取后張法施工工藝制作了預(yù)應(yīng)力混凝土梁，進(jìn)行實(shí)際監(jiān)測(cè)，得到了其預(yù)應(yīng)力損失值，并與理論值和電阻應(yīng)變片監(jiān)測(cè)值進(jìn)行了比較，探究FBG自感知鋼絞線在體內(nèi)預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)中的適用性。

1 預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)力損失理論

1.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道摩擦引起的應(yīng)力損失

后張法中，張拉鋼筋時(shí)，鋼筋在孔道中滑動(dòng)，產(chǎn)生的損失由兩部分組成：一是由于孔道偏差使預(yù)應(yīng)力筋與孔壁混凝土之間產(chǎn)生的接觸摩擦力，引起應(yīng)力損失；二是由于孔道不平，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋與孔壁混凝土之間相互擠壓，產(chǎn)生正壓應(yīng)力，從而引起應(yīng)力損失。通常把以上兩類損失歸結(jié)為管道摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失σl1，其計(jì)算公式為

(1)

式(1)中：σl1為管道摩擦引起的預(yù)應(yīng)力損失；σcon為張拉控制應(yīng)力；k為孔道偏差影響系數(shù)；x為距離張拉端的距離；μ為摩擦系數(shù)；θ為張拉端截面與計(jì)算截面的夾角。

1.2 張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失

在張拉結(jié)束后進(jìn)行錨固時(shí)，錨具及墊塊本身承受壓力產(chǎn)生變形引起應(yīng)力損失，同時(shí)，為使錨具錨緊，鋼筋產(chǎn)生回縮，也引起應(yīng)力損失，將以上兩者引起的預(yù)應(yīng)力損失為σl2。實(shí)際后張法構(gòu)件中，由于孔道不平，鋼筋回縮時(shí)會(huì)產(chǎn)生反向摩擦，使預(yù)應(yīng)力各點(diǎn)處的應(yīng)力變化并不相同，因此，計(jì)算錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失時(shí)，需考慮反向摩阻影響長(zhǎng)度lf，在lf范圍內(nèi)，σl2計(jì)算公式為

(2)

式(2)中：γc為圓弧形曲線預(yù)應(yīng)力鋼筋的曲率半徑；κ為考慮孔道每米局部偏差的摩擦系數(shù)。

1.3 預(yù)應(yīng)力損失組合值

對(duì)于后張法施工的構(gòu)件，張拉階段主要損失值由σl1提供，放張錨固階段主要損失值由σl2提供，因此，施工過程中產(chǎn)生的短期預(yù)應(yīng)力總損失值σl的計(jì)算公式為

σl=σl1+σl2

(3)

2 預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)力損失監(jiān)測(cè)方法

2.1 光纖Bragg光柵傳感技術(shù)

光纖Bragg光柵是利用外界變化參量對(duì)中心波長(zhǎng)的調(diào)制來實(shí)現(xiàn)傳感，當(dāng)一束光進(jìn)入光纖Bragg光柵時(shí)，只有某種特定波長(zhǎng)的光被反射，其余波長(zhǎng)的光無損穿過FBG繼續(xù)向前傳輸[13]。圖1為光纖光柵傳感原理圖。

圖1 光纖Bragg光柵傳感原理圖Fig.1 Schematic diagram of fiber Bragg grating sensing

根據(jù)光譜特性，光纖光柵的中心波長(zhǎng)為

λB=2neffΛ

(4)

式(4)中：neff為光柵有效折射率；Λ為光柵周期。

隨著外界環(huán)境物理量的改變，光柵的周期及有效折射率隨之改變，其光柵中心波長(zhǎng)變化與應(yīng)變的關(guān)系為

Δλ=Kεεg

(5)

式(5)中：Δλ為波長(zhǎng)變化值；Kε為光纖光柵應(yīng)變靈敏度；εg為光纖光柵感知應(yīng)變。

2.2 光纖光柵自感知鋼絞線

為滿足工程監(jiān)測(cè)需要，需將光纖光柵傳感器封裝至鋼絞線內(nèi)部，形成智能鋼絞線。目前光纖光柵傳感器的封裝方式可分為表貼式[14-15]及內(nèi)嵌式[16]，由于表貼式容易因孔道摩擦而損壞傳感器，因此內(nèi)嵌式封裝方式更適合自感知鋼絞線的制作。鑒于此目的，研制出一種光纖光柵自感知鋼絞線，由1×7根(即1根中心絲和7根邊絲)標(biāo)準(zhǔn)低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線制作，采用凹槽預(yù)壓內(nèi)嵌式封裝方法，通過對(duì)中心絲刻槽工藝，將光纖光柵傳感器嵌入至中心絲，既保證鋼絞線的整體性，同時(shí)提高了光纖光柵的存活率，擴(kuò)大了其量程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼絞線的全壽命周期監(jiān)測(cè)[17]。圖2為FBG自感知鋼絞線實(shí)物圖。

圖2 FBG自感知鋼絞線實(shí)物圖Fig.2 Physical drawing of FBG self-sensing steel strand

2.3 實(shí)驗(yàn)梁制作

實(shí)驗(yàn)梁為有黏結(jié)后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁的截面尺寸為300 mm×550 mm，保護(hù)層厚度25 mm，跨度7 m，混凝土標(biāo)號(hào)為C30。實(shí)驗(yàn)梁共2根，編號(hào)分別為B1、B2，B1梁內(nèi)采用直線型預(yù)應(yīng)力孔道，B2梁采用中心對(duì)稱的曲線型預(yù)應(yīng)力孔道。梁內(nèi)配筋情況為：底部縱向受拉鋼筋為2Φ22 mm的HRB400鋼筋；頂部架立筋為3Φ10 mm的HRB400級(jí)鋼筋，對(duì)稱布置；中部腰筋為4Φ12 mm的HRB400級(jí)鋼筋，每側(cè)兩根；箍筋端部加密區(qū)Φ8@100 mm，中部非加密區(qū)為8@200 mm。梁端配置50 mm的錨下空間網(wǎng)狀加強(qiáng)鋼筋，并增設(shè)鋼墊板，防止施加預(yù)應(yīng)力期間端部混凝土的局部破壞。FBG自感知鋼絞線在每根實(shí)驗(yàn)梁中布設(shè)兩根，預(yù)埋波紋管成孔。B1梁中自感知鋼絞線編號(hào)為G1和G′1；B2梁中自感知鋼絞線編號(hào)為G2和G′2,如圖3～圖5所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖Fig.3 Schematic diagram of experimental beam structural design

圖4 B1直線型預(yù)應(yīng)力筋布置及截面配筋示意圖Fig.4 Schematic diagram of B1 linear prestressed tendon layout and cross-sectional reinforcement

圖5 B2曲線型預(yù)應(yīng)力筋布置及截面配筋示意圖Fig.5 Schematic diagram of B2 curved prestressed tendon layout and cross-sectional reinforcement

為灌漿需要，在距離梁的兩端100 mm處分別預(yù)留灌漿孔道及排氣孔道，混凝土澆筑一次成型，濕水養(yǎng)護(hù)48 h后脫模養(yǎng)護(hù)28 d。孔道灌漿在張拉完成后48 h內(nèi)進(jìn)行，灌注漿體采用強(qiáng)度為42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥進(jìn)行配置，水灰比0.44。

2.4 梁內(nèi)傳感器測(cè)點(diǎn)布置

光纖光柵傳感器在梁內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)如圖6(a)、圖6(b)所示，P1、P2、P3、P4、P5光柵測(cè)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)的中心波長(zhǎng)值為1 532、1 541、1 538、1 550、1 555 nm。為驗(yàn)證光纖光柵傳感器實(shí)際測(cè)量的準(zhǔn)確性，在相同測(cè)點(diǎn)鋼絞線邊絲上布置電阻應(yīng)變片，每個(gè)測(cè)點(diǎn)粘貼兩個(gè)，分別位于不同邊絲上。

2.5 實(shí)驗(yàn)過程及監(jiān)測(cè)方法

混凝土澆筑完成，養(yǎng)護(hù)28 d后，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上，用穿心式液壓千斤頂進(jìn)行張拉。張拉方式采取單端張拉，同一混凝土梁中兩根鋼絞線同時(shí)張拉，如圖7所示。張拉時(shí)荷載逐級(jí)增加，每級(jí)荷載5%fpk，其中fpk為預(yù)應(yīng)力筋的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，實(shí)驗(yàn)采用自感知鋼絞fpk=1 860 MPa(對(duì)應(yīng)荷載為260 kN)。張拉至控制應(yīng)力σcon=0.75fpk=1 395 MPa，最大張拉荷載195 kN。每級(jí)張拉后靜置5 min，待鋼絞線受力變形穩(wěn)定后，通過解調(diào)儀采集光纖光柵的測(cè)試數(shù)據(jù)。

鋼絞線逐級(jí)張拉至控制應(yīng)力，監(jiān)測(cè)得到各監(jiān)測(cè)點(diǎn)至張拉端處的波長(zhǎng)變化，利用式(6)求出各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力變化值，求得兩截面間的摩擦預(yù)應(yīng)力損失為

(6)

式(6)中：λ為初始光柵波長(zhǎng)；λ′為張拉至控制應(yīng)力后光柵波長(zhǎng)；Kε為光柵靈敏度系數(shù)；Ep為鋼絞線彈性模量，取1.95×105MPa。

σl1=(σcon-σ)

(7)

鋼絞線逐級(jí)張拉至控制應(yīng)力，記錄其波長(zhǎng)為λ′，隨后放張千斤頂，測(cè)得其波長(zhǎng)為λ″，求得錨具變形及鋼筋內(nèi)縮引起的損失為

(8)

將監(jiān)測(cè)所得到的σl1和σl2累加得到短期預(yù)應(yīng)力總損失σl，從而可求出最終鋼絞線的有效預(yù)應(yīng)力σ。

圖6 B1、B2梁內(nèi)光柵測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.6 Layout of measuring points and strain gauges in beams B1 and B2

圖7 現(xiàn)場(chǎng)張拉實(shí)驗(yàn)圖Fig.7 On-site tensioning experiment diagram

4 監(jiān)測(cè)結(jié)果及預(yù)應(yīng)力損失分析

4.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

張拉階段，用FBG及應(yīng)變片對(duì)B1梁鋼絞線和B2梁鋼絞線的應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，鋼絞線應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖8所示。對(duì)比光纖光柵及應(yīng)變片監(jiān)測(cè)值，明顯看出光纖光柵的線性度要好于應(yīng)變片；在同一測(cè)點(diǎn)，以應(yīng)變片監(jiān)測(cè)的平均值為參考，F(xiàn)BG與應(yīng)變片監(jiān)測(cè)數(shù)值之間的差異大部分都小于平均應(yīng)變的5%，最大差值占平均應(yīng)變的5.26%，數(shù)值較為接近。因此，光纖光柵監(jiān)測(cè)鋼絞線張拉過程的應(yīng)力變化是可行的。

Rav為同一測(cè)點(diǎn)處兩應(yīng)變片平均值；FBG為光纖光柵監(jiān)測(cè)值圖8 張拉過程B1、B2梁內(nèi)鋼絞線應(yīng)變監(jiān)測(cè)曲線Fig.8 Strain monitoring curve of steel strands in beams B1 and B2 during tension

圖9 放張過程B1、B2梁內(nèi)鋼絞線應(yīng)變監(jiān)測(cè)曲線Fig.9 Strain monitoring curve of steel strand in B1 and B2 beams during the tensioning process

放張階段，用FBG及應(yīng)變片對(duì)B1梁鋼絞線和B2梁鋼絞線的應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖9所示。其中R11和R12分別為B1梁兩邊絲上不同應(yīng)變片監(jiān)測(cè)值，R21和R22分別為B2梁兩邊絲上不同應(yīng)變片監(jiān)測(cè)值，Rav為同一測(cè)點(diǎn)兩應(yīng)變片平均值。圖中橫坐標(biāo)代表鋼絞線錨固距離，左端為張拉端，右端為錨固段；縱坐標(biāo)為放張前后的應(yīng)變減小值Δε?？梢钥闯?，靠近張拉端，應(yīng)變變化值最大；靠近錨固端，應(yīng)變變化值最小。除此之外，直線孔道梁隨著張拉端距離增加，其遞減速率明顯小于曲線孔道梁。對(duì)比FBG及應(yīng)變片數(shù)據(jù)，各測(cè)點(diǎn)FBG監(jiān)測(cè)到的放張前后的應(yīng)變減小值Δε與應(yīng)變片監(jiān)測(cè)值之間的差值均小于應(yīng)變片平均值的9%，最大差值占應(yīng)變片平均值的8.3%。而單個(gè)應(yīng)變片監(jiān)測(cè)到的Δε與平均值之間的最大差值已經(jīng)達(dá)到平均值的17.8%，將近FBG的2倍，而同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同邊絲上的應(yīng)變片監(jiān)測(cè)到Δε的最大差值已經(jīng)高達(dá)平均值的35.6%。應(yīng)變測(cè)量中應(yīng)變片所表現(xiàn)出來的大離散性表明傳統(tǒng)的表貼式傳感器并不適合體內(nèi)預(yù)應(yīng)力的測(cè)量，而通過光纖光柵內(nèi)嵌至中心絲上的方法，可以保證FBG與鋼絞線協(xié)同變形，確保監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，并且光纖光柵傳感器嵌入中心絲，可有效保護(hù)FBG不受損壞，保證其耐久性。

4.2 預(yù)應(yīng)力損失分析

4.2.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道摩擦引起的應(yīng)力損失

圖10 B1、B2梁鋼絞線理論及監(jiān)測(cè)損失σl1對(duì)比Fig.10 Comparison of B1 and B2 beam steel strand theory and monitoring lossσl1

在鋼絞線張拉至控制應(yīng)力σcon時(shí)。按式(1)分別計(jì)算直線及曲線孔道梁的摩擦損失應(yīng)力值，與光纖光柵監(jiān)測(cè)到的預(yù)應(yīng)力損失值進(jìn)行比較。如圖10所示?？梢钥闯?，理論值與光纖光柵監(jiān)測(cè)值都呈靠近張拉端處損失值較小，遠(yuǎn)離張拉端處損失值較大的趨勢(shì)，在錨固端達(dá)到最大值。而應(yīng)變片監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)線性度差，數(shù)據(jù)較為離散，與理論值誤差較大，直線孔道尤為明顯，體現(xiàn)了應(yīng)變片用于結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的局限性。對(duì)比圖10(a)和圖10(b)可知：預(yù)應(yīng)力孔道的形狀及布置方式會(huì)對(duì)鋼絞線的應(yīng)力產(chǎn)生較大影響，直線孔道梁中實(shí)測(cè)最大摩擦損失為40.63 MPa，損失率2.9%，曲線孔道中實(shí)測(cè)最大摩擦損失為242.58 MPa,損失率17.3%，約為直線孔道損失的6倍；通過對(duì)比實(shí)測(cè)值與理論值，曲線孔道監(jiān)測(cè)值與理論值相差僅2.8%，較為接近，而直線孔道監(jiān)測(cè)值比理論值超了約28.7%，其主要原因是實(shí)際施工過程中，難以保證孔道始終保持一條水平線，從而引起額外的預(yù)應(yīng)力筋與孔壁混凝土間的擠壓摩擦力，導(dǎo)致?lián)p失大于理論值。通過對(duì)比同一梁中兩根鋼絞線的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，由于施工條件、孔道位置、張拉方式相近，兩根鋼絞線在相同編號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值差異不大。B1梁G1、G′1鋼絞線監(jiān)測(cè)到的最大損失值分別為37.52 MPa 和40.63 MPa，兩者相差3.11 MPa，占較小損失值的8.2%；B2梁G2、G′2鋼絞線監(jiān)測(cè)到的最大損失值分別為242.58 MPa和228.66 MPa，兩者相差13.91 MPa，占較小損失值的6%。

4.2.2 張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失

在放張過程中，按式(2)分別計(jì)算直線及曲線孔道梁的σl2，與光纖光柵監(jiān)測(cè)到的預(yù)應(yīng)力損失值進(jìn)行比較，結(jié)果如圖11所示?？梢钥闯?，F(xiàn)BG實(shí)際監(jiān)測(cè)的σl2與理論值的遞減方向基本一致，距張拉端越遠(yuǎn)的地方σl2越小。而應(yīng)變片實(shí)際監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)具有較大離散性，并且與理論值誤差較大，在直線孔道中尤為明顯。直線孔道梁中G1、G′1監(jiān)測(cè)到的最大應(yīng)力損失均出現(xiàn)在離張拉端最近的P1位置，分別為145.19、135.09 MPa，占張拉控制應(yīng)力的10.4%、9.7%；相應(yīng)測(cè)點(diǎn)理論計(jì)算損失為145.69、134.48 MPa，各鋼絞線最大實(shí)測(cè)值較理論值的相對(duì)誤差分別為0.35%、0.45%；曲線孔道梁中G2、G′2監(jiān)測(cè)到的最大應(yīng)力損失也出現(xiàn)在P1位置，分別為272.46、286.48 MPa，占張拉控制應(yīng)力的19.5%、20.5%；相應(yīng)測(cè)點(diǎn)理論計(jì)算應(yīng)力損失為272.46、286.48 MPa。各鋼絞線最大實(shí)測(cè)值較理論值的相對(duì)誤差分別為11.8%、10.62%。

4.2.3 短期預(yù)應(yīng)力總損失

根據(jù)式(3)，將監(jiān)測(cè)得到的預(yù)應(yīng)力鋼筋與孔道摩擦引起的應(yīng)力損失σl1與張拉端錨具變形和預(yù)應(yīng)力筋回縮引起的預(yù)應(yīng)力損失σl2累加得到各鋼絞線總的預(yù)應(yīng)力損失值σl，與按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010—2010)計(jì)算的理論總損失進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示。

圖11 B1、B2梁鋼絞線理論及監(jiān)測(cè)損失σl2對(duì)比Fig.11 Comparison of B1 and B2 beam steel strand theory and monitoring lossσl2

表1 鋼絞線預(yù)應(yīng)力總損失

由表1可知，在預(yù)應(yīng)力混凝土梁施加預(yù)應(yīng)力且外部荷載完全消失后，直線孔道梁的G1、G′1鋼絞線光纖光柵監(jiān)測(cè)到的最大預(yù)應(yīng)力總損失在140～150 MPa，約占張拉控制應(yīng)力的10%；曲線孔道梁G2、G′2鋼絞線監(jiān)測(cè)到的最大預(yù)應(yīng)力總損失在317～340 MPa，約占張拉控制應(yīng)力的24%。梁內(nèi)光纖光柵監(jiān)測(cè)損失值與理論計(jì)算的損失值相差在0～49 MPa，相對(duì)誤差在16%以內(nèi)，相對(duì)誤差最大為15.80%；應(yīng)變片監(jiān)測(cè)值與理論計(jì)算損失值相差在0～82 MPa，相對(duì)誤差最大為68.61%，由此可見光纖光柵相比應(yīng)變片，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中更具有準(zhǔn)確性。除此之外，由于張拉儀器精度問題及人工操作上的偏差使得實(shí)測(cè)預(yù)應(yīng)力損失與理論損失之間具有一定的偏差，但仍處于合理范圍內(nèi)。

4.2.4 鋼絞線施工完成后的有效預(yù)應(yīng)力

施工完成后，根據(jù)σ=σcon-σl，計(jì)算出監(jiān)測(cè)得到的最終有效應(yīng)力值σ，并于理論有效應(yīng)力值比較，如表2所示。

由表2可知，F(xiàn)BG有效應(yīng)力測(cè)量值與理論計(jì)算值更為接近，所有測(cè)點(diǎn)偏差均小于5%，最大誤差4.60%。單個(gè)應(yīng)變片測(cè)量值與理論計(jì)算值誤差較大，最大誤差為10.01%，超過FBG最大誤差的2倍；但若取兩個(gè)應(yīng)變片測(cè)量值的平均值，可略微縮小與理論計(jì)算值的差異，將最大誤差控制在7%以內(nèi)。

5 結(jié)論

分析了后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)短期應(yīng)力損失特性，提出了利用光纖光柵內(nèi)嵌預(yù)壓至鋼絞線中心絲，形成FBG自感知鋼絞線的監(jiān)測(cè)方法，將此方法分別用于直線孔道和曲線孔道預(yù)應(yīng)力混凝土梁中進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將其監(jiān)測(cè)值與應(yīng)變片及理論值進(jìn)行比較，基于實(shí)驗(yàn)與分析結(jié)果，得出如下結(jié)論。

(1)應(yīng)變片在監(jiān)測(cè)過程中表現(xiàn)出了較大離散型，監(jiān)測(cè)值誤差大；FBG自感知鋼絞線具有良好線性度，監(jiān)測(cè)誤差小，更適合體內(nèi)預(yù)應(yīng)力的應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

(2)通過監(jiān)測(cè)，得到直線孔道梁最大預(yù)應(yīng)力損失在140～150 MPa，約占張拉控制應(yīng)力的10%；曲線孔道梁監(jiān)測(cè)到的最大預(yù)應(yīng)力損失在317～340 MPa，約占張拉控制應(yīng)力的24%。

(3)預(yù)應(yīng)力混凝土梁施工后有效應(yīng)力測(cè)量值與理論計(jì)算值更為接近，所有測(cè)點(diǎn)偏差均小于5%，最大誤差4.60%。單個(gè)應(yīng)變片測(cè)量值與理論值最大誤差為10.01%，超過FBG最大誤差的2倍，因此，光纖光柵能更好地反映預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力變化。

表2 鋼絞線實(shí)測(cè)有效應(yīng)力與理論計(jì)算有效應(yīng)力