论文部分内容阅读
[摘 要]根据监测经验，在分析了桥梁施工应力监测中应力误差产生原因的基础上，对误差进行了分类，提出了一套误差值及监测应力真实值的计算方法，并指出了应力监测中避免误差的一些工作方法.
[关键词]桥梁施工 施工控制 桥梁试验
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-076-01
应力监测成为桥梁监测中最困难和复杂的内容之一，我们有必要对监测应力数值的真伪进行仔细的研究，找出适当的分析办法，从监测的应力数值中寻得应力真实值.在当今的桥梁监控中的各种应力传感器，其原理基本上都是利用传感器与所在点梁体的一致性物理伸长或缩短的这种变化来感应梁体内的应力的. 而梁体的伸长或缩短并不一定是梁体内应力的增加或减少引起的. 这就是当今桥梁监控中应力监测的困难所在了.
一、概念界定
“测读应力”是指通过测试元器件在监测点测读（包括经相应计算式计算）的应力.显然本文将指出和证明个测读应力值它只反映了传感器中的应力，但并不一定能代表梁体内应力.“误差”是指测读应力与监测点梁体内的真实应力的差，这种差的绝对值可能比真实应力值还要大.
二、误差的分类
（一）系统误差
指服从某一确定规律的误差，称为系统误差，系统误差通常又分为恒值系统误差和变值系统误差.恒值系统误差是指误差数值和符号都不变的系统误差，变值误差是指误差数值或符号变化不定或按一定规律变化的误差. 如桥梁应力监测测试中各传感器的初值，以及计算理论误差等都是一个恒值误差，而砼的收缩徐變、温度变化所引起的误差，是按照砼的收缩徐变规律变化的，因此这个误差就是变值系统误差.
（二）随机误差
在桥梁应力监测中，由于各种偶然因素的影响而引起的测量误差，称为随机误差，随机误差的数值大小和符号都不固定，但其总体服从一定的统计规律，平均值随观测次数的增加而逐渐趋于零. 随机误差决定了测量精密程度. 在桥梁应力监测中各测点的随机误差一般是由于偶然施工荷载引起的，只是该点绝对误差中的很少一部分，同时由于各测点同一工况的测读次数一般仅为一次，因此应力监测中应力的随机误差一般不进行分析.
（三）初大误差
指在测量结果中有明显错误的误差. 例如测错、读错、记错等. 初大误差没有任何规律可循，纯属偶然，必须从测量结果中除去.
三、应力误差产生的原因
在桥梁的应力监测工作中，往往通过测试装置（仪器）获得一系列的数据，评定这些数据的精确程度就是误差. 测试过程中，无论采用多么完善的测试装置和方法，也无论测试人员怎样细心，都会存在误差. 因此误差是不可避免的，但是也只有用适当方法找出误差，获得真值，才能根据测试数据，做出正确判断. 要找出误差，必须先找出产生误差的原因.本文以悬臂法施工控制监测为重点来分析监测应力产生误差的原因。
（一）砼收缩徐变引起的误差
在桥梁悬臂施工监测中，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力变化，即每一节段砼、钢材、模具、挂兰、施加预应力、斜拉索张拉等的变化；同时也反映了温度变化、砼收缩、徐变的影响，其中砼收缩、徐变量的大小直接对传感器读数产生较大的影响，并且有时间累积效应，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. 事实上，它往往夸大了砼中的真实应力，这个收缩值所引起的误差是施工监测中应力绝对误差最大的一部分. 在传感器最初埋设的30d 内，砼将有很大的收缩量，可在传感器中产生8-15MPa的测读应力.
（二）温度不同引起的误差
温度的升高或降低，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砼应力，包括了温度变化引起的砼伸长或缩短. 温度变化包括两个方面：季节温差，悬臂施工的大跨径桥梁，一般不会在5-6 个月内就合龙了，需要跨过温差较大的不同季节，季节温差，将引起梁悬臂自由伸长或缩短；? 日照温差，施工中处于悬臂状态的桥梁不仅处于每天变化的日照温度场中，日照温差将引起悬臂梁伸长或缩短，而且由于桥梁顶底、箱内、外每天日照时间不同，同一截面不同点，温度不一样，不同位置的不同截面温度更是不一样.比如在西南地区，这种季节温差通常在20e-35e，而这个温度将在C50的砼中引起测读应力增加710-1015MPa，而C50砼在施工中容许出现的拉应力为310MPa.很容易给人一种已经出现危险的假现象.
（三）理论计算值误差
理论计算值的真实可靠性受到怀疑主要是由于结构计算理论的不准确性、计算荷载的不准确性引起的. 对于大多数连续梁桥、连续刚构或斜拉桥，在计算中都是以梁单元来模拟主梁结构，包括用平面梁单元来计算其宽度方向尺寸超过长度方向单元长度尺寸的这种有限元计算方法本身的不完全恰当性和用平截面理论来计算这种梁板结合结构的应力计算方法的局限性. 另外在结构计算中，荷载的不准确性也是施工阶段理论计算中无法克服的，除施工荷载（机械、人员、材料、工具）难以准确计量外，斜拉桥还有索力也难以获得其精确值；主梁线型往往不会完全与理论值相同，更主要的是各节段浇筑的砼的重量可能与理论值存在着较大误差，且在不同阶段砼的干、湿程度不一样，其砼的总重在不同阶段也是不同的.
（四）测试系统本身的误差
测试系统本身的误差，包括在桥上使用的所有测试工具、测试方法、测试数值结果的处理分析方法. 桥梁应力监测常用的传感器有：钢弦式应力传感器、压电式应力传感器、压磁式应力传感器、应变式应力传感器. 这些传感器在室内实验室的精度往往可以比较好，但用在室外的施工条件下，其测试精度往往受到怀疑. 如钢弦式应力传感器，其测试结果的正确性与其在砼中埋设的方向和位置的准确程度也存在着关系. 另外，在测试数值结果的处理方面，由于每个点的应力传感器仅为1-2个，所以通常就直接采用了各传感器的应力读数，这样做的好处就是简单. 但这样无法进行去伪求真的处理，更难以进行统计分析. 如果同一点能有5- 7 个传感器，对其结果进行数值统计分析和利用相关的误差理论分析方法进行分析，其结果就将会消除因单个传感器的位置和方向不准确所产生的偶然误差.
参考文献：
1、范立楚. 桥梁工程[M]。北京：人民交通出版社，2002
2、重庆交通学院学报，2003，22（2）
3、刘金环. 工程测试技术[M] . 北京：兵器工业出版社，1998
作者简介：
田苗（1983-），女，河南开封人，开封市通达公路工程有限公司，助理工程师。
[关键词]桥梁施工 施工控制 桥梁试验
中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）08-076-01
应力监测成为桥梁监测中最困难和复杂的内容之一，我们有必要对监测应力数值的真伪进行仔细的研究，找出适当的分析办法，从监测的应力数值中寻得应力真实值.在当今的桥梁监控中的各种应力传感器，其原理基本上都是利用传感器与所在点梁体的一致性物理伸长或缩短的这种变化来感应梁体内的应力的. 而梁体的伸长或缩短并不一定是梁体内应力的增加或减少引起的. 这就是当今桥梁监控中应力监测的困难所在了.
一、概念界定
“测读应力”是指通过测试元器件在监测点测读（包括经相应计算式计算）的应力.显然本文将指出和证明个测读应力值它只反映了传感器中的应力，但并不一定能代表梁体内应力.“误差”是指测读应力与监测点梁体内的真实应力的差，这种差的绝对值可能比真实应力值还要大.
二、误差的分类
（一）系统误差
指服从某一确定规律的误差，称为系统误差，系统误差通常又分为恒值系统误差和变值系统误差.恒值系统误差是指误差数值和符号都不变的系统误差，变值误差是指误差数值或符号变化不定或按一定规律变化的误差. 如桥梁应力监测测试中各传感器的初值，以及计算理论误差等都是一个恒值误差，而砼的收缩徐變、温度变化所引起的误差，是按照砼的收缩徐变规律变化的，因此这个误差就是变值系统误差.
（二）随机误差
在桥梁应力监测中，由于各种偶然因素的影响而引起的测量误差，称为随机误差，随机误差的数值大小和符号都不固定，但其总体服从一定的统计规律，平均值随观测次数的增加而逐渐趋于零. 随机误差决定了测量精密程度. 在桥梁应力监测中各测点的随机误差一般是由于偶然施工荷载引起的，只是该点绝对误差中的很少一部分，同时由于各测点同一工况的测读次数一般仅为一次，因此应力监测中应力的随机误差一般不进行分析.
（三）初大误差
指在测量结果中有明显错误的误差. 例如测错、读错、记错等. 初大误差没有任何规律可循，纯属偶然，必须从测量结果中除去.
三、应力误差产生的原因
在桥梁的应力监测工作中，往往通过测试装置（仪器）获得一系列的数据，评定这些数据的精确程度就是误差. 测试过程中，无论采用多么完善的测试装置和方法，也无论测试人员怎样细心，都会存在误差. 因此误差是不可避免的，但是也只有用适当方法找出误差，获得真值，才能根据测试数据，做出正确判断. 要找出误差，必须先找出产生误差的原因.本文以悬臂法施工控制监测为重点来分析监测应力产生误差的原因。
（一）砼收缩徐变引起的误差
在桥梁悬臂施工监测中，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力变化，即每一节段砼、钢材、模具、挂兰、施加预应力、斜拉索张拉等的变化；同时也反映了温度变化、砼收缩、徐变的影响，其中砼收缩、徐变量的大小直接对传感器读数产生较大的影响，并且有时间累积效应，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. 事实上，它往往夸大了砼中的真实应力，这个收缩值所引起的误差是施工监测中应力绝对误差最大的一部分. 在传感器最初埋设的30d 内，砼将有很大的收缩量，可在传感器中产生8-15MPa的测读应力.
（二）温度不同引起的误差
温度的升高或降低，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砼应力，包括了温度变化引起的砼伸长或缩短. 温度变化包括两个方面：季节温差，悬臂施工的大跨径桥梁，一般不会在5-6 个月内就合龙了，需要跨过温差较大的不同季节，季节温差，将引起梁悬臂自由伸长或缩短；? 日照温差，施工中处于悬臂状态的桥梁不仅处于每天变化的日照温度场中，日照温差将引起悬臂梁伸长或缩短，而且由于桥梁顶底、箱内、外每天日照时间不同，同一截面不同点，温度不一样，不同位置的不同截面温度更是不一样.比如在西南地区，这种季节温差通常在20e-35e，而这个温度将在C50的砼中引起测读应力增加710-1015MPa，而C50砼在施工中容许出现的拉应力为310MPa.很容易给人一种已经出现危险的假现象.
（三）理论计算值误差
理论计算值的真实可靠性受到怀疑主要是由于结构计算理论的不准确性、计算荷载的不准确性引起的. 对于大多数连续梁桥、连续刚构或斜拉桥，在计算中都是以梁单元来模拟主梁结构，包括用平面梁单元来计算其宽度方向尺寸超过长度方向单元长度尺寸的这种有限元计算方法本身的不完全恰当性和用平截面理论来计算这种梁板结合结构的应力计算方法的局限性. 另外在结构计算中，荷载的不准确性也是施工阶段理论计算中无法克服的，除施工荷载（机械、人员、材料、工具）难以准确计量外，斜拉桥还有索力也难以获得其精确值；主梁线型往往不会完全与理论值相同，更主要的是各节段浇筑的砼的重量可能与理论值存在着较大误差，且在不同阶段砼的干、湿程度不一样，其砼的总重在不同阶段也是不同的.
（四）测试系统本身的误差
测试系统本身的误差，包括在桥上使用的所有测试工具、测试方法、测试数值结果的处理分析方法. 桥梁应力监测常用的传感器有：钢弦式应力传感器、压电式应力传感器、压磁式应力传感器、应变式应力传感器. 这些传感器在室内实验室的精度往往可以比较好，但用在室外的施工条件下，其测试精度往往受到怀疑. 如钢弦式应力传感器，其测试结果的正确性与其在砼中埋设的方向和位置的准确程度也存在着关系. 另外，在测试数值结果的处理方面，由于每个点的应力传感器仅为1-2个，所以通常就直接采用了各传感器的应力读数，这样做的好处就是简单. 但这样无法进行去伪求真的处理，更难以进行统计分析. 如果同一点能有5- 7 个传感器，对其结果进行数值统计分析和利用相关的误差理论分析方法进行分析，其结果就将会消除因单个传感器的位置和方向不准确所产生的偶然误差.
参考文献：
1、范立楚. 桥梁工程[M]。北京：人民交通出版社，2002
2、重庆交通学院学报，2003，22（2）
3、刘金环. 工程测试技术[M] . 北京：兵器工业出版社，1998
作者简介：
田苗（1983-），女，河南开封人，开封市通达公路工程有限公司，助理工程师。