CN102928145A

CN102928145A - 预应力混凝土桥梁绝对应力检测方法

Info

Publication number: CN102928145A
Application number: CN2012104184700A
Authority: CN
Inventors: 郭毅霖; 王晓晶; 宿健; 李振宝; 李强
Original assignee: BEIJING HENGTIAN YONGSHENG ELECTROMECHANICAL EQUIPMENT Co Ltd; Beijing University of Technology; Research Institute of Highway Ministry of Transport
Current assignee: BEIJING HENGTIAN YONGSHENG ELECTROMECHANICAL EQUIPMENT Co Ltd; Beijing University of Technology; Research Institute of Highway Ministry of Transport
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: CN102928145B

Abstract

本发明公开了一种预应力混凝土桥梁绝对应力检测方法，该方法包括：获取混凝土桥梁应变初始值；在混凝土桥梁表面开槽，记录槽中两侧应变面产生的应变变化值；在两侧应变面间施加反向力，使两侧应变面间的应变变化值回复到应变初始值；根据反向力获取混凝土桥梁绝对应力。通过对测量中使应力变形回复过程中对反向力的采集，使绝对应力为实际测量获取，不必采用理论推值预估真实值，并且避免了测试过程中温度的影响，从而提高了测量精度，测试过程更易于实施，减小了操作难度，从而加强了测量数据的可信度，降低了误差范围，能够得到更准确的测量结果。

Description

预应力混凝土桥梁绝对应力检测方法

技术领域

本发明涉及预应力混凝土桥梁检测领域，特别涉及预应力混凝土桥梁绝对应力检测方法。

背景技术

随着基础设施建设的不断深入，特别是在公（铁）路桥梁建设过程中，预应力混凝土结构已成为了一种基本形式，并得到了广泛的应用。在预应力混凝土桥梁运营过程中，由于长期的承受荷载，会对结构造成不利影响，危害到结构服役安全。为了及时发现存在的安全隐患，通常对结构的应力状况进行检测，评估桥梁的安全状态。绝对应力也称为工作应力或持久应力，是指各种荷载、变形及约束作用在结构上产生的实际应力总和。其中，荷载包括结构自重、车辆及风荷载、雪荷载等；变形及约束作用是指温度、位移、变形、基础不均匀沉降等因素。绝对应力表明了结构目前处在一个什么样的应力水平，应力的安全储备还有多少，这是判断桥梁安全状态的重要指标之一。目前对混凝土桥梁绝对应力的研究主要集中在应力释放法，其中，应力释放法，即通过在混凝土构件上局部破损，测试破损前后的应力变化，再乘以弹性模量得到结构的工作应力。根据破损方法的不同主要有环孔法和钻孔法。但这些方法存在下述问题：实际结构的混凝土弹性模量难以估计，影响应力值的计算；切割时混凝土温度升高，应变测量值会受到温度的影响。混凝土弹性模量是根据混凝土标号由规范查询而得，但在实际的桥梁建成或服役一段时间后，弹性模量会随着混凝土性能变化而，偏离规范中的理论值，从而使估算的绝对应力值产生误差。目前的方法用于混凝土绝对应力的测量精度并不理想。因此，对于已经运营的预应力混凝土桥梁，绝对应力的测定还没有有效的解决方案。

综上所述，现有技术中的问题在于：对于服役桥梁的绝对应力的测量，多采用应力释放法法，但上述方法在实施过程中对弹性模量及温度、条件提出了很高的要求，从而严重影响了测量精度，不利于实施。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的之一是要解决混凝土桥梁绝对应力检测精度低的问题。

为此目的，本发明提供了一种预应力混凝土桥梁绝对应力检测方法，包括以下步骤：获取混凝土桥梁的应变初始值；在混凝土桥梁表面开槽，检测槽中两侧应变面产生的应变变化值；在两侧应变面间施加反向力，使两侧应变面间的应变变化值回复到应变初始值；根据反向力获取混凝土桥梁绝对应力。

与现有技术相比，本发明的上述实施方式具有以下优点：通过对测量中使应力变形回复过程中对反向力的采集，使绝对应力为实际测量获取，不必依赖弹性模量计算真实值，并且避免了测试过程中温度的影响，从而提高了精度，测试过程更易于实施，减小了操作难度，加强了测量数据的可信度，降低了误差范围，利于在实施。

附图说明

图1为本发明预应力混凝土桥梁绝对应力检测方法的流程图。

图2为本发明应变花与矩形槽分布示意图。

图3为本发明施力装置和测力装置与矩形长槽的配合结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，为本发明预应力混凝土桥梁绝对应力检测方法的流程示意图。该方法包括以下步骤：

步骤S101：获取应变初始值。

在该步骤中，获取混凝土桥梁表面的应变初始值。对需要贴附应变计的混凝土桥梁表面进行打磨处理，然后用无水酒精清除混凝土表面的灰尘。在清除灰尘的混凝土表面涂上环氧树脂，然后粘贴应变片1。在粘贴的过程中确保应变片1与混凝土紧密接触。应避免在混凝土表面有裂缝、孔隙的地方粘贴应变片1。应变片1粘贴好后根据应变计测量值获取混凝土桥梁表面的应变初始值，并记录初始值。同时应当指出的是，为使监测更为有效，可将上述应变片32设置于桥梁中通常会产生应变较大或已经出现应变变化的位置。

步骤S102：记录应变变化值。

在混凝土桥梁表面开槽，检测并记录槽中两侧应变面产生的应变变化值。

在该步骤中，在混凝土桥梁的表面沿与应变片1垂直的方向切割矩形长槽2，根据应变计测量值确定矩形长槽2中两侧应变面产生的应变变化值。矩形长槽2的尺寸约为长7cm，宽4cm，深5cm。矩形长槽2的长边和应变片1垂直。

步骤S103：施加反向力。

在该步骤中，在两侧应变面间固定施力装置，使施力装置的施力方向与应变面的应变方向相对，通过施力装置在两侧应变面间施加反向力，使两侧应变面间的应变变化值回复到应变初始值。

在一个实施例中，在矩形长槽2的两侧应变面间顺序固定施力装置及测力装置，使施力装置的施力方向与应变面的应变方向相对。测力装置与施力装置的施力端固定连接，用于检测施力装置对应变面的施加力。施力装置在两侧应变面间施加反向力，通过应变计测量值监测两侧应变面间的应变值，从应变变化值回复到应变初始值。

本实施例中，施力装置采用超薄液压千斤顶3，测力装置采用微型测力传感器4，来实现对矩形长槽2的两侧应变面施加反向力和对反向力应力值的测定。如图3所示，超薄液压千斤顶3的顶杆31顶端设有凸起311，微型测力传感器4的一端设有与超薄液压千斤顶3的顶杆31顶端的凸起匹配的凹槽，微型测力传感器4与超薄液压千斤顶3的顶杆31通过凸起311和凹槽配合固定。将超薄液压千斤顶3和微型测力传感器4放入矩形长槽2内，并固定在矩形长槽2的两侧应变面间。超薄液压千斤顶3的顶杆31和微型测力传感器垂直作用于矩形长槽2的应变面，并且位于应变面的中心位置，使超薄液压千斤顶3的顶杆31对应变面的作用力均匀。用超薄液压千斤顶3对矩形长槽2的两相对的应变面施加反向力，使矩形长槽2应变面回复切割前的状态，通过应变计监测两侧应变面间的应变值直至应变计恢复初始值。应变计恢复初始值时记录微型测力传感器4的值。

超薄液压千斤顶3的参数见表1。微型测力传感器4的参数见表2。

表1

升力

行程

最小高度

最大高度

作用面积

外型尺寸

自重

5000kg

10mm

40mm

50mm

6.39cm²

66×44×40

1.0kg

表2

外径	高	量程	非线性	重复性	滞后
						13mm	9mm	0～50kg	0.5%FS	0.05%FS	0.5%FS

步骤S104：获取绝对应力。

在该步骤中，根据微型测力传感器4测得的反向力的值获取混凝土桥梁绝对应力。

一个应变计的情况下，根据微型测力传感器4测得的反向力的值获取测点处的绝对应力。由反向力的值获取测点处的绝对应力是本领域常用的技术手段。

通过对测量中使应力变形回复过程中对反向力的采集，使获取的绝对应力为实际测量获取，不必采用理论值预估真实值，并避免了测试过程中温度的影响，从而提高了测量精度。测试过程更易于实施，减小了操作难度，从而加强了测量数据的可信度，降低了误差范围，使测量结果更为准确。

同时还可通过以上检测方法对主应力σ_主与主方向

进行获取，具体步骤如下：

首先，在混凝土桥梁表面将多个应变计贴附为应变花图形。如图2所示，应变片1的数量为三个，成等边三角形分布。

以应变花的形式布置应变片1的情况下，根据所述反向力获取所述混凝土桥梁绝对应力步骤包括：根据应变花图形中的逐一施加获得的多个反向力获取多个所述混凝土桥梁绝对应力σ1、σ2、σ3。在得到应变花中三个方向的绝对应力值后，即在所述根据所述反向力获取所述混凝土桥梁绝对应力的步骤后，根据所述多个绝对应力σ1、σ2、σ3及以下公式1-1及公式1-2获取主应力值σ主及主应力方向（最大主应力与水平方向的夹角）。

公式1-1

公式1-2

公式中的μ是混凝土泊松比。

在以应变花的形式布置应变片1的情况下，对每个矩形长槽2的切割和反向力的施加是依次进行的，即切割完一个矩形长槽2，然后施加反向力，记录应力值，之后再进行下一个矩形长槽2的切割与反向力施加。在进行下一个矩形长槽2的切割和反向力施加的过程中，之前矩形长槽2内的超薄液压千斤顶3和微型测力传感器4仍保留在矩形长槽2内。这样对在后切割矩形长槽2的绝对应力测量不会受到在先切割的矩形长槽2的影响。

值得注意的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例,并非因此限定本发明的专利保护范围。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，或直接或间接运用于其他相关技术领域均同理皆包含于本发明所涵盖的范围内。

Claims

1.预应力混凝土桥梁绝对应力检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取混凝土桥梁的应变初始值；

在所述混凝土桥梁表面开槽，检测槽中两侧应变面产生的应变变化值；

在所述两侧应变面间施加反向力，使两侧应变面间的所述应变变化值回复到所述应变初始值；

根据所述反向力获取所述混凝土桥梁绝对应力。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述获取混凝土桥梁表面的应变初始值步骤包括：

在所述混凝土桥梁表面贴附应变计，根据应变计测量值获取混凝土桥梁表面的应变初始值。

3.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，在所述混凝土桥梁表面贴附应变计步骤还包括：

在所述混凝土桥梁表面将多个应变计贴附为应变花图形。

4.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，在所述混凝土桥梁表面开槽，检测槽中两侧应变面产生的应变变化值步骤包括：

在所述混凝土桥梁表面上，沿所述应变计垂直方向开取矩形长槽，根据应变计测量值确定槽中两侧应变面产生的应变变化值。

5.如权利要求1或2所述的检测方法，其特征在于，在所述两侧应变面间施加反向力，使两侧应变面间的所述应变变化值回复到所述应变初始值的步骤包括：

在所述两侧应变面间固定施力装置，使所述施力装置的施力方向与所述应变面的应变方向相对，通过所述施力装置在所述两侧应变面间施加反向力，使两侧应变面间的所述应变变化值回复到所述应变初始值。

6.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，在所述两侧应变面间施加反向力，使两侧应变面间的所述应变变化值回复到所述应变初始值的步骤包括：

在所述两侧应变面间顺序固定施力装置及测力装置，使所述施力装置的施力方向与所述应变面的应变方向相对，所述测力装置与所述施力装置的施力端固定连接，用于检测所述施力装置对所述应变面的施加力，通过所述施力装置在所述两侧应变面间施加反向力，通过所述应变计测量值监测两侧应变面间的应变值，从所述应变变化值回复到所述应变初始值。

7.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于，根据所述反向力获取所述混凝土桥梁绝对应力步骤包括：

根据应变花图形中的逐一施加获得的多个反向力获取多个所述混凝土桥梁绝对应力σ₁、σ₂、σ₃。

8.如权利要求7所述的检测方法，其特征在于，所述根据所述反向力获取所述混凝土桥梁绝对应力的步骤后还包括：

根据所述多个绝对应力σ1、σ2、σ3及以下公式获取主应力值σ主及主应力方向

9.如权利要求5所述的检测方法，其特征在于，所述施力装置为微型液压千斤顶，所述测力装置为微型测力传感器。