变形监测-1

2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系1变形观测与数据处理主讲教师：高飞2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系2建筑物变形监测•课程性质：土木学院相关专业选修课•学时数：24学时•教材及主要参考书1．《建（构）筑物变形监测》合肥工业大学讲义，高飞编著2．《变形监测与数据处理》武汉大学出版社3．《工程测量学》测绘出版社2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系3第一章绪论第二章变形观测点位标志第三章变形监测常用仪器第四章沉降观测第五章水平位移观测第六章倾斜位移与裂缝观测第七章测绘新技术在变形观测中的应用第八章变形观测数据处理与成果分析本课程的主要内容2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系4§1.1工程建（构）筑物变形监测概述§1.2我国建筑物变形监测的概况§1.3变形监测的精度和频率第1章绪论2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系5§1.1工程建（构）筑物变形监测概述一、变形与变形监测工程建（构）筑物的变形监测，在我国还是一门比较年轻的科学。它是随着我国建设事业的发展而兴起的，并向着多学科融合的边缘科学方向发展。●高层（超高层）民用建筑物●大型水工建筑物——大坝●交通建（构）筑物——大型桥梁●工业建筑群（如上海宝钢、核电站等）●现代科学试验设备——高科技2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系6例如：上海金贸大厦——高420.5m、88层；深圳地王大厦——高324.8m；大型电视塔——北京\上海\天津等；上海环球金融中心——101层，高度达492m。●高层（超高层）民用建筑物2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系7上海金贸大厦•高420.5m•88层•钢-混结构•建成于1998年2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系8深圳地王大厦•高324.8m(塔顶高384m)•69层•钢-混结构•建成于1996年2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系9•高380m(天线顶部405m)•建成于1997年北京中央广播电视塔2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系101.加拿大多伦多电视塔为553米；2.莫斯科奥斯坦基诺电视塔为540米；3.上海东方明珠电视塔为468米；4.吉隆坡梅纳拉电视塔为421米；5.天津电视塔为415米；6.北京中央广播电视塔为405米世界六大高塔2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系11于2009年9月竣工，广州电视观光塔整体高度达到600米，取代加拿大的西恩塔成为世界第一高自立式电视塔。其中塔身主体450米(塔顶观光平台最高处454米)，天线桅杆150米，总高度600米。广州塔（小蛮腰）2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系12上海广播电视塔(东方明珠)总高度468米(118米+350米)建成于1994年10月2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系13天津央广播电视塔•总高415.2m•建成于1991年10月2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系14上海环球金融中心•高492m，•101层•钢-混结构•2008年建成2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系15武汉长江大桥南京长江大桥195719682019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系16九江长江大桥润扬长江大桥2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系17芜湖长江大桥安徽省芜湖市的芜湖长江大桥，全长10616米，是目前中国最长的公铁两用桥。跨江主桥长2193米，大桥主跨312米，是我国迄今为止公铁两用桥中跨度最大的桥梁2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系18铜陵长江大桥安庆长江大桥2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系19万里长江第一坝——葛洲坝2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系20葛洲坝发电厂房与泄洪闸2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系21长江三峡水电枢纽——三峡大坝全景2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系22三峡大坝施工现场2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系23长江三峡水电枢纽——三峡大坝卫星影像图2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系24安徽佛子岭水电大坝——新中国第一坝始建于1952年建成于1954年2005年国家投资1.66亿对其进行检测加固2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系25安徽金寨梅山水电大坝2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系26利用全自动全站仪进行大坝监测2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系27利用近景摄影测量方法进行大坝监测2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系28浙江秦山核电站2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系29北京正负电子对撞机2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系30中国科技大学同步辐射加速器2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系31中科院合肥等离子研究所——托特马克装置（用于等离子研究的核聚变装置）2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系32巨型对天射电望远镜1963年美国安装在波多黎各的阿雷西博射电天文台的著名抛物面射电望远镜(直径305米)2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系33当变形值在一定限度之内时，可认为是正常现象，如果超过了规定的限度，就会影响建筑物的正常使用，严重时还会危及建筑物的安全和人民生命财产的安全。因此，在工程建（构）筑物的施工、使用和运营期间，必须对它们进行必要的变形监测。一、变形与变形监测•变形由于各种相关因素的影响，这些工程建筑物及精密设备都有可能随时间的推移发生沉降、位移、挠曲、倾斜及裂缝等现象，这些现象统称为变形。2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系34•变形监测——包括内部监测和外部监测两部分。•内部变形监测内容主要有工程建筑物的内部应力、温度变化的测量，动力特性及其加速度的测定等；•外部变形监测又称变形观测，其主要内容有建（构）筑物的沉降观测、位移观测、倾斜观测、裂缝观测、挠度观测等。•工程建筑物的内外部变形观测之间有着密切的联系，一般应同时进行，以便互相验证和补充。一、变形与变形监测•所谓变形监测，就是利用专门的仪器和设备测定建（构）筑物及其地基在建（构）筑物荷载和外力作用下随时间而变形的测量工作。2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系35二、变形产生的原因与类型1.变形产生的原因(1)自然条件及其变化建筑物地基的工程地质、水文地质、大气温度的变化，以及相邻建筑物的影响等。例如，由于地基下的地质条件不同会引起建筑物的不均匀沉降，使其产生倾斜或裂缝；由于温度和地下水位的季节性和周期性的变化，而引起建筑物的规律性变形；新建的相邻大型建筑物改变了原有建筑物周边的土壤平衡，使地面产生不均匀沉降甚至出现地面裂缝，从而给原有建筑物造成危害等。(2)与建筑物本身相联系的原因如建筑物本身的荷重、建筑物的结构、形式以及动荷载的作用、工艺设备的重量等。2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系36二、变形产生的原因与类型1.变形产生的原因(1)自然条件及其变化（地质、水文、气象、相邻建筑物的影响）(2)与建筑物本身相联系的原因（结构形式、本身荷重、动态荷载）此外，由于勘测、设计、施工以及运营管理方面的工作缺陷，还会引起建筑物产生额外变形。通常，这些大型建（构）筑物变形的原因都是互相联系的，并贯穿于建（构）筑物的施工和运营管理阶段。2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系37二、变形产生的原因与类型2.变形的类型(1)按变形性质可以分为周期性变形和瞬时变形(2)按变形状态则可分为静态变形和动态变形•静态变形:是指变形监测结果仅表示为时间的函数；•动态变形是指在外力作用下产生的变形，它是以外力为函数来表示的动态系统对于时间的变化，其观测结果是表示建筑物在某个时刻的瞬时变形。2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系38是周期性地对拟定的观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期间的变化量；或采用自动遥测记录仪监测建（构）筑物的瞬时变形。三、变形监测的主要任务至于变形观测的具体方法，则要根据建（构）筑物的性质、观测精度、周围的环境以及对观测的要求来选定，这将在以后各章节中详细介绍。2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系39四、变形监测的目的和意义(一)变形监测的意义根据前面的分析可知，建（构）筑物产生变形的因素是多方面的，而且多数变形由客观自然条件及其变化所造成，因此建（构）筑物产生变形是不可避免的。当建筑物在施工和运营理过程中，产生不利于建筑物稳定的变化因素时，变形就必然要发生。当变形值超过允许的限值，建筑物就可能出现危险甚至破坏，给人民的生命财产造成极大的损失。2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系401.国外出现的典型实例(1)法国马尔巴塞大坝（Malpasset），这座高67m的拱坝建成5年后，于1959年12月倒塌，其下游10km处的费雷加斯城在45分钟内被滚滚而下的洪水夷为平地。(2)意大利262m高的瓦依昂（Vajont）拱坝1963年因上游库岸大滑坡，导致涌浪翻坝且水库淤满而失效。四、变形监测的目的和意义2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系41四、变形监测的目的和意义2.国内出现的典型实例(1)我国板桥和石漫滩两座土坝1975年洪水破坝失事，造成灾害。(2)在城市民用建筑方面，浙江某地一座住宅楼因其旁边（仅相隔1m多）新建高层建筑物的影响，造成地面开裂，该6层住宅楼发生严重倾斜，其顶部靠向新建高层建筑成为危房而拆除。(3)由于地下水位的严重下降，某大城市建于上世纪初的一栋大型建筑，原来的一楼下沉为地下室。(4)桥梁的倒塌事故，如以四川彩虹桥为代表的多处桥梁倒塌失事，给国家和地方造成了巨大的损失。2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系42四、变形监测的目的和意义2.国内出现的典型实例(5)2007年11月20日湖北省恩施市高阳寨隧道崩塌，证实31人死亡、1人失踪。08年杭州地铁塌陷、09年合肥四牌楼道路下穿工程塌陷等。(6)2007年11月24日下午3点山西省侯马市西客站候车大厅举行封顶典礼，25日凌晨1点倒塌。2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系43四、变形监测的目的和意义2.国内出现的典型实例（7）2010年11月26日20：30左右，南京市内环西线南延工程发生钢箱梁倾覆事故，导致7名施工人员经抢救无效死亡，3人受伤。2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系44昆明新机场在建桥梁垮塌7人死亡34人受伤。2010年1月3日下午，昆明新机场配套引桥工程在混凝土浇筑施工中发生支架垮塌事故。四、变形监测的目的和意义2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系45为此，对于大型建（构）筑物的灾害变形监测与防治已越来越受到全社会的普遍关注和重视。经过20多年的努力，广大测量科技工作者和工程技术人员在变形监测领域取得了丰硕的研究成果，并发挥了巨大的社会效益。四、变形监测的目的和意义2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系46例一:四、变形监测的目的和意义1985年6月12日长江三峡新滩大滑坡的成功预报，确保灾害损失减少到最低限度。它不仅使滑坡区内457户计1371人在滑坡前夕全部安全撤离，无一人伤亡，而且使正在险区长江上、下游航行的11艘船只及时避险。为国家减少直接经济损失8700万元，被誉为我国滑坡变形监测预报研究史上的奇迹。2019年9月30日星期一合肥工业大学土木学院测量工程系47例