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【摘 要】本文介绍了在大跨径梁式桥施工监控中应力监测的方法，并对应力监测结果的不确定性做了详细的分析，总结了减少应力误差的方法，可供监测人员参考。
【关键词】施工监控；应力监测；误差分析
The stress monitoring of long-span beam bridge in construction stage
【Abstract】 This paper introduce the methods of stress monitoring in the long-span beam bridge construction control， and analyse the uncertainty of the minitoring results in detail， then summarize the methods of reduceing stress error， it can be given to monitors for reference .
【Keywords】construction monitoring stress monitoring error analysis
1 引言
随着我国交通事业的大发展，中国目前在建桥梁越来越多，其中梁式桥占了很大比例，并且其规模和跨度也越来越大，新建筑材料在桥梁结构上不断得以应用，桥梁所处外部环境也越来越恶劣。
鉴于桥梁在保持交通生命线畅通中的作用以及桥梁一旦出现病害将影响通行甚至倒塌而中断交通的严重后果，桥梁施工监控也就越来越受到重视。而在施工监控中一项非常重要的任务就是应力监测，它是桥梁施工安全的保证。
2 应力监测截面选择和测点布置
梁式桥梁的结构共同受力特点是：在垂直荷载作用下，主要承重结构的支座只产生垂直反力。基于这个受力特点，在梁式桥施工时，应力测试截面不宜过多，只要抓住应力较大的截面即可。一般梁式桥的内力控制截面：跨中截面最大正弯矩；支点截面最大剪力；L/4截面最大正弯矩。如某特大桥为连续刚构桥，在应力监控中选择的应力控制截面如图1所示。测试截面内力（弯矩、剪力）和截面应力分布，一般都是通过应变量测来反映的，正确的布置测点，对于结构受力状态的准确分析是非常重要的。测点布置应遵循必要、适量、方便观测的基本原则，并使观测数据尽可能地准确、可靠。不同类型截面的测点布置可按照图2进行。
3量测仪器及量测方法
目前测量应变的装置主要有电阻应变仪，千分表，手持应变仪和应变传感器。
电阻应变仪。该种应变量测系统为电测式量测装置，其主要是指由传感器（电阻应变片，应变计）等测试元件将结构应变挠度等机械量转换为电信号，通过放大接受将电信号又以机械量值给出量测值的一种量测装置。其能高效率准确的量测结构表面内部各部位的变形和其他参数的变化，可以远距离的操纵和自动记录，因此该技术在桥梁荷载试验中广泛应用。
用千分表测应变。应变，就是结构上某区段纤维长度的相对变化（）。应变仪就是用来测定这个长度变化的仪器。采用特制的夹具将千分表安装（粘贴或预埋央具底座）在结构表面测定应变，具有精度高、量程大的特点，当应变变化范围很大或需用大标距测定应变时，采用这种装置是非常合适的。手持应变仪。手持应变仪无需同定在结构上，可临时测读，用后收起。但是对孔眼制作精度及操作人员素质要求高，易导致误差，温度影响大。
应变传感器。目前人们根据不同原理和不同需要发明了很多种应变传感器，工程上最常用的传感器都是钢弦式系列传感器。它有埋入式的，也有表面式的，由于其制作安装方便，且稳定性好，抗干扰能力强，远距离测量误差小，因而成为桥梁试验的主力军。
4测量结果误差分析
应力监测之所以成为桥梁监测中最困难和最复杂的内容之一，就是因为我们要对监测应力数值的真伪进行分析，从监测的应力数值中寻得应力真实值。通常我们直接从监测元器件上所得到的监测应力数值往往存在问题而不能直接使用。有时在相同条件下的（甚至同一）测点所测得应力数值都会出现离散性大，规律性差的现象。本文以连续刚构桥悬臂法施工监控为重点来分析监测应力产生误差的原因。
4.1混凝土收缩徐变引起的误差
在桥梁悬臂施工应力监测中，随着施工的进展，不断地在相应的预定位置埋置传感器，随着桥梁的继续施工，通过这些传感器，将测读到传感器所在点的变形变化量的总和，这些总的变形量不仅反映由于荷载和外力的变化引起的应变，即每一节段混凝土、钢筋、模板、挂篮、施加预应力等的变化。同时也反映了混凝土温度变化、收缩、徐变的影响，其中混凝土收缩、徐变量的大小直接对传感器读数产生较大的影响。在悬臂浇筑阶段，主梁结构可以自由收缩，砼的收缩并不能在主梁中产生应力，可是该收缩量将在主梁中预埋的传感器上反映出来，因此从传感器测量出的测试点的砼应力，并不能代表所测点所受的真实应力。
4.2温度变化引起的误差
温度的升高或降低时，由于梁顶板和箱梁内温差较大，梁截面竖直方向上的温差存在滞后现象，从而会带来处于悬臂状态的梁体自由地伸长或缩短，这种伸长或缩短不会在梁体
内产生应力的变化，可是梁体长度的变化量将在主梁中预埋的传感器上反映出来，因此从传感器测量出的测试点的混凝土应变，包括了温度变化引起的砼伸长或缩短。
4.3仿真计算带来的误差
对模型进行计算时，不可能完全模拟真实的施工和荷载情况，在大多数梁桥计算中都是以梁单元来模拟主梁结构，这也会带来一定的误差。另外，施工荷载也具有不确定性，如机械，人员，材料堆放，混凝土的多少、干湿等，这些都难以估计，不可避免会产生误差。
4.4测试系统所带来的误差
测试系统包括测试人员技术，测试仪器，测试方法，数据分析方法等。如我们一般用的应变片，由于其受环境影响较大，保护不当极易受潮。如钢弦式应力传感器，其测试结果的正确性与其在混凝土中埋设的方向和位置的准确程度也存在着关系，这也会带来一定得偶然误差。
5避免或减少误差的方法
（1）采用增量叠加法计算监测应力；在每次工况改变的前后，进行应力测读，得到工况改变前后的测读应力增量，用应力增量来计算监测点的真实应力，这样可避免收缩、徐变引起的误差。
（2）为了避免日照温差的影响，一般情况下，每天早晨八点以前，梁体内的温度场应该较均匀，且与大气温度基本一致，而后随着日照温度的升高，由于不同位置梁体和同一截面梁体的不同侧面及箱体内外所受日照方向和日照时间不一样，梁内各点的温度将不再呈均匀状态，且随日照的强度和时间的增长，而出现较大的差异，所以在施工控制中在应力的测试的时间也应该在早晨的八点以前完成，这样可以避免日照引起温度场变化所带来的测读应力中的误差。
（3）为了提高理论计算准确性，在仿真分析时，结构计算模型应尽可能精准，结构计算参数应尽可能与实际相符。
（4）要减少测试系统所带来的误差，如果条件允许，应该尽量采用应力传感器来代替应变传感器，这样可以避免非应力变形的影响。其次就是要避免桥上的临时施工荷载的大幅增加或减少，如施工机械位置移动或拆卸，材料数量的骤变等。
6总结
应力监测是施工监控的核心部分之一，由于各种因素的影响，必须对应力测试结果中的误差进行仔细分析，去伪存真，以保证桥梁施工过程安全进行。
参考文献：
[1]徐君兰.大跨度桥梁施工控制.北京：人民交通出版社，2000
[2]姬兵亮.既有钢筋混凝土梁桥试验检测研究.长安大学硕士学位论文，2007.
[3]曾德荣，张增亚.桥梁施工监测应力真值分析方法.重庆交通学院学报，2005.
[4]周履，陈永春.收缩徐变[M].北京：中国铁道出版社，1994.
【关键词】施工监控；应力监测；误差分析
The stress monitoring of long-span beam bridge in construction stage
【Abstract】 This paper introduce the methods of stress monitoring in the long-span beam bridge construction control， and analyse the uncertainty of the minitoring results in detail， then summarize the methods of reduceing stress error， it can be given to monitors for reference .
【Keywords】construction monitoring stress monitoring error analysis
1 引言
随着我国交通事业的大发展，中国目前在建桥梁越来越多，其中梁式桥占了很大比例，并且其规模和跨度也越来越大，新建筑材料在桥梁结构上不断得以应用，桥梁所处外部环境也越来越恶劣。
鉴于桥梁在保持交通生命线畅通中的作用以及桥梁一旦出现病害将影响通行甚至倒塌而中断交通的严重后果，桥梁施工监控也就越来越受到重视。而在施工监控中一项非常重要的任务就是应力监测，它是桥梁施工安全的保证。
2 应力监测截面选择和测点布置
梁式桥梁的结构共同受力特点是：在垂直荷载作用下，主要承重结构的支座只产生垂直反力。基于这个受力特点，在梁式桥施工时，应力测试截面不宜过多，只要抓住应力较大的截面即可。一般梁式桥的内力控制截面：跨中截面最大正弯矩；支点截面最大剪力；L/4截面最大正弯矩。如某特大桥为连续刚构桥，在应力监控中选择的应力控制截面如图1所示。测试截面内力（弯矩、剪力）和截面应力分布，一般都是通过应变量测来反映的，正确的布置测点，对于结构受力状态的准确分析是非常重要的。测点布置应遵循必要、适量、方便观测的基本原则，并使观测数据尽可能地准确、可靠。不同类型截面的测点布置可按照图2进行。
3量测仪器及量测方法
目前测量应变的装置主要有电阻应变仪，千分表，手持应变仪和应变传感器。
电阻应变仪。该种应变量测系统为电测式量测装置，其主要是指由传感器（电阻应变片，应变计）等测试元件将结构应变挠度等机械量转换为电信号，通过放大接受将电信号又以机械量值给出量测值的一种量测装置。其能高效率准确的量测结构表面内部各部位的变形和其他参数的变化，可以远距离的操纵和自动记录，因此该技术在桥梁荷载试验中广泛应用。
用千分表测应变。应变，就是结构上某区段纤维长度的相对变化（）。应变仪就是用来测定这个长度变化的仪器。采用特制的夹具将千分表安装（粘贴或预埋央具底座）在结构表面测定应变，具有精度高、量程大的特点，当应变变化范围很大或需用大标距测定应变时，采用这种装置是非常合适的。手持应变仪。手持应变仪无需同定在结构上，可临时测读，用后收起。但是对孔眼制作精度及操作人员素质要求高，易导致误差，温度影响大。
应变传感器。目前人们根据不同原理和不同需要发明了很多种应变传感器，工程上最常用的传感器都是钢弦式系列传感器。它有埋入式的，也有表面式的，由于其制作安装方便，且稳定性好，抗干扰能力强，远距离测量误差小，因而成为桥梁试验的主力军。
4测量结果误差分析
应力监测之所以成为桥梁监测中最困难和最复杂的内容之一，就是因为我们要对监测应力数值的真伪进行分析，从监测的应力数值中寻得应力真实值。通常我们直接从监测元器件上所得到的监测应力数值往往存在问题而不能直接使用。有时在相同条件下的（甚至同一）测点所测得应力数值都会出现离散性大，规律性差的现象。本文以连续刚构桥悬臂法施工监控为重点来分析监测应力产生误差的原因。
4.1混凝土收缩徐变引起的误差
在桥梁悬臂施工应力监测中，随着施工的进展，不断地在相应的预定位置埋置传感器，随着桥梁的继续施工，通过这些传感器，将测读到传感器所在点的变形变化量的总和，这些总的变形量不仅反映由于荷载和外力的变化引起的应变，即每一节段混凝土、钢筋、模板、挂篮、施加预应力等的变化。同时也反映了混凝土温度变化、收缩、徐变的影响，其中混凝土收缩、徐变量的大小直接对传感器读数产生较大的影响。在悬臂浇筑阶段，主梁结构可以自由收缩，砼的收缩并不能在主梁中产生应力，可是该收缩量将在主梁中预埋的传感器上反映出来，因此从传感器测量出的测试点的砼应力，并不能代表所测点所受的真实应力。
4.2温度变化引起的误差
温度的升高或降低时，由于梁顶板和箱梁内温差较大，梁截面竖直方向上的温差存在滞后现象，从而会带来处于悬臂状态的梁体自由地伸长或缩短，这种伸长或缩短不会在梁体
内产生应力的变化，可是梁体长度的变化量将在主梁中预埋的传感器上反映出来，因此从传感器测量出的测试点的混凝土应变，包括了温度变化引起的砼伸长或缩短。
4.3仿真计算带来的误差
对模型进行计算时，不可能完全模拟真实的施工和荷载情况，在大多数梁桥计算中都是以梁单元来模拟主梁结构，这也会带来一定的误差。另外，施工荷载也具有不确定性，如机械，人员，材料堆放，混凝土的多少、干湿等，这些都难以估计，不可避免会产生误差。
4.4测试系统所带来的误差
测试系统包括测试人员技术，测试仪器，测试方法，数据分析方法等。如我们一般用的应变片，由于其受环境影响较大，保护不当极易受潮。如钢弦式应力传感器，其测试结果的正确性与其在混凝土中埋设的方向和位置的准确程度也存在着关系，这也会带来一定得偶然误差。
5避免或减少误差的方法
（1）采用增量叠加法计算监测应力；在每次工况改变的前后，进行应力测读，得到工况改变前后的测读应力增量，用应力增量来计算监测点的真实应力，这样可避免收缩、徐变引起的误差。
（2）为了避免日照温差的影响，一般情况下，每天早晨八点以前，梁体内的温度场应该较均匀，且与大气温度基本一致，而后随着日照温度的升高，由于不同位置梁体和同一截面梁体的不同侧面及箱体内外所受日照方向和日照时间不一样，梁内各点的温度将不再呈均匀状态，且随日照的强度和时间的增长，而出现较大的差异，所以在施工控制中在应力的测试的时间也应该在早晨的八点以前完成，这样可以避免日照引起温度场变化所带来的测读应力中的误差。
（3）为了提高理论计算准确性，在仿真分析时，结构计算模型应尽可能精准，结构计算参数应尽可能与实际相符。
（4）要减少测试系统所带来的误差，如果条件允许，应该尽量采用应力传感器来代替应变传感器，这样可以避免非应力变形的影响。其次就是要避免桥上的临时施工荷载的大幅增加或减少，如施工机械位置移动或拆卸，材料数量的骤变等。
6总结
应力监测是施工监控的核心部分之一，由于各种因素的影响，必须对应力测试结果中的误差进行仔细分析，去伪存真，以保证桥梁施工过程安全进行。
参考文献：
[1]徐君兰.大跨度桥梁施工控制.北京：人民交通出版社，2000
[2]姬兵亮.既有钢筋混凝土梁桥试验检测研究.长安大学硕士学位论文，2007.
[3]曾德荣，张增亚.桥梁施工监测应力真值分析方法.重庆交通学院学报，2005.
[4]周履，陈永春.收缩徐变[M].北京：中国铁道出版社，1994.