中铁大桥局股份有限公司设计分公司

1. 中铁大桥局股份有限公司设计分公司 应力测试设备的使用及数据分析 黄 辉

2. 目 录 一、 综述 二、 测试设备使用 三、 数据分析 四、 异常情况对策

3. 一、综述 （一）施工监控的目标 1、通过对桥梁实施线形控制，使结构在施工过程中的实际位置（平面位置、立面位置）与预期状态之间的误差在规范允许范围之内，保证桥梁成桥线形符合设计要求。 2、通过对全桥主要受力构件的应力监控，实时了解结构的实际应力状态，使之在允许范围之内，避免发生工程施工事故。 3、通过桥梁施工全过程监控，掌握桥梁施工过程中自重、施工以及由于安装误差和其它不定因素产生的结构内力，得出成桥状态的实际受力状态，评定结构的受力安全性。

4. 一、综述 （二）施工监控的思路 施工控制应当采取理论计算预测 → 按预测进行桥梁施工作业 → 各部位施工作业完成后实测应力及线形数据反馈 → 根据实测反馈进行参数分析、识别及优化。

5. 一、综述 （三）施工监控的特点、重点及难点 1、大跨结构在施工全过程中结构的几何非线性效应显著，线形及应力控制是重点和难点； 2、节段拼装结构的无应力线形的安装精度是控制的关键； 3、对于复杂的多次超静定结构，温度对结构受力影响非常大；特别是一些在施工过程中需要经过多次的体系转换的桥梁，结构的应力、索力及温度测试是重点。

6. 一、综述 （四）施工控制系统 传感器数据、挠度 定量分析 应力应变等 桥梁结构 指令 对象 系统修正 施工过程 保障

7. 一、综述 （五）施工监控异常情况对策 保证结构安全，避免施工中出现结构变形与内力过大现象是施工监控的基本任务之一。因此需要通过预先的理论分析对施工工艺进行优化，避免荷载和结构体系的剧烈变化。另外现场施工必须严格按规范以及设计图纸和施工指令要求进行施工，同时应事先建立一套预警系统。

8. 一、综述 （五）施工监控异常情况对策 施工监控预警系统首先根据规范对结构内力、变形等监测参数建立明确的预警指标，系统根据报警事件的严重程度，分成提示、警告、报警的三级区别对待。

9. 目 录 一、 综述 二、测试设备使用 三、数据分析 四、异常情况对策

10. 二、应力测试设备的使用 （一）测试设备 测试使用仪器设备

11. 二、应力测试设备的使用 （一）测试设备 频谱动测仪

12. 二、应力测试设备的使用 （一）测试设备 综合测试仪 智能弦式数码应变计

13. 二、应力测试设备的使用 （二）相关原理 1.智能弦式数码应变计 该元件主要是通过是利用传感器内腔中钢弦频率的变化来反映被测物体的应变 ，根据应力与应变的关系来得到测试物体在测试位置的应力。 2.频谱动测仪 索力测定的理论基础是弦振动理论。张紧的索在某一确定的索力情况下其振动频率是确定的，这样根据索力与频率的关系可以得到测试的索力。

14. 二、应力测试设备的使用 （三）操作使用 1.智能弦式数码应变计

15. 二、应力测试设备的使用 （三）操作使用 2.综合测试仪

16. 二、应力测试设备的使用 （三）操作使用 2.综合测试仪

17. 二、应力测试设备的使用 （三）操作使用 3.动测仪

18. 二、应力测试设备的使用 （三）操作使用 3.动测仪

19. 目 录 一、 总述 二、测试设备使用 三、数据分析 四、异常情况对策

20. 三、数据分析 （一）应力测试数据分析 将从现场采集到的应变数据进行分析与理论计算的数据相对比是结构监控、监测的一个非常重要的环节。通过数据的对比分析可以实时的反应结构应力情况，同时也是对结构的一个检验。

21. 三、数据分析 （一）应力测试数据分析 由于应变仪测试得到的数据为当前施工阶段测试点的累计应变，因此必须在埋设元件时就要做好记录。要记录元件的编号、埋设位置、测定其初始应变以及各施工阶段的应变。

22. 三、数据分析 （一）应力测试数据分析 以某（145+270+145)m三跨连续刚构桥为例说明一下应力测试结果的分析。其应力测试断面如下图所示。

23. 三、数据分析 （一）应力测试数据分析 3－3截面应力 4－4截面应力

24. 三、数据分析 （一）应力测试数据分析 2－2截面应力 5－5截面应力

25. 三、数据分析 （一）应力测试数据分析 1－1截面应力 6－6截面应力

26. 三、数据分析 （二）温度测试数据分析 结构的温度测量主包括体系温度测量和梯度温度测量。 由于体系温度是整个结构所处大气环境温度，主要是对结构的线形有很大的影响。 由于混凝土结构的热传导性能较差，周围环境温度的变化和阳光照射不同等原因，将会使其表面温度和内部温度形成较大的温度梯度。温度测点的布置将要反映这种梯度的变化，在截面的顶板的上表面和下表面分别布置测点，在腹板布置测点，在底板的上表面和下表面分别布置测点。

27. 三、数据分析 （二）温度测试数据分析

28. 三、数据分析 （二）温度测试数据分析 结构的体系温度对结构线形影响是比较显著的，跨度越大变化影响越明显，因此长期的环境温度监测对结构线形的校核是有必要的。

29. 三、数据分析 （二）温度测试数据分析 由于日照的不均匀性，将会使结构表面温度和内部温度形成较大的温度梯度。对于一般的箱梁，在日照下顶底板温度、内外温度等都会不一样，这样导致各部分的变形不一样。对于超静定结构的箱梁断面会因约束各部分结构的变形而产生附加应力。 结构的梯度温度对结构自身的应力变化有很大的影响，但对结构的整体变形影响很有限。

30. 三、数据分析 （二）温度测试数据分析

31. 三、数据分析 （三）位移数据分析 对于桥梁结构，其线形的控制是非常重要的，结构的成桥线形是否与设计相符合是衡量监控工作是否合格的重要标准。特别是采用悬臂施工法，每施工节段的标高即每个节点坐标位置的变化与偏离都会造成合龙困难，影响最终成桥线形。因此为保证桥梁结构线形符合设计要求，必须在主梁施工过程中进行线形控制。线形测量主要内容包括： 1.主梁线形控制网的测定及高程控制基准点的定期复测; 2.主梁立模标高及截面尺寸的放样监测; 3.中线偏位测量; 4.主梁标高测量; 5.主墩偏位及沉降定期测量; 6.合龙前后线形24小时联测; 7.成桥线形测量;

32. 三、数据分析 （三）位移数据分析 为了悬臂节段的安装达到预期的几何控制目标，必须遵循以下方法和步骤。 （1）施工前必须进行挂篮压重试验，确定挂篮的变形值满足要求，并在预拱度中考虑挂篮的变形值； （2）混凝土浇注前对模板进行检测，校核截面尺寸误差满足要求。应记录混凝土的实际浇注方量，作为变形分析参数； （3）在混凝土浇注前后应对梁端及挂篮实际高程变化进行监测，当如计算预测值有较大出入时，应查明原因，及时调整； （4）应合理安排节段内前后、左右混凝土的浇注顺序，减小挂篮变形误差；

33. 三、数据分析 （三）位移数据分析 （5）确保一个T构内悬臂浇注的基本平衡进行，当不平衡浇注时，应当考虑不平衡对结构内力及线形的影响，并与计算值对比； （6）预应力张拉应在混凝土达到一定的要求后进行，张拉前后应进行梁段高程监测，并与计算值对比，出现偏差应分析原因，及时调整。 应尽量在每一节段容许的偏差范围内进行梁段立模标高的调整，尽量减小梁段立模标高的误差积累，从而使预测参数偏差或施工偏差的调整对主梁线形的影响在一定的梁段范围内较为均匀地分摊，从而使施工线形始终偏离目标线形最小。

34. 右幅桥桥面控制线形及桥面测点图表 600.0 测点1 测点2 测点3 测点4 测点5 右幅桥面铺装控制线 铺装厚度8cm控制线 铺装厚度14cm控制线 阶段理论高程线 高程调整值 左幅桥铺装控制线形 500.0 400.0 至基准直线的高度（cm） 300.0 200.0 100.0 0.0 -100.0 21400 21450 21500 21550 21600 21650 21700 21750 21800 21850 21900 21950 22000 里程（m） 三、数据分析 （三）位移数据分析 在施工过程中需要将理论标高及标高控制范围列出，在每个节段施工完成后，需要将实测数据与理论数据对比，以确定下一节段的立模标高。

35. 三、数据分析 （三）位移数据分析

36. 三、数据分析 （四）中跨合龙的计算 合龙计算是整个施工监控中非常重要的一个环节，因为合龙后结构发生了体系转换，其受力、线形等都会发生变化。因此中跨合龙计算是数据分析的一个重要部分，对于不同的桥梁结构有合龙计算有不同的方法，下面以悬臂施工的连续梁，连续刚构，斜拉桥为例分别介绍一下合龙计算的分析。 1.连续梁结构 连续梁体系合龙段劲性骨架的设计荷载取值的原则是：将支座固结，考虑结构体系升温+梯度升温(结构体系降温+梯度降温)得到的合龙段内力与支座的水平摩阻力比较取小值考虑。

37. 三、数据分析 （四）中跨合龙的计算 2.连续刚构构 连续刚构桥是墩梁固结的超静定结构，在合龙时由于温度影响会产生温度次内力，引起墩顶水平位移。合龙后，由于收缩徐变的影响也会引起墩顶水平位移。当结构合龙温度高于设计合龙温度时，桥梁合龙后，系统温度从实际合龙温度变化到设计合龙温度即系统降温时，中跨混凝土收缩，从而引起墩顶向内侧发生位移。为了消除高温合龙的不利影响，可在连续刚构桥合龙时对梁体施加水平顶推力，基本上抵消因合龙温差及收缩徐变引起的结构位移与内力，使得成桥后结构使用状态下的内力处于合理范围，确保桥梁使用安全。

38. 三、数据分析 （四）中跨合龙的计算 3.斜拉桥 斜拉桥的合龙计算与连续刚构桥比较相似，但是由于斜拉桥结构体系复杂，因此斜拉桥结构不仅要考虑体系温度以及梁的一度温度，还要考虑塔柱的梯度温度，索与梁之间的温差。

39. 目 录 一、 综述 二、 测试设备的使用 三、 数据分析 四、 异常情况对策

40. 四、异常情况对策 桥梁结构的监控是贯穿整个施工过程的，是一项长期的工作，在这长期的工作中，总会有这样或那样的情况出现。 因此掌握必要的异常情况处理方法是非常有必要的。一般的异常情况为： 1.施工过程中的线形异常。

41. 四、异常情况对策 1.施工过程中的线形异常。

42. 四、异常情况对策 2.边跨现浇段前端标高与设计不符合。 某连续梁边跨直线段在合龙口位置实际的标高比设计的标高低了39mm，但是根据计算理论，边跨合龙段两端的高差为7mm。因此在实际的情况中，合龙段两端的高差为39＋7=46mm。为了保证梁体的连接匀顺，及结构的受力安全，处理方式为：在边跨劲性骨架装置锁定前，边跨直线段合龙口位置在现浇支架上用千斤顶起顶30mm并超垫密实，同时将悬臂段的标高适当降低，然后锁定临时固结装置，这样能保证合龙口的精度要求。

43. 四、异常情况对策 3.中跨合龙口两侧高差过大。 某连连续刚构中跨在合龙口位置高差过大，超过了允许的合龙口两侧高差。为了保证梁体的连接匀顺，及结构的受力安全，处理方式为：改变全桥的合龙顺序，先中跨后边跨合龙。同时在合龙口偏高的一侧在跨中悬臂端端部进行压重，在合龙口偏低的一侧在边跨悬臂端端部进行压重，然后锁定临时固结装置。这样能保证合龙口的精度要求。

44. 四、异常情况对策 4.T构两侧受力不均匀状态。 这个情况一般是很难在实际的施工过程中出现的，但是为了保证施工过程中结构的安全性，必须要在前期的监控计算中予以考虑，采取相应的措施。 对于连续梁或仅塔梁固结的斜拉桥结构应在墩顶采取临时锁定措施，使墩梁固结，克服不平衡力。 对于薄壁连续刚构等，不平衡力会影响薄壁墩的安全性。不平衡力对薄壁墩的影响目前没有很好的方法去处理，只有在设计阶段考虑到此情况，规定最大的不平衡荷载，并在施工中严格执行。

45. 四、异常情况对策 4.T构两侧受力不均匀状态。 这个情况一般是很难在实际的施工过程中出现的，但是为了保证施工过程中结构的安全性，必须要在前期的监控计算中予以考虑，采取相应的措施。 对于连续梁或仅塔梁固结的斜拉桥结构应在墩顶采取临时锁定措施，使墩梁固结，克服不平衡力。一般计算考虑的荷载为： 一边有有挂篮，一边无挂篮+梁升举不平衡风载。

46. 四、异常情况对策 对于薄壁连续刚构等，不平衡力会影响薄壁墩的安全性。不平衡力对薄壁墩的影响目前没有很好的方法去处理，只有在设计阶段考虑到此情况，规定最大的不平衡荷载，并在施工中严格执行。一般计算考虑的荷载为：一边有有挂篮，一边无挂篮+梁升举不平衡风载+墩柱风荷载。

47. 谢 谢！