测点的布置布置图 仪器 人员安排

测点的布置 和对应布置图的绘制 相关仪器的投入 人员安排

图1 全桥总体布置示意图

9. 施工监测

施工监测就是通过在施工现场设立的实时测量体系，对施工过程中结构的内力、位移（线型）、索力和温度进行现场实时跟踪测量，为施工监控工作提供实测数据，以保证主梁施工过程结构的安全及为监控计算提供实测结构参数和核校。也就是说，通过对这些测量数据进行计算、分析和比较以判断结构是否符合设计的要求，结构的状态是否和监控的目标相一致，结构是否处于安全状态，并根据需要对结构的状态及监控目标作出必要的调整。 9.1 实际材料的物理力学参数 9.2 实际施工中的荷载参数 9.2.1恒载

1）主梁自重（一期恒载）：

2）二期恒载：根据设计资料与现场调查相结合，并采用现场测试的材料参数加以计算。

9.2.2 施工机具及临时荷载

根据施工组织设计资料，经现场核对，确定在主梁施工过程中施工机具荷载的大小及作用位置。临时荷载大小应从施工单位统计获得。主要包括：

——施工机具荷载的改变（如挂篮和主塔爬模设施等）； ——在主梁上堆放较长时间的机具、材料等； ——施工过程中对结构体系的临时约束。 9．3 几何测量

为保证桥梁线型符合设计要求，必须在主梁和主塔施工过程中进行几何测量和控制。根据大桥设计图纸和施工要求，结合实际，几何测量主要有以下内容：

a. 主梁高程测量 b. 主梁轴线偏位测量 c. 主塔顶空间坐标测量

参照国内其它桥梁施工监控的经验，几何测量工作需要由施工单位、监理单位、监控单位三方共同完成并互相校核，以保证数据的可靠性。 9．3.1测量方法与原理 a 、主梁高程测量

主梁标高测量的仪器为自动安平水准仪，事先在每节段主梁距离前端15cm 处布置三个测点，如图2，从各墩顶基准点引测得主梁测点高程。基准点高程是由大桥控制点引测得到的，为保证测量数据准确，首先要保证测量基准点高程准确，因此定期对高程基准点进行复核。

图2 标高测点布置示意图

施工过程中，一般在每个节段施工完成后，对前端3个梁段标高进行测量，同时根据监控需要定期对全桥进行测量。

由于线型对温度、日照较敏感，所以测量时间应选在日出之前温度较恒定的时段内进行。另外，在合龙前进行一次线型和温度的24小时连续测量，测量时间间隔一般为1小时（温度变化大的时段间隔0.5小时），以了解温度场对合龙高程的影响。

b 、主梁轴线偏位测量

主梁轴线系指由每段主梁前端顶面中心点所构成的实际中线。由于受各种因素影响，将导致梁体偏离理论桥梁中心线方向。为了控制主梁中线偏差，保证顺利合龙，必须进行中线测量。

在主梁前端中心点处架设棱镜，利用全站仪测出其平面坐标，与设计值进行对比，便可以得出实际偏差值。

c 、主塔空间坐标测量

主塔高24.5米，采用钢筋混凝土独柱实心矩形截面，顺桥向长3米，横桥向宽2米，布置在中央分隔带上，并与主梁固接。为保证索塔的稳定和受力安全，

需准确确定桥塔的空间位置，因此采用坐标法进行测量。仪器架设在一个基准点，后视另一基准控制点，再对准桥塔上的棱镜，测出塔顶测点的三维坐标。每一测试工况下的变位即为测试值与初始值的差值。初始值为塔封顶后在气温恒定、无日照影响时自由状态下的测量值。

图2 塔顶空间坐标测点布置示意图

9．4 索力测试

斜拉桥拉索索力是设计中重要参数，索力大小，直接影响到主梁的线型、主梁内力分布以及主塔的偏位和扭转。所以在施工过程中，准确地测量索力值并把它调整到设计要求的范围以内，是保证斜拉桥结构安全及施工的关键。 9．4.1索力测试原理及方法

采用频谱分析法和小型锚索计相结合进行索力测试。

频谱分析法是利用紧固在缆索上的高灵敏度传感器，拾取缆索在环境振动激励下的振动信号，经过滤波、放大、谱分析，得出缆索的自振频率，根据自振频率与索力的关系，来确定索力，这是一种间接的测量方法。

索力与频率的关系，可以推导如下： 在缆索上取一微元，平衡方程为：

∂4y ∂2y ∂2y

EI 4-p 2+m 2=0∂x ∂x ∂t (1)

其中: EI为缆索的弯曲刚度; P为索力；

m 为缆索单位长度的质量； Y 为缆索的振幅； X 为沿缆索方向的坐标；

在缆索两端铰支的情况下，（1）式的解为：

P=4ml2f k 2/k2 - k2 π2 EI/l2 (2)

其中：l 为缆索的计算长度； k 为缆索自振频率的阶数； fk 为缆索的第 k 阶自振频率； 由于EI/l2相对很小，（2）式即可简化为:

P=4ml2f k 2/k2 (3) 对于同一根缆索，P 恒定时，f K 2/k2是一恒值，则有：

f k 2f 12f 22

=2=2=⋅⋅⋅⋅⋅⋅2

12 k

亦有：f 1: f2: f3: …… : fk = 1:2:3: ……：k 即: f2 – f1 = f3 – f2 =……= fk - fk -1= f1

反映在频谱图上，各阶频率是等间距的，其间距值大小即等于基频f 1。在实际测量过程中，可以充分利用这个特性，来判断是否为缆索自振的频谱，凡与缆索振动的频谱特征一致的频谱图，才确认为缆索振动的频谱图，否则要分析原因，检查仪器，重新测量，这样才能确保测试结果的正确性。

测试分析流程图如下：

9．4.2索力测试的仪器

a. 加速度传感器； b. 电荷放大器； c. A/D转换卡； d. 笔记本电脑； e. 信号分析软件。 f. 小型锚索计 9．4．3测试工况

（1）每安装及张拉一对斜拉索，对已安装斜拉索及相邻三对斜拉索索力进行测量；

（2）主梁施工过程中，调索前后均进行全桥（调索影响敏感区域的斜拉索）的索力测量；

（3）合龙前后进行全桥的索力测量； （4）铺装后成桥索力测量。 9．5 应力测量

由于设计计算时采用的各项物理力学或时间参数和实际工程中的相应参数值不可能完全一致，导致结构的实际应力与设计计算预期的结果存在一定差异。因此有必要在施工阶段对梁体控制截面进行施工应力监控测试，为设计、施工控制提供参考数据，以确保大桥安全、优质建成。 9．5．1测量方法及原理

影响混凝土主梁和桥塔应力测试的因素很复杂，除荷载作用引起的弹性应力应变外，还与收缩、徐变、温度有关。目前国内外混凝土梁和主塔的应力测试一般通过应变测量换算应力值，即：

σ弹=E·ε

弹

（4）

式中：σ弹为荷载作用下混凝土的应力；

E为混凝土弹性模量； ε

弹

为荷载作用下混凝土的弹性应变。

实际测出的混凝土应变则是包含温度收缩、徐变变形影响的总应变ε。即：

ε=ε

式中：ε

弹

弹

+ε

无应力

（5）

无应力

为弹性应变；ε为无应力应变。

为了补偿混凝土内部温度应变并消除收缩、徐变影响，在布置应力测点时同时埋设工作应变计和无应力计。分别测得混凝土应变ε和无应力应变ε式（5）即可得到弹性应变ε9．5.2测量仪器及元件

应力测试与主梁、桥塔施工同时进行，现场条件差，使用时间长，因而要求测试元件必须具备长期稳定性好、抗损伤性能好、埋设定位容易及对施工干扰小等性能。通过以前测试经验和对国内元件及仪器综合分析比较，决定测试元件选用JMZX-215A 型钢弦式应变计。可直接测出混凝土梁及混凝土桥塔的实际应变，

弹

无应力

，按

。

再根据各自的弹性模量和公式（5）计算应力。

同时为了在施工过程中实时监测梁、塔的应力状态，最大程度地降低由于传统方法测试时间长而造成环境等因素对应力测试的影响，同时当出现不利应力状态时能及时预警，本桥施工监测拟采用自动化综合测试系统。由上位机（计算机）、采集单元、系统软件等组成。系统采用移动GPRS 无线手机数据通讯模式，将手机模块、单片机控制电路、电源控制电路设计组成一个标准的无线数据终端，并将GPRS 无线数据终端嵌入无线收发仪和现场采集单元的密封箱中，完成现场数据与监控室远程无线数据传送。由于使用移动无线网络，所以只要有移动GPRS 信号覆盖的地区均能将各地（无论距离有多远）现场采集数据传送到控制室的数据测控中心。

图3 JMZX-215A型钢弦式应变传感器

图4 JMZX-256 自动化综合测试系统（发射端）

9.5．3测量断面及测点布置

根据结构受力特点，选择关键截面进行应力测试，具体断面及测点布置见图5。对于主梁，主要在1/4 、1/2、塔墩根部布置顺桥向测试断面，在部分断面布置了较多的测点以分析截面的剪滞效应。

对于塔、墩，主要在墩底和顶部及塔柱下部布置测试断面。

图5 主梁、主墩、塔及过渡墩应力测点布置图

9．6 温度场测量

温度场是指桥梁结构在桥位处各种环境因素的影响下，桥梁结构各部位的温度状态，其主要体现在长期季节温差和短期体系温差两种形式的作用上。由于结构为多次超静定结构，且其主要组成部分索、梁、塔均为空间非线性结构，两种形式的温差均将对结构的内力及线型产生重要影响，因而在施工过程中须对索、梁、塔的温度场进行长期测量。 9．6．1 主塔、主梁温度测量

目前一般的温度测试元件均大多采用热敏电阻或点温计，测量电阻的变化，是通过温度和电阻的变化关系来换算温度值，属于模拟信号元件。其中热敏电阻需要进行严格的标定，在实际操作时，由于元件老化、导线电阻变化等原因，精

度往往无法保证。手持式点温计一般精度较低，只能控制在1℃。这两种测试手段都需要进行人工巡检，既需要消耗大量的人力，也无法实现同步测量。

我们在充分的调研后，在大型桥梁结构温度测试系统中引进了美国Dallas 半导体公司的数字化温度传感器无线测控仪采集接收系统。该温度测试系统由于采用数字信号采集传输，数据不会失真，提高了系统的稳定性和抗干扰性，同时大大减少了系统的电缆数，更保证了温度测量的同步性，且感温元件的制作精度高，传感器也无须另外标定。通过多座大型项目的实践检验，该温度测试方法具有精度高、性能稳定、测试方便快捷等优点。

索塔、主梁温度测试断面和测点布置分别见图6。

图6 主梁、主墩、塔及过渡墩温度测点布置图

9．6．2 斜拉索温度测量

由于索表面温度与索内心温度不同，应先制作2 米长的实验索，在其内部和表面均匀布置感温元件，测出其表面和内部温度以及平均温度的关系曲线，在实桥拉索表面测量其表面温度，利用试验段的标定结果换算索的内部温度及平均温度。我公司经多个桥试验索的实际测试基本掌握了斜拉索表面温度与内部温度的关系，因此在现场利用点温计直接测PE 管表面温度，推测斜拉索内部温度，从而完成斜拉索温度的测量。 9．7竖向预应力损失测量

竖向预应力损失会影响梁体的抗剪能力，导致腹板裂缝产生。本桥竖向预应力采用精轧螺纹钢，长度短，预应力损失相对较大，在施工监控中应进行重点监测其效应和损失量。

9．7．1竖向预应力损失测量方法

采用小型穿心式压力传感器进行测量。试验时在预应力钢筋两端的工作锚与锚垫板之间各安装一个穿心式压力荷载传感器，张拉至设计值后，分别测量两端传感器锚固前和锚固后的数值，换算成对应的荷载，两端传感器各自锚固前、后测得的荷载差值即为竖向预应力损失值。