桥梁监测

4、建（构）筑物变形监测——4.1桥梁变形监测4.1.1概述一、桥梁简介桥梁的基本类型：简支梁桥、拱桥、钢构桥、悬索桥、斜拉桥及其组合体系桥。4.1.1概述一、桥梁简介4.1.1概述二、桥梁变形的原因自然条件及其变化，即桥墩台地基的工程地质、水文地质、土壤的物理性质、大气温度、水位变化以及地震等。与桥梁本身相联系的原因，即作用在桥梁上部结构的恒载与作用在墩台的垣载、墩台与梁的结构、型式以及活载(车辆通过时的震动，风力等)的作用。由于勘测、设计、施工以及运营管理工作不合理，也会使桥梁产生额外的变形。4.1.1概述三、桥梁变形的分类•静态变形，通常指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值。•动态变形，指在外力影响下而产生的变形，它是以外力为函数来表示的对于时间的变化，其观测结果是表示桥梁在某个时刻的瞬时变形。桥梁墩台的变形一般来说是静态变形，而桥梁结构的挠度变形则是动态变形。4.1.1概述四、桥梁变形的内容桥梁变形观测的任务：对各桥桥梁墩台在空间的位置(即对各桥梁墩台上的观测点的三维坐标)和对桥跨结构的挠度，进行周期性的重复观测，求得其在两个观测周期间的变化值和瞬时变形值。为了正确反映桥梁的变化情况，达到监视其安全运营和了解其变形规律的目的。4.1.1概述四、桥梁变形的内容1）桥梁墩台变形①各桥墩台的沉降观测，其中包括各墩台沿水流方向(或沿垂直于桥轴线方向)和沿桥轴线方向的倾斜观测，通称为垂直位移观测；②各桥墩台在上下游方向上的水平位移观测，称之横向位移观测；③各桥域台沿桥轴线方向的水平位移观测，称为纵向位移观测；4.1.1概述四、桥梁变形的内容2）桥面挠度观测、水平位移桥墩结构(例如，钢梁)在恒载与活载情况下的挠度观测3）塔柱变形观测（斜拉桥、悬索桥）①塔柱顶部水平位移监测②塔柱整体倾斜观测③塔柱周日变形观测④塔柱体挠度观测⑤塔柱体伸缩量观测4.1.2垂直位移观测方案一、变形观测控制网变形观测网中包括控制点和观测点两部分。控制点又分为基准点和工作基点。基准点是网中位于桥梁承压范围之外，被视为稳定不动的点；工作基点全部位于承压区之内，用以直接测定观测点变形。观测点布设在桥梁墩台选定的位置上。4.1.2垂直位移观测方案一、变形观测控制网1、基准点布设•基准点的选定：应尽量选在桥梁承压区之外，但又不宜离桥梁墩台太远，以免加大实测工作量及增大测量的累积误差。一般来说，以不远于桥梁墩台1km-2km为宜。基准点需成组埋设，以便相互检核。•工作基点的选定：一般选在桥台上，以便于观测布设在桥梁墩台上的观测点，测定各桥墩相对于桥台的变形。4.1.2垂直位移观测方案一、变形观测控制网2、监测点布设•观测点的布设应遵循既要均匀又要有重点的原则。为全面判断桥梁各部分的稳定性，每个桥墩上应布置观测点；对那些受力不均匀、地基基础不良的部位或结构的重要部位，应加密观测点，尤其主桥桥墩更是这样。4.1.2垂直位移观测方案二、点位结构基准点的点位结构以确保其稳定为原则，一般可采用地面岩石标，埋设至基岩。若大桥飞架两山之间，有条件时最好使用平酮岩石标。4.1.2垂直位移观测方案二、点位结构观测点的标志结构分引桥与主桥两部分。引端观测点可采用墙上标志。由于墩面使用空间的限制，主桥变形观测点遵循一点多用的原则。特大桥梁垂直位移观测的外业工作，包括陆地水准测量；跨墩、跨河水准测量。1、陆地水准测量基准点观测与引桥观测点观测均属陆地水准测量。注：对于施测精度要求较高的特大桥梁变形观测，为了防止尺子与仪器下沉，对非混凝土地段，立尺点应设固定铁桩标志，若仪器架设在土坡上，应在脚架支撑处打下大木桩；4.1.2垂直位移观测方案三、观测方法2、跨墩、跨河水准测量主桥观测点位于墩面上，大型桥梁跨距达上百米。欲实现墩间高程传递，其前、后视距远超出《规范》对一等精密水准测量的最大视距的规定，应采用跨河水准测量法施测。跨河水准测量的工作量大、耗费人力多，对于跨距相等的桥梁可使用前、后视等距的跨墩水准测量代替。4.1.2垂直位移观测方案三、观测方法2、跨墩、跨河水准测量对长距离跨墩水准测量的作业，必须要有一定的措施提高其观测精度。选用性能稳定、i角变化小的仪器，仪器与微型水准尺应置于观测墩上，如果需要使用3米水准尺，则必须将其固定在观测点上。4.1.2垂直位移观测方案三、观测方法照准方法：单分划照准双分划照准三分划照准4.1.3横向位移观测方案横向位移观测：测定桥墩(台)沿水流方向的变形量。对直线型的桥梁，其测定方法采用基准线法最为有利，对曲线型桥梁可采用前方交会法、导线测量法等。4.1.3横向位移观测方案⑴基准线法基准线法基本原理是：过线段的两个端点(A、B)建立一基准线，测定观测点(i)对过基准线的铅直面S的偏离值li；两个周期观测偏离值之差便是i点的横向位移观测值。4.1.3横向位移观测方案⑵前方交会法曲线桥梁，由于各墩不在一条直线上，难以直接用距离测量法和基准线法分别观测桥墩台纵横向两面三个方向上的位移，这时通常采和前方交会法。该法的优点是能求得纵、横向位移值的总量，投影到纵、横方向线上，即可求得纵、横向位移量。⑶导线测量法导线两端连接于桥台工作基点上，每一个墩上设置一导线点，也是观测点。通过重复观测，由两期观测成果比较可得观测点的位移。由于这种方法要在桥墩观测点上设站，所以不如前方交会法简便。4.1.4纵向位移观测方案纵向位移观测是测定两桥台、相邻桥墩和桥墩台之间在桥轴线方向上的距离变化。4.1.5挠度观测方案•挠度观测分为恒载和活载挠度观测。•恒载挠度观测是测定桥梁自重和构件安装误差引起的桥梁下垂量。•活载挠度观测是测定车辆通过时在其重量和冲量作用下钢梁产生的挠曲变形；它是弹性变形，荷裁消失时变形也随之消失，当挠曲变形超过一定数值时，会影响车辆安全行驶和钢梁支座的使用寿命，因此须对桥梁定期地进行挠度观测。4.1.5挠度观测方案一、恒载挠度观测观测方法：水准测量在桥梁两端布设高程基准，观测各节点相对于两端点连线的下垂量。注：对于车辆来往频繁的桥梁，不仅影响观测工作，而且还危及人身与仪器的安全，因此在作业过程中要求观测员精力集中，抓紧时间观测出可靠的成果。此外，应派两名安全员，晾望上、下行车辆，及时报警，保证安全。4.1.5挠度观测方案一、活载挠度观测活载挠度观测的方法是在桥墩面的上、下游各安置一台经纬仪，在一孔钢梁中间的节点上倒挂一根尺子。在列车未来之前，观测员将经纬仪望远镜照准倒尺，读取读数a。固定视线不变；当火车通过时，读取b值，火车通过之后，再谈取c值(称为归零值)，由此可求得挠度值为：b-1/2(a+c)。货车各车箱的重量分布是不均匀的施加在钢梁的不同部位上，因此，b值是不断变化的。一列货车通过后，应取最大的b值来计算钢梁的挠度值。为了测定在同一荷载作用下，钢梁上、下游的挠度变化，不管上行或下行的列车通过时，两观测员应同时观测。要获得较为可靠的挠度值，必须对上、下行的列车进行多次抽样观测．才能得到钢梁上、下游的最大挠度值。