桥梁结构绝对应力与相对应力测试方法分析

摘 要 钢筋混凝土结构的内力通常根据荷载、材料的标准值及其它设定参数，使用简化分析模型和多种假定由计算确定，然后根据计算内力求出构件控制截面的计算应力，但这些结果仅能近似反映特定工况的情况，而不能准确反映桥梁的应力状况。本文通过对绝对应力及相对应力测试方法的比较分析，总结出现有技术条件下测试桥梁结构绝对应力的必要条件。

关键词 桥梁结构 绝对应力 相对应力

中图分类号：U448 文献标识码：A

1 概述

对于混凝土桥梁结构而言，一般情况下活荷载只占总荷载的1/4～3/4。桥梁结构内力所包含的由永久荷载所引起的“现况应力实有值”在判断桥梁“剩余承载力”的过程中占有绝对重要的份额。其次，对于预应力钢筋混凝土桥梁结构，按照设计要求在不同部位所施加的预应力是保证该结构正常工作（全预应力、部分预应力）状态所必需的。混凝土的徐变、钢绞线的松弛或锚具的变形都会使所施加的预应力值发生变化，造成结构预应力度的改变。在这种情况下“现况应力实有值”是检验预应力度的重要指标，也是判断桥梁结构能否正常工作的直接标志。

2绝对应力测试方法及其原理

2.1应力释放法

它可用于量测混凝土应力，从而得到截面的应力状态。最初，应力释放法主要用于量测钢筋的残余应力。其基本原理是利用机械对构件所测应力区进行切割或钻孔， 使原来受力的部位变为自由状态，该部位的应力被释放，量测应力释放前后的应变变化， 再经换算可得到该部位的实际应力。

普通钢筋应力释放法检测试验同样可通过获得普通钢筋的应力间接获得截面应力状态。

应力释放法对钢结构应力测试应用相对较多，由于钢结构材料均匀性等特点，其使用效果也相对较好。相比之下，用应力释放法测试混凝土结构永存应力研究在工程上有一定的研究和试用，但由于测试方法较为复杂、对结构存在一定损伤及测试离散性较大，因此未能发展成熟。

2.2“盲孔松弛―加压法”

“盲孔松弛―加压法”的基本原理是通过对构件进行钻孔，使其表面应力局部释放；再从孔内施压，使孔边产生已知的应力迭加。用预先布置在孔边的应变片（花）测量出钻孔前后产生的应变增量（松弛应变）及孔内加压前后产生的应变增量（加压应变）；用检测装置的传感器量出孔内压力，按照弹性理论，推算出原孔位处实际存在的应力和弹性模量值。

3现有主要的相对混凝土应力变化测试原理和方法

不同于绝对应力测试方法不成熟的状况，目前相对应力变化的测试方法是成熟有效的。

混凝土应力测试是比较复杂的技术，目前还没有直接测量混凝土应力实用而有效的仪器，虽然已经有一种直接测量混凝土压应力的应变计，但它不能测量拉应力，所以更多的是通过测量混凝土的应变来间接地反映混凝土的应力水平。目前用来测量混凝土应变的应变计有电阻式应变计、差动式应变计和振弦式应变计等几种。目前国内常用的应变测量手段主要是振弦式应变计和电阻式应变计。

3.1电阻应变测量

电阻应变片体积较小，价格较低，测量灵敏度高，可以实现温度变化的自补偿，可以进行动态测试；但是应变片对粘贴技术要求很高，对绝缘度要求也比较高而且需要进行长导线电阻影响的修正。

3.2弦式应变计的原理及应用

由于振弦式应变计具有良好的稳定性、抗干扰能力强、采集数据方便和测试量为应变累计值等优点，越来越广泛地应用于大跨度桥梁的施工监控和营运期的长期监测。但是，由于混凝土水化热、收缩徐变且受外界环境温度变化的影响，对振弦式应变计所测量的数据必须采用合适的方法进行分析处理，才能比较正确地反映混凝土的应变和应力，这样就给测量结果的准确性带来人为因素等干扰。

应变计在制作出厂后，其中钢弦具有一定的初始拉力，因而具有初始频率，当应变计被埋入混凝土中后，应变筒随混凝土变形而变形，筒中弦的拉力随变形而变化，利用弦的拉力变化可以测出应变筒的应变大小。

但是由于这种应变计必须预先埋入混凝土构件中，其耐久性也不是很好，一般在短期的施工监控中采用。

4结论与展望

桥梁的健康监测以及检测过程中，对于绝对应力的测量一直是无法做到的，原因主要包括：

（1）桥梁检测时，主要是在桥梁上进行短期的静、动载试验，通过对比活载作用下的桥梁结构的相关参数变化。这时得出的应力值只是单纯活载作用下的结构内部应力变化值。

（2）桥梁健康监测时，在桥跨上布置各种传感器。对于旧桥的健康监测，传感器都是桥梁通车后多年后安装上去的。这时桥梁结构本身在自重、预应力以及收缩徐变等因素作用下的应力“储存值”就无法通过已有的传感器来测得，因此也就无法得到桥梁结构的绝对应力值。而对于这些年新建的桥梁，由于健康监测理念的不断加强，在桥梁结构施工时就已经同步安装了监测传感器。虽然，这样可以解决原来的对于桥梁结构应力“存储值”无法测得的尴尬，但是由于传感器本身的局限性，其对于长期的监测过程中出现的温度、混凝土收缩徐变以及周围环境因素等对于监测应力结果的影响无法得到满意的解决，使得传感器的“温漂”和“零漂”因素影响绝对应力的准确测量。

（3）上述分析中提及的绝对应力检测方法与技术在工程上有一定的研究和试用，但由于测试方法较为复杂、对结构存在一定损伤及测试离散性较大、偏差较大，因此未能发展成熟。

参考文献

[1] 潘景龙.混凝土结构性能评定和检测[M].黑龙江科学技术出版社，1997：260-264.

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