变形监测

课程论文论文题目《城市桥梁变形监测方案研究》课程名称《变形监测与数据处理》专业年级测绘工程1班学生姓名张战超学号20093840城市桥梁变形监测方案研究张战超09级测绘工程1班【摘要】提出依据定期检测结果，指导变形监测方案的设计与实施，确定监测网的布设、周期、精度以及控制指标等内容，总结了变形监测的实施方法，结合工程实例验证了该方法的可行性，可供目前广泛开展的城市桥梁运营管理参考借鉴。【关键词】城市桥梁，变形监测，方案设计，实施一、引言桥梁是道路交通网络的重要组成部分，其安全状况将直接影响道路交通的畅通、人民生命财产安全的和工农业生成，一旦桥梁发生垮塌，将造成巨大的经济损失和社会影响。近几年来，桥梁垮塌事故频发，在国内，据统计，在2007年至2011年5年间，全国已经有至少17座大桥发生垮塌事故，共造成200余人伤亡。今年出现的大桥垮塌事故是近5年里最多的，有8起之多。在垮塌的大桥中，有近6成的大桥寿命不到20年。专家称超载严重、养护不到位、赶工期是大桥垮塌主因。据记者统计，今年7月份，全国可公开查询到的大桥垮塌事故就有5起之多。7月11日，建于1994年的江苏滨海县通榆河桥坍塌；7月14日，建成仅12年的武夷山公馆大桥垮塌，造成1人死亡；7月15日，通车仅14年的杭州钱江三桥引桥桥面坍塌；7月19日，北京市宝山寺白河桥造成桥梁垮塌。如果算上7月24日合肥市在建高架桥发生局部坍塌的事故，在不到半个月的时间里，全国已经有5座大桥发生了垮塌事故。此外，今年4月，新疆库尔勒市孔雀河大桥局部坍塌，今年5月，吉林长春荣光大桥也发生了局部塌陷。8月，海南万宁市太阳河大桥发生了坍塌事故。在国外跨桥事件也不少。因此，为了保证桥梁的安全运行，预防突发性灾难并避免人员伤亡，在保证桥梁质量的同时必须对桥梁的安全状况进行监测。国内外不断发生的桥梁垮塌事故,引起了人们对桥梁工作状态的日益重视。自20世纪80年代开始,国内外一些大跨度桥梁开始设计并安装长期健康监测系统;对于数量众多的城市桥梁,一般依据规范进行定期检测,少数桥梁引入静态变形监测作为运营养护的必要手段,有机结合变形监测和定期检测,然而,变形监测在城市桥梁管理养护中的应用与定期检测相对独立,变形监测方案的针对性和适用性不强,有待进一步深入研究。本文依据桥梁检测的结果指导监测方案的设计,确定监测网的布设、监测周期、监测精度以及形变控制指标等内容,总结桥梁监测的实施方法,并结合工程实例论证了该方案的科学性。二、监测方案设计2.1监测点位布设桥梁变形监测点的设置应根据桥梁结构的实际情况,即定期检测的成果以及桥梁既有档案来确定,保证对控制部位和结构缺陷位置的监控,实现变形监测的全面性和针对性。一般而言,变形监测点应设在桥梁墩台基础等引起桥梁其他构件变位的部位,或设置在桥跨跨中,L/4,3L/4等变形较大的部位。对于存在结构缺陷的构件或部位,需要对劣化情况进行监控时,应增加监测控制点,如定期检测过程中发现某跨病害严重,且有可能恶化时,应重点对该跨增设监测点。2.2监测周期的确定变形监测应从桥梁结构施工开始,到停止使用结束,贯穿整个过程,相邻两次变形监测的时间间隔就是一个监测周期。变形监测周期以能系统反映所测变化过程而又不遗漏其变化时刻为原则,根据单位时间的变形量的大小及工程地质条件等外界因素的影响来确定,当监测中发现变形异常时应加强监测次数。对特定的城市桥梁而言,监测周期的确定应根据桥梁结构的定期检测结果、外部条件和监测费用等方面来统筹考虑。另外,在特殊情况下,应增加监测次数,适当调整监测周期。2.3监测精度的确定变形监测的精度取决于监测的目的,如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保桥梁结构的安全,则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10～1/20,或1mm～2mm如果观测目的是为了研究其变形过程,则其中误差应比这个少得多。变形监测是城市桥梁运营安全评估的技术支撑,同时鉴于桥梁结构的重要地位,一般采用二等以上变形观测等级。2.4形变控制指标的确定1)规范要求。对于桥梁的竖向挠度,规范规定由汽车荷载(不计冲击力)所引起的竖向挠度不应超过表1所列允许值。当车辆荷载在一个桥跨范围内移动,因而产生正负两个方向的挠度时,计算挠度应为正负挠度的最大绝对值之和。对于基础沉降变形,规范规定桥梁的墩台沉降不宜超过下列限值:a.墩台均匀总沉降值(不包括施工中的沉降)2.0L(cm);b.相邻墩台均匀总沉降值(不包括施工中的沉降)1.0L(cm);c.墩台顶面水平位移值0.5L。其中,L为相邻墩台间最小跨径长度,以米计。2)控制计算。a.变形控制计算。梁的跨中弯矩Mω与最大竖向挠度ωmax的关系可简写为:。其中,Sω为与工作荷载形式及分析方法有关的系数;EIω为计算变形时梁的抗弯刚度。b.裂缝控制计算。钢筋混凝土受弯构件的最大裂缝宽度(mm)为:。其中,Sδ为考虑钢筋表面形状、荷载作用及结构形式的系数,Sδ=c1c2c3;ds为受拉钢筋直径;Es为钢筋弹性模量σs为钢筋应力;ρδ为裂缝宽度计算含筋率,当ρδ≤0.006时,取0.006,当ρδ≥0.02时,取0.02。三、监测方案实施3.1变形监测方法城市桥梁的变形监测一般采用常规大地测量方法,指通过测角、测边、水准等技术来测定变形的方法,常规大地测量方法包括以下一些典型的测量技术:精密高程测量、精密距离测量、角度测量和重力测量法。精密高程测量一般通过几何水准测量或者电磁波测距三角高程测量的方法获得,在变形监测中,多采用重复精密水准仪或者精密三角高程精确测定监测点之间的高差及其变化;精密距离测量可测定点在某个方向上的相对位移,各种新型号的精密光电测距仪或全站仪广泛应用于变形监测,使得变形测量中的精密距离测量非常便利,测距精度提高到亚毫米精度;角度测量又分为水平角测量和高度角测量,主要工具是经纬仪,包括光学经纬仪、电子经纬仪、全站仪等,由伺服马达带动的全站仪(也称测量机器人)可以实现自动测角、测距;重力测量可以间接测定地面高程的变化,成本较低,但测量精度不高。3.2仪器选择和监测制度应根据实际情况,采用既简便易行又符合要求的仪器仪表。城市桥梁的变形监测是一项长期、多项目的工程,为了规范和指导整个监测工作的实施,应建立相应的监测制度。四、工程实例广州市某立交高架桥,为多跨钢筋混凝土简支梁桥,上部结构采用吊装预制倒T形梁后现浇桥面板形式,共15跨,全长为294.18m,桥宽为11.50m。钢筋混凝土T形梁跨径为17.35m～19.96m,混凝土标号C35。该桥于2003年5月进行定期检测,结果表明结构表观损伤严重,混凝土和钢筋等材料技术指标较差,技术状况评估等级为D级。为对工作状况进行全面调查,于2003年8月对该桥建立了广州市市政桥梁永久性监测网,对其结构行为进行变形监测,复测工作于2007年11月完成。4.1监测点位布设1)上部结构梁体挠度及水平位移变形监测点。本桥上部结构为吊装预制倒T形梁后现浇桥面板形式,共15跨,每4跨为一联,每联选一跨布置水准高程挠度变形观测点,沿车行道两侧布设,分别设在跨中和支点位置,共布置5×6=30个上部结构挠度变形观测点。上部结构梁体水平位移监测点复用相应的挠度变形观测点,布置30个,采用全站仪拓普康GTS2602观测两测回,按《工程测量规范》二等水平位移测量要求观测,观测限差严格按规范规定执行。2)下部结构桥墩沉降变形观测点。布设在该桥桥墩两侧距地面0.6m位置,共布置5×4×2=40个下部结构桥墩沉降变形观测点。下部桥墩沉降变形观测点高程测量,采用NA2水准仪(配GPM3测微器),按《工程测量规范》二等水准测量要求进行精密水准观测,观测限差严格按照规范规定执行。4.2确定监测精度与周期由《工程测量规范》规定,依据该桥实际情况,观测的目的为了使变形值不超过某一允许的数值而确保桥梁结构的安全,选定二等变形观测等级,即沉降观测的观测点测站高差中误差不大于±0.50mm;位移观测的观测点测站高差中误差不大于±3.0mm。监测周期应能系统反映该桥上、下部结构监测点的变化过程而又不遗漏其变化时刻为原则。因该桥1986年建成使用至2003年8月建立变形监测网,已经过十余年的运营,地基沉降和结构变形趋于稳定,故选择监测周期为1年～2年,经过复测验证了该周期能够基本满足监测要求。4.3形变控制指标依据规范,该桥的竖向挠度允许值为:[ω]=L/600=2.89cm;桥梁的墩台沉降不宜超过下列限值:墩台均匀总沉降值(不包括施工中的沉降)2.0L=8.33cm,相邻墩台均匀总沉降值(不包括施工中的沉降)1.0L=4.16cm。五、结束语在变形监测工程中，应尽量保证基准点或工作基准点不变，观测采用的仪器不变，观测人员不变，减少成果的误差。桥梁定期检测能获得桥梁的局部工作状况以及结构老化程度等相关信息,间接获取结构应力的部分信息参数,而变形监测可以对桥梁在使用过程中的变形情况进行监控,获得梁体挠度、结构沉降等几何形变信息。以定期检测结果作为变形监测方案的设计指导,可以更有针对性地对桥梁的工作状况进行监控,更大程度地满足桥梁运营管理和预警的要求。参考文献：[1]谢征海李仁忠肖勇.浅谈双塔祝斜拉桥变形观测[A].重庆市测绘学会,测绘新技术的理论与实践[C].出版地:成都，西南交通大学出版社。[2]申冠鹏袁辉明.城市桥梁变形监测方案研究[J].山西建筑。