桥梁体外预应力加固索力测试技术现状与发展趋势

董立军+鲍和其

摘要：综述了目前常用的几种桥梁体外预应力加固索力测试技术，并分析了各自基本原理、性能特点及应用范围；指出了体外预应力索力测试的发展趋势及需要解决的问题。

关键词：桥梁工程；体外预应力；加固；索力；测试技术

引言

目前在工程实践中常用的体外预应力加固体系的索力测定方法主要有压力表测定法、电阻应变片法、压力传感器测定法、振动频率测定法和磁通量法这五类，本文针对这些体外预应力索力测定的方法，阐述其基本原理，分析它们的性能特点、应用范围及存在的缺点，并指出了体外预应力索力测试的发展趋势及需要解决的问题。

1体外预应力索力测试技术

1.1压力表法。用千斤顶张拉预应力筋时，通过精密压力表或液压传感器测定油缸的液压，并根据千斤顶液压读数与活塞压力之间的关系曲线就可求得索力。这种方法简单易行，比较直观，是施工中控制体外预应力张拉力最常用的方法，它多用于在桥梁结构体外预应力加固施工过程中对索力的测定与调整。但由于压力表自身的一些特性，使得读数人为误差大，负荷示值需转换等缺点，影响了其测试的精度。

1.2电阻应变片法。电阻应变式传感器是实际工程中应用较广的传感器之一，将电阻式应变片牢固粘贴到体外预应力筋上，通过所测定的应变大小与预应力筋的弹性模量即可得到预应力筋索力值。它的主要优点是：传感器结构简单、使用方便、性能可靠稳定、灵敏度高、测量速度快、适合静态和动态测量等，易于实现测量过程中自动化和多点同步测量。

电阻应变片测定体外预应力索力的最大问题之一是粘合剂问题，在高温下粘合剂固化困难，粘贴操作又较复杂，这就制约了电阻应变式压力传感器的精度、线性度及使用范围。

1.3压力传感器测定法。压力传感器测定的基本原理是：桥梁加固过程中在张拉体外预应力筋时，利用穿心式压力传感器或在锚头和锚座之间安装测力传感器，进而通过二次仪表的读数得到千斤顶的张拉力。选择恰当的传感器除可以满足施工控制监测要求外，还可用于加固后桥梁运营过程中的索力测量。目前测量承压环应变的传感器已广泛引入振弦式和光纤式，其性能可靠、稳定，测试精度可达0.5%～1.0%。虽然压力传感器测定法精度相对较高，但该方法只限于施工阶段时即进行预安装。

1.4振动频率测定法。振动频率法测量索力是依据体外预应力体系的振动频率与张拉力之间存在对应关系的特点，拾取拉索的自由振动或在环境振动激励下的振动信号，经过滤波、信号放大、A/D转换和频谱分析即可测出体外预应力体系的自振频率，进而由張拉力与自振频率之间的关系获得索力。

用振动频率法进行体外预应力索力测试，具有快速、方便、实用、可重复测试、精确度较高的特点，尤为重要的是不必在施工阶段进行预安装即可测定体外预应力实存索力大小。但频率法所确定的索力精度在很大程度上取决于体外索自身参数的可靠性，各参数的偏差会影响到索力计算的精度。

1.5磁通量法。磁通量法是近十年来才发展起来的用于测定索力的方法，其基本原理是将体外预应力筋置于一个磁场环境中，当其应力发生变化时磁滞曲线将随之变化，磁导率也将变化，利用精密电磁传感器，测定磁导率的变化来推算出拉索的应力变化。该方法为非接接触法、传感器输出功率大、信号强、过载能力强、适合于静态和动态索力测量。但磁通量法的最主要缺点是传感器极易受到温度的影响，导致与实际的应用温度环境不符，索力测试的精度难以保证。

2体外预应力索力测试的发展趋势及需解决的问题

以上对现有主要的桥梁体外预应力加固索力测试方法分析可以看出，体外预应力索力测试的五种主要方法中，压力表测定法和压力传感器测定法一般必须在体外预应力张拉起始时进行安装，仅适用于正在张拉的体外预应力索力的测定，很难用于对已经加固施工完成后的索力进行测试。电阻应变片法对于处于运营期的体外预应力索力测试也难以实现。磁通量法是测定索力的非破坏性方法，可以用于已经张拉的体外预应力索力测试，但国内无论在技术上、还是经验上都很不完善。振动频率法不仅能够测试正在施工中的体外预应力索力还可测试运营中体外预应力实存索力值，因此，当需要对施工中以及已施工完成的体外预应力进行索力复测时，振动频率法几乎是唯一的选择。然而，为提高这种方法的测试精度及适用性，有以下三个方面需要加以研究：

（1）体外预应力拉索的边界状态、减振器等因素对体外预应力索力与自振频率之间关系影响需要进一步分析。

（2）体外预应力索力计算中需要求得体系的自振频率，为提高频率识别的精度，需要研究更有效的消除各类噪声影响的方法；

（3）体外预应力体系的振动是三维的，而由频率来推定索力的公式中是假定体系的振动处在二维平面内的，由此需要研究这种差异对索力测试带来影响程度，或者对体外预应力测试测点布设方式进行规范化以使得测试状态与模型假定基本一致。

3结语

综上所述，桥梁体外预应力加固索力测试技术尽管多种多样，然而，到目前为止，还没有任何一种方法能够满足各种不同要求下的测试方法，各种测试方法中仍存在大量的问题需要进行分析和研究。考虑到振动频率法在我国工程界已有了一定的应用基础和经验积累，具有推广的优势；另外，振动频率法不仅能够用于体外预应力加固过程中张拉了的控制，还尚可方便地进行使用状态下索力测量，笔者重点指出了该种测试方法需要解决的问题。