CN104729870A - 一种混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法，其步骤如下：⑴测试断面选择；⑵确定开槽参数；⑶确定检测时间；⑷传感器准备与检查；⑸传感器布置：测量片布设、补偿片布设；⑹开槽试验与数据采集：①开槽位置定位与间距，②有效开槽长度；③调整切割机具控制参数；④切割混凝土；⑺数据采集与稳定要求：⑻数据分析：当切割深度为34㎜时，测试断面现存预应力按如下公式计算：⑼测区部位修复。本发明的混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法，其具有操作流程规范，测试数据真实性高，试验过程可操作性强的优点。

Description

一种混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法

技术领域

本发明属于桥梁工程的桥梁检测技术领域，特别是一种混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法。

背景技术

现存预应力的大小是评价预应力构件承载能力的主要指标。当前对预应力混凝土桥梁现存预应力检测方面的工作还存在明显不足，有关文献指出当前尚没有一种方法能够较准确的检测出预应力结构构件的现存预应力值。现在已有的检测现存预应力技术有：SSRHT法、形状记忆合金(SMA)技术、声发射技术、电磁效应检测法、灰色理论、概率分析模型、基于灵敏度分析的结构受力状况研究法、动力测试法、应力释放法等。这些方法有些对结构破坏程度较高，有些受外界干扰因素多、误差较大，有些难以实现。

本发明研究的应力释放法，其基本原理是对有初始约束应力的测试构件，采用机械切割的方法使约束产生的应力被释放。采用测试仪器对切割前后构件的应变进行测量，根据材料的本构关系即可得到构件的应力状态。相比其他方法，应力释放法虽也有很多问题没有研究清楚，但由于这种方法现场可操作性强、所需费用小，受外界的干扰因素少，即便对结构有部分破坏，但不会影响桥梁整体的工作性能。因此，对于预应力混凝土结构的现存应力测试，应力释放法具有广阔应用前景。

国内外对应力释放法的研究表明，该方法主要应用在金属构件上的盲孔法、钻孔法，以及针对混凝土的环孔法、开槽法。这些方法应用在混凝土现存应力的测试上，各有优、缺点。同时各个学者对释放法进行研究，得出的试验结论不太一致，如应力释放为零的深度不一致等，在传感器的选择上也不一致，对与影响试验的因素看法比较一致，如挠动、温度、水等，但都未提出很好的解决方法。此外，由于在切割机具的选择方面差异性，导致出现应变数据受切割机具对混凝土扰动的影响较大。受这些不确定的因素限制，目前虽然应力释放法处于研究热门当中，但离工程实际应用还有一定距离。

发明内容

针对现有技术所存在的不足，本发明提供一种混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法，其具有操作流程规范，测试数据真实性高，试验过程可操作性强的优点。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

⑴测试断面选择：

测试断面选择在混凝土桥梁结构应力均匀区域，在混凝土桥梁结构的侧面或底面布置测区，并避开钢筋密集区域；

⑵确定开槽参数：

采用钢筋保护层厚度测试仪对测区内钢筋保护层厚度进行探测，当保护层厚度大于34㎜时，开槽参数为：切缝间距80-120㎜，切缝深度34-38㎜；

⑶确定检测时间：

选择环境温度稳定的时间段，试验时，测区应避免阳光直射；

⑷传感器准备与检查：

采用电阻应变片为传感器，保证选用的电阻应变片无缺陷和破损，同批试验选用灵敏系数和电阻值相同的电阻应变片；

⑸传感器布置：

测量片布设：将一组电阻应变片依次经过定位、贴片与质量检查、干燥固化、导线连接完成测量片布设；

补偿片布设：将一组电阻应变片依次经过定位、贴片与质量检查、干燥固化、导线连接完成补偿片布设，采用与测量片具有相同的电阻值、灵敏系数和几何尺寸的电阻应变片为补偿片，粘贴在构件不产生应力的位置；

⑹开槽试验与数据采集：

①开槽位置定位与间距：从电阻应变片中心线两侧40～60㎜对称开槽，保证电阻应变片位于测区中央；

②有效开槽长度：有效切缝长度应保证大于切缝间距，可控制在13-17㎝左右；

③调整切割机具控制参数：根据既定方案，调整切割机具，精确控制切缝深度34-38㎜；

④切割混凝土：采用混凝土切割机匀速、快速、连续切割，用加少量水辅助降温的方式；

⑺数据采集与稳定要求：

①数据稳定时间：25-40min。

②稳定判断：应变数据采集仪应变数据变化小于1με时，即可视为数据已稳定，此后可记录试验数据；

⑻数据分析：

当切割深度为34-38㎜时，测试断面现存预应力按如下公式计算：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_t-{\mathrm{\ϵ}}_0}{k}{E}_c$

其中：σ_t—为测点现存预应力，单位：MPa；

ε_t—切割试验数据稳定后，测点应变值，单位：με；

ε₀—测点初始应变值，单位：με；

E_c—混凝土弹性模量，单位：MPa；

k—应力释放效率经验系数，为0.8～0.9。

⑼测区部位修复：

开槽试验完成后，应采用修补砂浆等建筑材料对开槽位置进行修复。

而且，步骤⑸传感器布置中，测量片布设采用如下方式：

①定位：先初步标示出贴片位置，将贴片位置打磨平整，混凝土表面无浮浆，在打磨平整的部位准确画出测点的纵、横中心及贴片方向，针对应力释放法试验，每个应变测区宜设置不少于3个测点，测点间距不大于5㎜，温度补偿方式为单点补偿；

②贴片与质量检查：将贴片位置清洗干净，直至无粉末为止，在测量片的背面均匀涂抹一层胶水，然后放在测点上，调整电阻应变片的位置，使其可准确定位，粘贴质量好的电阻应变片应胶层均匀，位置准确；

③干燥固化：自然干燥或人工干燥，干燥到绝缘电阻符合要求时为止；

④导线连接：采用半桥电路进行连线。

而且，步骤⑸传感器布置④中，电阻应变片和导线连接前，应在引出线一端下面的试件表面上粘贴一层胶布或绝缘胶纸，使引出线与试件隔离，防止短路。本发明的优点和有益效果为：

1.本发明的混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法，对混凝土结构现存预应力的检测具有重大意义，第一：通过检测结构现存预应力，可确定其承载能力，评定在役桥梁结构安全性；第二、可对存在安全隐患的桥梁结构进行应力分析，找出引起结构安全隐患或破坏的原因，为维修加固提供依据；第三、可分析桥梁结构破坏或失效事故，提出改进措施，防止类似事故再次发生；第四、对桥梁结构应力计算结果进行校核，验证理论计算结果和结构模型的正确性，对桥梁结构的设计分析具有一定的指导作用，第五、为桥梁适应性评定，如提级改造等提供依据，对结构加固后的工作状态和效果进行评价。

2.本发明的混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法，其具有操作流程规范，测试数据真实性高，试验过程可操作性强的优点，相对于其他应力释放法，开槽法对结构损伤小，且采集数据更为方便。

附图说明

图1为测点布置及开槽方案示意图；

图2为电阻应变片的导线连接与固定方式示意图。

附图说明：

1-电阻应变片；2-绝缘衬底；3-引出线；4-引出线与电阻应变片焊接点；5-固定胶布；6-切槽。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法，该方法的步骤如下：

⑴测试断面选择：

测试断面选择在混凝土桥梁结构应力均匀区域，在混凝土桥梁结构的侧面或底面布置测区，并避开钢筋密集区域。

对于多跨桥梁，应选择具有代表性的或最不利桥跨进行应力释放法试验检测，在选择测试构件时，应综合考虑结构技术状况和结构受力，体现最不利原则。对确定的构件进行外观缺损、变形等参数进行检测，为综合鉴定结构现存预应力作为依据。

⑵确定开槽参数：

采用钢筋保护层厚度测试仪对测区内钢筋保护层厚度进行探测，当保护层厚度大于34㎜时，开槽参数为：切缝间距100㎜，切缝深度34㎜；开槽，标号为6的位置位于传感器的两侧。图1中示意了一个测量片及其两侧开槽的位置结构。

⑶确定检测时间：

应力释放法试验应选择环境温度稳定、变化小的时间段进行，试验时，测区应避免阳光直射，如现场不能满足条件，可采取遮阳措施。

⑷传感器准备与检查：

应力释放法用传感器推荐型号为电阻应变片，标距40㎜，电阻值为120Ω。从干燥箱取出电阻应变片，用放大镜对其进行检查，保证选用的电阻应变片无缺陷和破损。同批试验选用灵敏系数和电阻值相同的电阻应变片，采用兆欧表或万用表对其电阻值进行量测，保证误差不大于0.5Ω。

⑸传感器布置：

测量片布设：将一组电阻应变片依次经过定位、贴片与质量检查、干燥固化、导线连接完成测量片布设。

电阻应变片的粘贴是应变电测技术中一个很关键的环节，粘贴质量的好坏直接影响量测的结果。有时可能因某些主要测点的电阻应变片失效，导致量测工作失败。因此，必须掌握粘贴技术，保证量测结果的准确性和可靠性。粘贴时应严格控制下列主要技术环节：

①定位。先初步标示出贴片位置，用砂布或砂轮机将贴片位置打磨平整，混凝土表面无浮浆，必要时涂底胶处理，待固化后再次打磨。在打磨平整的部位准确画出测点的纵、横中心及贴片方向。针对应力释放法试验，每个应变测区宜设置不少于3个测点，测点间距不大于5㎜，温度补偿方式为单点补偿。

②贴片与质量检查。用镊子夹脱脂棉球蘸酒精(或丙酮)将贴片位置清洗干净，直至无粉末为止。用手握住电阻应变片引出线，在其背面均匀涂抹一层胶水，然后放在测点上，调整电阻应变片的位置，使其可准确定位。在电阻应变片上覆盖小片玻璃纸，用手指轻轻滚压，挤出多余胶水和气泡。注意不要使电阻应变片位置移动。用手指轻按1～2min，待胶水初步固化后即可松手。粘贴质量好的电阻应变片，应是胶层均匀，位置准确。

③干燥固化。干燥才能固化。对气温较高、相对湿度较低的短期试验，可用自然干燥，时间一般为1～2d。也可采用人工干燥措施，待自然干燥必后，用红外线灯烘烤，温度不要高于50℃，还要避免骤热，烘干到绝缘电阻符合要求时为止。

④导线连接。应力释放法试验宜采用半桥电路。

电阻应变片1和导线连接前，应在引出线3一端下面的试件表面上粘贴一层固定胶布5或绝缘胶纸2，使引出线与试件隔离，防止短路，如图2所示。在导线的选择上，应尽量采用金属屏蔽导线以消除外界干扰。当测点多、导线长时，导线应排列整齐，分区成束捆扎，屏蔽网接地，以尽量消除电容不平衡的影响。工作片和补偿片的连接导线要等长，以使导线电阻平衡。

导线的所有接着均应采用焊接的方式，引出线与电阻应变片焊接点4应清洁光滑，焊锡丰满，无假焊。

⑤电阻应变片的防护。将电阻应变片引线与连接导线分别焊在接线端子上并立即涂防护层，以防止电阻应变片受潮和机械损伤。受潮会影响电阻应变片的正常工作，电阻应变片受潮的程度不易直接量测，一般用电阻应变片和结构表面的绝缘电阻值来判断。绝缘电阻值高能保证量测精度，但要求过高会增加防潮难度和工作量。一般静态量测绝缘电阻应大于200MΩ。

⑥电阻应变片粘贴质量的检查。对电阻应变片进行防护后，首先用放大镜检查，特别要注意基底下面不能有气泡，然后以万用表测试应变计阻值及绝缘电阻，确保电阻应变片可正常工作。

补偿片布设：①补偿片与工作片必须是同批产品，具有相同的电阻值、灵敏系数和几何尺寸。

②补偿片的贴片、干燥、防潮等处理工艺必须与工作片完全一致。

③补偿片与工作片的位置应尽量接近，使二者处于同一温度场条件下，以防不均匀热源的影响。补偿片必须粘贴在构件不产生应力的位置。

④连接补偿片的导线必须与连接工作片的导线同一规格、同一长度

⑹开槽试验与数据采集：

对于运营桥梁，在开槽试验前应进行临时断交，保证整个试验过程中桥梁的受力状况一致。

①开槽位置定位与间距：从电阻应变片中心线两侧各50㎜，保证电阻应变片位于测区中央，切缝间距为100㎜；

②有效开槽长度：有效切缝长度应保证大于切缝间距，可控制在15㎝左右；

③调整切割机具控制参数：根据既定方案，调整切割机具，精确控制切缝深度34㎜；

④切割混凝土：选取一次切割到位的方式，切割时要匀速、快速、连续切割，严格控制刀片与混凝土表面垂直，保证切缝平直度。此外，切割过程中应尽量避免切割机具触碰电阻应变片、焊点、导线。

⑺数据采集与稳定要求：

①数据稳定时间：大于25min。

②稳定判断：应变数据采集仪应变数据变化小于1με时，即可视为数据已稳定，此后可记录试验数据；

⑻数据分析：

当切割深度为34㎜时，测试断面现存预应力按如下公式计算：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_t-{\mathrm{\ϵ}}_0}{k}{E}_c$

其中：σ_t—为测点现存预应力，单位：MPa；

ε_t—切割试验数据稳定后，测点应变值，单位：με；

ε₀—测点初始应变值，单位：με；

E_c—混凝土弹性模量，单位：MPa；

k—应力释放效率经验系数，为0.8～0.9。

⑼测区部位修复：

开槽试验完成后，应采用修补砂浆等建筑材料对开槽位置进行修复。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (3)

1.一种混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

⑴测试断面选择：

测试断面选择在混凝土桥梁结构应力均匀区域，在混凝土桥梁结构的侧面或底面布置测区，并避开钢筋密集区域；

⑵确定开槽参数：

采用钢筋保护层厚度测试仪对测区内钢筋保护层厚度进行探测，当保护层厚度大于34㎜时，开槽参数为：切缝间距80-120㎜，切缝深度34-38㎜；

⑶确定检测时间：

选择环境温度稳定的时间段，试验时，测区应避免阳光直射；

⑷传感器准备与检查：

采用电阻应变片为传感器，保证选用的电阻应变片无缺陷和破损，同批试验选用灵敏系数和电阻值相同的电阻应变片；

⑸传感器布置：

测量片布设：将一组电阻应变片依次经过定位、贴片与质量检查、干燥固化、导线连接完成测量片布设；

补偿片布设：将一组电阻应变片依次经过定位、贴片与质量检查、干燥固化、导线连接完成补偿片布设，采用与测量片具有相同的电阻值、灵敏系数和几何尺寸的电阻应变片为补偿片，粘贴在构件不产生应力的位置；

⑹开槽试验与数据采集：

①开槽位置定位与间距：从电阻应变片中心线两侧40～60㎜对称开槽，保证电阻应变片位于测区中央；

②有效开槽长度：有效切缝长度应保证大于切缝间距，可控制在13-17㎝左右；

③调整切割机具控制参数：根据既定方案，调整切割机具，精确控制切缝深度34-38㎜；

④切割混凝土：采用混凝土切割机匀速、快速、连续切割，用加少量水辅助降温的方式；

⑺数据采集与稳定要求：

①数据稳定时间：25-40min。

②稳定判断：应变数据采集仪应变数据变化小于1με时，即可视为数据已稳定，此后可记录试验数据；

⑻数据分析：

当切割深度为34-38㎜时，测试断面现存预应力按如下公式计算：

${\mathrm{\σ}}_t=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_t-{\mathrm{\ϵ}}_0}{k}{E}_c$

其中：σ_t—为测点现存预应力，单位：MPa；

ε_t—切割试验数据稳定后，测点应变值，单位：με；

ε₀—测点初始应变值，单位：με；

E_c—混凝土弹性模量，单位：MPa；

k—应力释放效率经验系数，为0.8～0.9。

⑼测区部位修复：

开槽试验完成后，应采用修补砂浆等建筑材料对开槽位置进行修复。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法，其特征在于：

步骤⑸传感器布置中，测量片布设采用如下方式：

①定位：先初步标示出贴片位置，将贴片位置打磨平整，混凝土表面无浮浆，在打磨平整的部位准确画出测点的纵、横中心及贴片方向，针对应力释放法试验，每个应变测区宜设置不少于3个测点，测点间距不大于5㎜，温度补偿方式为单点补偿；

②贴片与质量检查：将贴片位置清洗干净，直至无粉末为止，在测量片的背面均匀涂抹一层胶水，然后放在测点上，调整电阻应变片的位置，使其可准确定位，粘贴质量好的电阻应变片应胶层均匀，位置准确；

③干燥固化：自然干燥或人工干燥，干燥到绝缘电阻符合要求时为止；

④导线连接：采用半桥电路进行连线。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土桥梁结构现存预应力检测的方法，其特征在于：步骤⑸传感器布置④中，电阻应变片和导线连接前，应在引出线一端下面的试件表面上粘贴一层胶布或绝缘胶纸，使引出线与试件隔离，防止短路。