周逸欽

（江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司,江西 南昌 330100）

0 引言

預(yù)應(yīng)力鋼絞線是預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁經(jīng)常應(yīng)用的技術(shù)，能夠有效增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，抵御結(jié)構(gòu)超度形變和發(fā)生開(kāi)裂。預(yù)應(yīng)力鋼絞線有彈塑性和材料功效安全應(yīng)用范圍，其參與預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的組合過(guò)程如果操作不當(dāng)，很可能發(fā)生自身松弛、斷裂或者損壞混凝土結(jié)構(gòu)等工程病害[1]。因此，橋梁工程應(yīng)用該技術(shù)，施工過(guò)程需要加強(qiáng)鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)，以為施工控制提供依據(jù)。案例混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁路橋工程，采用套筒式整絞束磁彈感受器開(kāi)展橋梁鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力無(wú)傷檢測(cè)分析。該型感受器在施工過(guò)程中預(yù)埋于工作位置，可以進(jìn)行鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力無(wú)傷檢測(cè)，成橋后與結(jié)構(gòu)形成一體，也適用于通車(chē)后的在線鋼絞線預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)。結(jié)合工程應(yīng)用，該文介紹磁彈法預(yù)應(yīng)力檢測(cè)原理、感受器型式以及工程檢測(cè)分析結(jié)果，希望為同類(lèi)工程檢測(cè)提供技術(shù)參考。

1 磁彈法預(yù)應(yīng)力檢測(cè)原理

鐵磁部件處于磁場(chǎng)環(huán)境，能夠受到磁力作用而磁化，其磁導(dǎo)性會(huì)受到內(nèi)部應(yīng)力和溫度的影響而發(fā)生改變。保持溫度及其他條件不變，僅通過(guò)改變鋼絞線的張力，就可以改變磁滯曲線，并且ΔB/ΔH磁導(dǎo)率也會(huì)隨即發(fā)生變化。因此在得到Δμ后，經(jīng)過(guò)推導(dǎo)計(jì)算即可以得到預(yù)應(yīng)力數(shù)值。

2 連續(xù)剛構(gòu)橋磁彈檢測(cè)用感受器

磁彈檢測(cè)中，感受器是關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)磁路結(jié)構(gòu)可將磁彈感受器分為閉磁路磁彈感受器和非閉磁路磁彈感受器2類(lèi)。閉磁路感受器又分單旁路、雙旁路和套筒式3種。一個(gè)時(shí)期以來(lái)，套筒式感受器的應(yīng)用比較廣泛。

套筒式磁路結(jié)構(gòu)由鋼絲繞成的鐵芯（鋼絞線）、激勵(lì)線圈、軛鐵、磁極和感應(yīng)線圈組成。其中磁極、空隙、軛鐵和鋼絞線形成磁回路。當(dāng)有電流脈沖通過(guò)時(shí)，激勵(lì)線圈會(huì)在電磁感應(yīng)作用下產(chǎn)生脈沖磁場(chǎng)。鋼絞線被磁化后，會(huì)發(fā)生縱向脈沖磁場(chǎng)。在電磁感應(yīng)作用下，感應(yīng)線圈發(fā)生感應(yīng)電壓，電磁相應(yīng)即可為部件預(yù)應(yīng)力檢測(cè)提供可能性。套筒式的磁路結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)狀態(tài)，磁力線都會(huì)穿過(guò)鋼絞線，因此漏磁問(wèn)題可以忽略不計(jì)，能夠保證絞線被均勻磁化。

套筒式磁路結(jié)構(gòu)中，鋼絞線作為激勵(lì)和感應(yīng)線圈的鐵芯，嵌入套筒式磁路結(jié)構(gòu)中。鋼絞線經(jīng)過(guò)均勻磁化，利于采集檢測(cè)信號(hào)，因此索力磁彈感受器可以獲得較高的檢測(cè)靈敏度和精確度，而且這種磁路結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單易行。在工程檢測(cè)應(yīng)用中，只要預(yù)先在特定區(qū)域埋設(shè)了套筒式感受器，就能實(shí)現(xiàn)工期或運(yùn)營(yíng)期內(nèi)對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞索的有效檢測(cè)。磁彈感受器存在單絞檢測(cè)用和整絞檢測(cè)用的區(qū)別。

2.1 單絞檢測(cè)用感受器

錨板附近的磁彈感受器采取鋼絞線單根外側(cè)直接裝配方式，測(cè)試則選擇其中的3~5根進(jìn)行。統(tǒng)計(jì)感受器采集的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算即可以獲得檢測(cè)索力。單根檢測(cè)所獲數(shù)據(jù)相對(duì)更準(zhǔn)確，利于獲得更有檢測(cè)精度的單股鋼絞張力數(shù)據(jù)。比較單根鋼絞的張拉應(yīng)力狀態(tài)，即可以總結(jié)獲得鋼絞張拉應(yīng)力規(guī)律，判斷受力是否均勻。但這種感受器也存在缺點(diǎn)，如存在位置限制、安裝不夠方便以及推算索力準(zhǔn)確度等問(wèn)題[2]。

2.2 整絞檢測(cè)用感受器

整絞檢測(cè)用感受器裝配在波紋管外部，對(duì)鋼絞線直接進(jìn)行整束測(cè)量。整絞檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)是測(cè)點(diǎn)選擇靈活，位置受限小，易于裝配，并且能夠準(zhǔn)確獲得鋼絞線整束的預(yù)應(yīng)力值，提高檢測(cè)精度，但是整絞檢測(cè)在張拉均勻性檢測(cè)把握上具有功能劣勢(shì)。

案例工程采用套筒式整絞束磁彈感受器開(kāi)展橋梁鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)。

3 案例有效預(yù)應(yīng)力磁彈法檢測(cè)與分析

3.1 檢測(cè)案例

某高速公路的一座跨越山谷的混凝土預(yù)應(yīng)力連續(xù)T梁橋，公路-I級(jí)荷載標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)速度80 km/h，跨度配置102.00 m+190.00 m+102.00 m，橋面寬度配置防撞護(hù)欄0.50 m+行車(chē)道11.00 m+防撞護(hù)欄0.50 m。上部構(gòu)造采取橫向、縱向、部分豎向的三向預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)，施工過(guò)程采取分級(jí)和雙控張拉進(jìn)行施工控制。這里介紹的是工程中對(duì)0#塊頂板縱向束T0、主跨12#塊頂板縱向束、主跨合龍段底板束的磁彈法檢測(cè)及分析成果。

3.2 感受器配置

采取CCT120J型磁彈感受器，規(guī)格直徑×內(nèi)徑×長(zhǎng)度為20.50 cm×12.00 cm×37.00 cm，可直接安裝在鋼絞線所在的塑料波紋管外，其技術(shù)指標(biāo)如表1所示：

該次現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)所用的磁彈感受器計(jì)3個(gè)，其分別編號(hào)140701D、140702D和140703D。感受器在施工過(guò)程中預(yù)埋于預(yù)應(yīng)力束測(cè)試斷面所在的波紋管外部，成橋后它們與結(jié)構(gòu)一體，穩(wěn)定性較好，抗干擾能力較強(qiáng)，屬無(wú)損檢測(cè)，也適用于通車(chē)后的在線監(jiān)測(cè)。

3.3 檢測(cè)結(jié)果與分析

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)為預(yù)應(yīng)力值，單位為kN。為了方便后面的分析比較，將力值換算成應(yīng)力值，單位為MPa。

3.3.1 第1階段的磨損計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較

磨損實(shí)測(cè)值，即鋼束在張拉到位錨固前，在感受器埋設(shè)點(diǎn)處所測(cè)得的預(yù)應(yīng)力值與張拉端預(yù)應(yīng)力的差值，具體詳見(jiàn)表2所示。

表2 鋼束測(cè)點(diǎn)處摩擦致使預(yù)應(yīng)力損失比較 /MPa

表2數(shù)據(jù)顯示，T0和T12處的摩擦致使預(yù)應(yīng)力損失的實(shí)測(cè)值比計(jì)算值分別高16.81 MPa和20.47 MPa，實(shí)測(cè)值分別是計(jì)算值的約1.63倍和1.58倍，實(shí)測(cè)摩擦損失值與計(jì)算值的差異比較大。顯示該項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失易受其他因素影響。如果磁致彈性傳感器的零值確定得不夠準(zhǔn)確，測(cè)量值的準(zhǔn)確性就會(huì)有問(wèn)題。

3.3.2 第1階段接縫壓縮、鋼筋回縮、錨具形變的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值比較

在該項(xiàng)計(jì)算中，注意考慮了反摩擦作用影響。接縫壓縮損失、鋼筋回縮和錨具形變的際測(cè)值，即鋼束完成錨固時(shí)的預(yù)應(yīng)力值與錨固前預(yù)應(yīng)力的差值，其理論值與實(shí)測(cè)值差異見(jiàn)表3所示：

表3 錨具形變等引發(fā)的預(yù)應(yīng)力損失比較 /MPa

表3數(shù)據(jù)顯示，T0和T12處的該項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失的實(shí)測(cè)值比計(jì)算值分別低1.47 MPa和2.75 MPa，實(shí)測(cè)值分別是計(jì)算值的約1.63倍和1.58倍，實(shí)測(cè)摩擦損失值與計(jì)算值的差異比較大。實(shí)測(cè)值分別占計(jì)算值的97.9%和92.8%。實(shí)測(cè)值與計(jì)算值比較接近，表明磁彈法用于檢測(cè)連續(xù)剛構(gòu)橋的預(yù)應(yīng)力損失，具有一定的可靠性和適用性，特別是在檢測(cè)接縫壓縮、鋼筋回縮和錨具形變方面功效良好。

3.3.3 第1階段總損失的模擬值、計(jì)算值、實(shí)測(cè)值的對(duì)比分析

錨具變形和摩阻損失等損失之和即為第1階段總損失[3]。模擬值是經(jīng)Midas Civil軟件中的模型計(jì)算獲得的由錨具變形和摩阻等損失構(gòu)成的瞬時(shí)損失集合量。模擬值Ⅰ是參考規(guī)范取管道偏差系數(shù)和摩擦系數(shù)的模擬結(jié)果。模擬值Ⅱ是參考測(cè)試值取管道偏差系數(shù)和摩擦系數(shù)的模擬結(jié)果。

表4中數(shù)據(jù)顯示，預(yù)應(yīng)力第1階段的總損失的實(shí)測(cè)值接近于計(jì)算值，兩種模擬值也接近于計(jì)算值，表明預(yù)應(yīng)力第1階段的總損失的磁彈法檢測(cè)成果具有適用性。

表4 第1階段總損失的模擬值、計(jì)算值、實(shí)測(cè)值的對(duì)比/MPa

3.3.4 第2階段磨損計(jì)算值、實(shí)測(cè)值及模擬值比較

理論計(jì)算和模擬均注意考慮了筋松弛影響。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量值、規(guī)范計(jì)算值和有限元模型計(jì)算值的比較表見(jiàn)表5~6。

表5 T0鋼束計(jì)算值、模擬值和實(shí)測(cè)值比較 /MPa

表5數(shù)據(jù)顯示，T0測(cè)點(diǎn)第2階段損失預(yù)應(yīng)力的2個(gè)模擬值走向狀態(tài)基本一致，雖然模擬值Ⅰ一直高于模擬值Ⅱ，且隨著工序推進(jìn)，兩者的差距越來(lái)越小，16#節(jié)段鋼束張拉后發(fā)生7.30 MPa的最大差值。計(jì)算值、模擬值和實(shí)測(cè)值的演繹規(guī)律總體一致，其中實(shí)測(cè)值緊隨計(jì)算值做上下波動(dòng)。實(shí)測(cè)值與模擬值在個(gè)別階段存在交叉。實(shí)測(cè)值與計(jì)算值間的差值最大為14.220 MPa。模擬計(jì)算值與計(jì)算值間的差值最大為14.620 MPa，且模擬計(jì)算值均比計(jì)算值低。

表6數(shù)據(jù)顯示，但T12測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值不再如T0測(cè)點(diǎn)的緊隨計(jì)算值做上下波動(dòng)，而是基本穩(wěn)定運(yùn)行于計(jì)算值的上方。T12測(cè)點(diǎn)的2個(gè)模擬值的演繹趨勢(shì)與前述T0測(cè)點(diǎn)的演繹趨勢(shì)基本一致。T0、T12測(cè)點(diǎn)第2階段損失預(yù)應(yīng)力實(shí)測(cè)值、模擬值及計(jì)算值對(duì)比分析顯示，磁彈法在連續(xù)剛構(gòu)橋鋼束預(yù)應(yīng)力損失測(cè)第2階段檢測(cè)中依然適用。

表6 鋼束T12的計(jì)算、模擬及實(shí)測(cè)值比較 /MPa

3.3.5 總損失預(yù)應(yīng)力的計(jì)算、模擬與實(shí)測(cè)值對(duì)比

表7數(shù)據(jù)顯示，T0測(cè)點(diǎn)的總損失預(yù)應(yīng)力的實(shí)測(cè)值總體圍繞模擬值Ⅱ做上下波動(dòng)，其最大差值在20.87 MPa。模擬值、計(jì)算值和實(shí)測(cè)值其變化規(guī)律總體一致。其中模擬值Ⅱ>計(jì)算值>模擬值Ⅰ，模擬值Ⅱ與計(jì)算值的差值全程較平穩(wěn)，最大差值在13.12 MPa。模擬值Ⅰ更接近于計(jì)算值，兩者間最大差值4.390 MPa。

表7 T0束總損失預(yù)應(yīng)力的計(jì)算、模擬與實(shí)測(cè)值對(duì)比數(shù)據(jù) /MPa

表8數(shù)據(jù)顯示，T12測(cè)點(diǎn)的總預(yù)應(yīng)力損失模擬值、計(jì)算值和實(shí)測(cè)值變化規(guī)律總體一致，模擬值Ⅰ接近于計(jì)算值，實(shí)測(cè)值>模擬值Ⅱ>計(jì)算值。在13#節(jié)段發(fā)生模擬值Ⅱ與計(jì)算值的12.46 MPa最大差值。在15#節(jié)段發(fā)生實(shí)測(cè)值與模擬值Ⅱ的17.22 MPa最大差值，以及模擬值Ⅰ與計(jì)算值的0.89 MPa最大差值。

表8 T12鋼束總損失預(yù)應(yīng)力計(jì)算值、模擬值及實(shí)測(cè)值比較 /MPa

4 結(jié)語(yǔ)

該文探討了橋梁鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力磁彈法檢測(cè)技術(shù)。介紹了磁彈法預(yù)應(yīng)力檢測(cè)原理、連續(xù)剛構(gòu)橋鋼束預(yù)應(yīng)力磁彈檢測(cè)的感受器類(lèi)型，并結(jié)合案例采用套筒式整絞束磁彈感受器開(kāi)展橋梁鋼絞線有效預(yù)應(yīng)力檢測(cè)分析結(jié)果，結(jié)果顯示：

第1階段摩擦損失計(jì)算值、實(shí)測(cè)值、模擬值的對(duì)比分析顯示，磁彈法用于檢測(cè)連續(xù)剛構(gòu)橋的預(yù)應(yīng)力損失，在檢測(cè)因接縫壓縮、鋼筋回縮和錨具形變引發(fā)的預(yù)應(yīng)力損失上有一定適用性，但該階段預(yù)應(yīng)力損失易于受到諸多因素的影響，感受器的零值一旦不夠精確，會(huì)造成實(shí)測(cè)摩擦損失值與計(jì)算值的差異比較大，將導(dǎo)致實(shí)測(cè)值的準(zhǔn)確度存在問(wèn)題。

第2階段的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算值、實(shí)測(cè)值、模擬值的對(duì)比分析顯示，T0、T12鋼束的上述三值變化規(guī)律基本一致。T0鋼束的實(shí)測(cè)值呈現(xiàn)圍繞計(jì)算值上下波動(dòng)狀態(tài)，而T12的實(shí)際測(cè)量值始終高于計(jì)算值。總預(yù)應(yīng)力損失上，T0的實(shí)際測(cè)量值總體圍繞模擬值Ⅱ在上下波動(dòng)，而T12的實(shí)際測(cè)量值則一直高于模擬值Ⅱ。因此，磁彈法在連續(xù)剛構(gòu)橋第2階段的預(yù)應(yīng)力損失檢測(cè)的適用性和可靠性較強(qiáng)。