斜塔斜拉城市景观桥梁施工监控应变测试 误差分析及修正方法研究
叶雨山”，母涛，郑文通²，姚兵
（1.中国建筑第七工程局有限公司，河南郑州450004；2.河南省交通规划据察设计院有限责任公司，河南郑州450052）
感器安装误差、温度变化以及混土收缩、徐变等因素影响，造成测试的结果与实际应力水平往往差别较大.通过 [摘要]在桥梁施工监控过程中，常会埋设较多振弦式应变传感器来监测桥梁结构控制截面的应力.但由于受传对影响测试结果因素的分离、别除与修正，得到结构弹性应变，并给出简易计算公式.结合工程实例，验证了计算方法的可行性和可靠性.
[关键词]桥梁工程；斜控桥：景观桥梁；监控；振弦式应变传感器；应变测试
[中图分类号]U448.27 【文献标识码】A [文章编号】1002-8498（2015)11-0056-04
StudyonErrorAnalysisand CorrectionMethod forStrain Testing ConstructionMonitoringofInclinedPylon and Cable-stayed Landscape Bridge
(1. China Conustruction Sesenth Enginering Dirision Co. Lad. Zhengzhou He'nan 450004 China; 2. He*nan Ye Yushan' Mu Tao' Zheng Wentong² Yao BingProvincial Commanications Planning Survey & Desiga Intirte Co. Lad. Zhengzhow He'nan 450052 China)
structure in bridge construction monitoring. There is great difference between the test stress and actual Abstract Many vibration wire strain sensors are buried to monitor the stress of control section of bridgestress due to the effeet of installation error of sensors temperature change concrete shrinkage and creepand so on. The elastic strain of the structure and concise calculation formula are obtained by thereliability of the calculation method are verified.
Key words:bridges; cable stayed bridges;landscape bridges; monitoring; vibration wire strain sensors;strain testing
0引言
预应力混凝土桥梁施工监控的一个主要手段关键所在，是在施工过程及成桥阶段控制结构的主 准确测试结构真实应力水平又是施工监控的
就是对桥梁结构的控制截面的应力进行监测.在要手段.这就需要在实际测量中识别出哪些是桥施工监控过程中，基本都是通过测试混凝土的应变梁的结构应力、应变，哪些是附加的应力、应变，并来间接得到其应力，目前，施工现场大量使用振弦准确从测试结果中分离出结构真实应变，从面较准式应变传感器来测试混凝土的应变.然面，传感器确地掌握结构的真实应力状态，这是较多预应力混 安装时的距离及角度误差、混凝土本身的离散性及凝土桥梁施工控制中面临的难题之一.本文将依其应变滞后误差、混凝土弹性模量取值误差、温度托具体斜塔斜拉城市景观桥梁工程的施工监控进影响误差和混凝土弹性收缩、徐变等的影响，都会行介绍.实应变大小.
论状况总存在一定的误差.究其原因，主要由设计 依托实际工程，桥梁结构的实际应力状况与理参数误差、施工误差、测量误差和结构分析模型误
万方数据
差等综合因素所致.仅测量误差中就包含振弦式 应变传感器的仪器误差、安装误差、调零误差、测试误差以及混凝土本身特性带来的弹性模量误差、应变滞后误差、温度影响误差和混凝土收缩与徐变误差.这些误差或多或少对测量结果都有影响.本文主要讨论计算分析中难以避免，又对计算结果影 响较大的混凝土收缩、徐变及温度变形带来的误差.
图1现场制作试块的立面及断面示意Fig. 1Facade and seetion of site fabrication test block
施工监测的计算分析中，桥梁结构在时刻：测试总应变e（t）主要分解为：
和温度测试，温度和应变读数的关系曲线如图2所示.从试验数据得到，3个振弦式应变传感器的实测应变变化值与温度变化值近似量线性关系，经数 值分析，得到实测应变变化值Ae（t）与温度变化值AT的修正关系式为：
（1）（3）（2）²a（2）a（）9=（2）
式中：e（r）为结构真实弹性应变值；e（t）为时刻： 时徐变引起的应变值；e.（t）为时刻：时的收缩引起的应变值；e（t）为时刻：时温差引起的应变值.
从式（1）可以看出，施工中测量得到的总应变值e（t）包括了荷载加载时的弹性应变、温差引起的温度应变以及混凝土固有的收缩应变和徐变应变， 这就要求必须从测量结果中分离出温度应变、收缩应变和徐变应变，从面得到结构由荷载引起的真实的弹性应变.
(3)
式中：Ae（t）为温度变化引起的实测应变变化值；AT为温度变化值.
2温度应变
土的体积也会有热胀冷缩的性质，而埋人混凝土内 和许多其他材料一样，当温度发生变化时混凝部的振弦式应变传感器外筒将随着混凝土一起变化.但由于钢材的温度膨账系数（参考值12.2ue/C）与混凝土的线膨胀系数（参考值10.0ue/℃）有较大差异，这就导致在相同的温度变 化时二者变化并不一致.
图23个振弦式应变传感器读数随温度变化曲线Fig.2 Strain-temperature change curves withreading of three vibration wire strain sensors
从试验得到的数据可知，混凝土温度变化对应变测量结果影响较大，测量中必须考虑温度变化， 温度修正系数约为4.0，面不是理论计算的2.2，实际计算修正值时应引起重视.修正后的公式为：
所以，考虑温度变化对混凝土结构应变的影响，理论上当整个振弦式应变传感器的温度整体变化时，混凝土的温度修正公式为：
(4)
3收缩应变
（12.2-10.0)（T -T ）=（2）
慢变形，这种变形称为混凝土的收缩变形.在分析 在无荷载的情况下，混凝土构件也会随时间缓结构应变时，必须将结构收缩应变从测量结果中分离出去，才能用弹性的应力、应变关系计算结构应变值.影响混凝土收缩的因素主要是混凝土的水泥品种、水灰比、骨料含量和养护条件等自身特性 以及持续时间和周围环境等.很多国家的学者提出各种不同的理论，较有名的有弗列意新涅和别洛夫等的毛细管理论、雷日密特和甘光等的凝胶理论，以及综合这两种理论的谢意金理论等.但基于这些理论，可以概括地认为，混凝土收缩是混凝土 在硬化过程中由于各种原因引起的随时间变化面发生的体积缩小.
式中：6（t）为时刻：时的温差引起的应变值；CF为报弦式应变传感器筒的温度膨胀系数；CF，为混摄土的温度膨胀系数；T，为测量温度；T为初始温度.
然而，在工程现场测试时，整个体系的温度是持续变化的，当振弦式应变传感器振弦丝的温度与振弦式应变传感器简的温度不一致时，振弦式应变传感器自身温度不一致引起的测试结果有差异，在实际测量中也是不容忽略的.本工程中的实际解 决方案为：工地现场制作一个高宽均为500mm、长1000mm的试块，在中部布置3个桥梁测试中同款的应变传感器，其布置如图1所示.
试块平放于施工现场，每间隔2h进行一次应变
收缩应变可以由计算得出，也可以由试验得
到，而由试验得到的参数更加符合其所在的工程项 目.本项目制作了如图1所示的试块，较好地得到了混凝土收缩量s （t）.
从而得到实测应变与结构应力、应变的关系为：
(6)
4徐变应变
式（6）中的参数可以通过实测或计算得到，利用该公式就可以计算出在任意时刻：实测数据中的结构真实弹性应变.
当荷载作用在混凝土构件上，构件首先发生瞬时弹性变形，随后，随时间缓慢地进一步增加变形， 这种在某一不变荷载的长期持续作用下称为混凝土的徐变变形.因此，在分析主梁应力时，也必须将主梁徐变应变从测量结果中分离出去，才能用弹性的应力、应变关系计算主梁应力值.
6工程应用案例
某斜塔斜拉城市景观桥为独塔双索面结构形式的斜拉桥，主梁采用满堂支架法施工，施工监控中主梁应变测试布置如图3，4所示.
与应力条件、加荷龄期、周围环境、水泥用量、材质 影响混凝土徐变的因素除了和时间有关外，还级配和构件尺寸等因素有关.目前，研究混凝土徐变的理论也有很多，主要有老化理论、先天理论和混合理论等.
图3主梁控制截面示意（单位：m）
持续应力≤0.5R.（混凝土棱柱体强度）时，徐变变 从相关资料及大量试验观察中可知：混凝土在形表现为与初始弹性变形成比例的线性关系，而一般的工程构件的应力水平都在这个范围之内.这样，在此应力范围内，引人徐变系数（t，），建立徐变应变e.（t）的关系式：
Fig. 3 Control section of main girder( unit ;m)
Fig. 4 Strain gauge layout at L4 section of side span 图4边跨L4截面半幅的应变计布置
(5)
式中：e（r）为徐变应变；（t，r）为徐变系数；e（）为加载时初应变.
至斜拉索牵挂张拉持续时间达6个月，但这却给徐 由于各种客观原因，边跨主梁在张拉预应力后变观测带来了时间.在这6个月时间，边跨主梁没有其他施工荷载，测试得到的应变变化只能是混凝土的收缩、徐变及温度变形引起的.试验块收缩应变实测值和L4截面在预应力张拉后各工况测试结 果（表中温度为应变计测试温度值）如表1，2所示.
混凝土构件自身特性决定，只要徐变系数确定就可 徐变系数（t，r）与混凝土构件应力无关，面由以计算出构件的徐变应变，问题似乎变得简单起来.但正如美国混凝土学会第209委员会1982年的报告所指出的那样，几乎影响徐变、收缩的因素，连同它们所产生的结果本身就是随机变量， 它们的变异系数也要达到10%~20%.所以，几乎的计算方法都会存在误差，这是不可避免的.对于一些特别重要的工程，应该通过模型试验或实物测量的方法来校核计算中所用的参数，以提高计算结果与实际接近的程度.
表1试验块收缩应变实测值Table 1 Measured strain values for test
block shrinkage μe传感器 编号 预度力 张控前 预应力 张拉后 1个月 张拉后 张控后 3个月 张拉后 6个月1 0 0 15 20 232 3 0 0 13 12 18 21 22 24平均值 0 13 20 23
计算徐变系数的公式有很多，本工程项目采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004附录F.2来计算徐变系数.
5公式修正
对表1，2中的数据经过式（6）修正后，与理论数据进行对比，结果如图5所示.
试验及计算得到解决，从面现场施工监测中在时刻： 通过以上分析，公式（1）中的不确定参数通过测量总应变e（t）可以简化为：
理论数据大得多，不能直接用于应变计算，而经过 从图5中可以看出，现场直接测得的应变量比修正的弹性应变值与理论数据很接近，说明应用式（6）对测试结果进行修正，结果与理论数据吻合较好，满足工程监测要求.
7结语
（上接第51页）
4结语
万方数据
表214控制截面实测应变值
Table 2Measured strain values at control section L4 μ
传感器 预应力 预应力 张拉后 张拉后 张拉后编号 （12) 张拉前 张控后 （11） 1个月 (7℃) 3个月 (6) 6个月 (20)1 0 62 85 105 1562 3 0 0 58 65 83 80 100 98 145 152平均值（上缘） 4 0 0 85 61 119 83 101 138 151 1915 0 83 118 135 186平均值（下缘） 6 0 0 86 85 122 119 142 138 192 189
Fig.5 Comparison of different strain curves for 图5主梁上、下缘各种结果应变变化曲线比较the superior and lower margin of main girder
1）温度误差、收缩误差和徐变误差是影响应变
受力不利；塔梁刚接时塔梁的相互连接作用可以提高结构的抗震性能，实际工程中建议采用塔梁刚接且主梁每跨设置1对辅助墩的结构来加强结构的整体抗震性能.
通过变化边界条件对涡阳三桥进行El-Centro地震波一维和二维输人，对4种激励下5种结构形式的主塔主梁的位移和内力响应进行分析得出以下结论.
1)塔梁刚接方式对梁塔竖向位移影响较大，但辅助墩数目对主塔竖向位移影响不大.塔梁分离的塔梁竖向位移明显比塔梁刚接的大；随着辅助墩数目的增加，主梁竖向位移有较明显减小，但主塔 竖向位移基本保持不变.
2）辅助墩数目的增多对主梁的受力有利，但数目过多对主塔受力不利.随着辅助墩数目的增加，主梁的受力基本呈减小趋势，但当主梁每侧数目达到3对时，主塔的受力增大，对主塔受力不利.
3）塔梁刚接时塔梁的位移、受力明显比塔梁分离时的小，塔梁间的相互连接作用可以提高结构的
参考文献：
参考文献：
测量的主要因素，本工程项目通过设置试验块较好地剔除了温度误差和收缩误差的影响，徐变误差仍然是影响测试结果误差的主要因素.
2）混凝土温度变化对应变测量结果影响较大，但实际温度修正系数不是2.2，这可能是由于混凝 土离散性而导致线膨账系数有误差，测试中应制作试验块来确定本结构的线膨胀系数.
3）相同工况下的传感器应变存在差异，个别传感器差异较为显著.因此，在桥梁监控过程中埋设的传感器要达到一定数量，以便对测试的数据去粗取精、去伪存真.
4）本文通过理论分析和试验结果的对比，剔除了影响弹性应变的主要因素，得出应变计算修正公式，能够更加真实地反映结构的应力水平.
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受力性能，增加结构的抗震性能，实际工程中建议采用塔梁刚接且主梁每跨设置1对辅助墩的结构形式来加强结构的整体抗震性能.
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