4 建 構 筑物變形監(jiān)測 4 1橋梁變形監(jiān)測 1 4 1 1概述 一 橋梁簡介 橋梁的基本類型 簡支梁橋 拱橋 鋼構橋 懸索橋 斜拉橋及其組合體系橋 2 4 1 1概述 一 橋梁簡介 3 4 1 1概述 二 橋梁變形的原因 自然條件及其變化 即橋墩臺地基的工程地質 水文地質 土壤的物理性質 大氣溫度 水位變化以及地震等 與橋梁本身相聯系的原因 即作用在橋梁上部結構的恒載與作用在墩臺的垣載 墩臺與梁的結構 型式以及活載 車輛通過時的震動 風力等 的作用 由于勘測 設計 施工以及運營管理工作不合理 也會使橋梁產生額外的變形 4 4 1 1概述 三 橋梁變形的分類 靜態(tài)變形 通常指變形觀測的結果只表示在某一期間內的變形值 動態(tài)變形 指在外力影響下而產生的變形 它是以外力為函數來表示的對于時間的變化 其觀測結果是表示橋梁在某個時刻的瞬時變形 橋梁墩臺的變形一般來說是靜態(tài)變形 而橋梁結構的撓度變形則是動態(tài)變形 5 4 1 1概述 四 橋梁變形的內容 橋梁變形觀測的任務 對各橋橋梁墩臺在空間的位置 即對各橋梁墩臺上的觀測點的三維坐標 和對橋跨結構的撓度 進行周期性的重復觀測 求得其在兩個觀測周期間的變化值和瞬時變形值 為了正確反映橋梁的變化情況 達到監(jiān)視其安全運營和了解其變形規(guī)律的目的 6 4 1 1概述 四 橋梁變形的內容 1 橋梁墩臺變形 各橋墩臺的沉降觀測 其中包括各墩臺沿水流方向 或沿垂直于橋軸線方向 和沿橋軸線方向的傾斜觀測 通稱為垂直位移觀測 各橋墩臺在上下游方向上的水平位移觀測 稱之橫向位移觀測 各橋域臺沿橋軸線方向的水平位移觀測 稱為縱向位移觀測 7 4 1 1概述 四 橋梁變形的內容 2 橋面撓度觀測 水平位移橋墩結構 例如 鋼梁 在恒載與活載情況下的撓度觀測3 塔柱變形觀測 斜拉橋 懸索橋 塔柱頂部水平位移監(jiān)測 塔柱整體傾斜觀測 塔柱周日變形觀測 塔柱體撓度觀測 塔柱體伸縮量觀測 8 4 1 2垂直位移觀測方案 一 變形觀測控制網 變形觀測網中包括控制點和觀測點兩部分 控制點又分為基準點和工作基點 基準點是網中位于橋梁承壓范圍之外 被視為穩(wěn)定不動的點 工作基點全部位于承壓區(qū)之內 用以直接測定觀測點變形 觀測點布設在橋梁墩臺選定的位置上 9 4 1 2垂直位移觀測方案 一 變形觀測控制網 1 基準點布設基準點的選定 應盡量選在橋梁承壓區(qū)之外 但又不宜離橋梁墩臺太遠 以免加大實測工作量及增大測量的累積誤差 一般來說 以不遠于橋梁墩臺1km 2km為宜 基準點需成組埋設 以便相互檢核 工作基點的選定 一般選在橋臺上 以便于觀測布設在橋梁墩臺上的觀測點 測定各橋墩相對于橋臺的變形 10 4 1 2垂直位移觀測方案 一 變形觀測控制網 2 監(jiān)測點布設觀測點的布設應遵循既要均勻又要有重點的原則 為全面判斷橋梁各部分的穩(wěn)定性 每個橋墩上應布置觀測點 對那些受力不均勻 地基基礎不良的部位或結構的重要部位 應加密觀測點 尤其主橋橋墩更是這樣 11 4 1 2垂直位移觀測方案 二 點位結構 基準點的點位結構以確保其穩(wěn)定為原則 一般可采用地面巖石標 埋設至基巖 若大橋飛架兩山之間 有條件時最好使用平酮巖石標 12 4 1 2垂直位移觀測方案 二 點位結構 觀測點的標志結構分引橋與主橋兩部分 引端觀測點可采用墻上標志 由于墩面使用空間的限制 主橋變形觀測點遵循一點多用的原則 13 特大橋梁垂直位移觀測的外業(yè)工作 包括陸地水準測量 跨墩 跨河水準測量 1 陸地水準測量基準點觀測與引橋觀測點觀測均屬陸地水準測量 注 對于施測精度要求較高的特大橋梁變形觀測 為了防止尺子與儀器下沉 對非混凝土地段 立尺點應設固定鐵樁標志 若儀器架設在土坡上 應在腳架支撐處打下大木樁 4 1 2垂直位移觀測方案 三 觀測方法 14 2 跨墩 跨河水準測量主橋觀測點位于墩面上 大型橋梁跨距達上百米 欲實現墩間高程傳遞 其前 后視距遠超出 規(guī)范 對一等精密水準測量的最大視距的規(guī)定 應采用跨河水準測量法施測 跨河水準測量的工作量大 耗費人力多 對于跨距相等的橋梁可使用前 后視等距的跨墩水準測量代替 4 1 2垂直位移觀測方案 三 觀測方法 15 2 跨墩 跨河水準測量對長距離跨墩水準測量的作業(yè) 必須要有一定的措施提高其觀測精度 選用性能穩(wěn)定 i角變化小的儀器 儀器與微型水準尺應置于觀測墩上 如果需要使用3米水準尺 則必須將其固定在觀測點上 4 1 2垂直位移觀測方案 三 觀測方法 照準方法 單分劃照準 雙分劃照準 三分劃照準 16 4 1 3橫向位移觀測方案 橫向位移觀測 測定橋墩 臺 沿水流方向的變形量 對直線型的橋梁 其測定方法采用基準線法最為有利 對曲線型橋梁可采用前方交會法 導線測量法等 17 4 1 3橫向位移觀測方案 基準線法基準線法基本原理是 過線段的兩個端點 A B 建立一基準線 測定觀測點 i 對過基準線的鉛直面S的偏離值li 兩個周期觀測偏離值之差便是i點的橫向位移觀測值 18 4 1 3橫向位移觀測方案 前方交會法曲線橋梁 由于各墩不在一條直線上 難以直接用距離測量法和基準線法分別觀測橋墩臺縱橫向兩面三個方向上的位移 這時通常采和前方交會法 該法的優(yōu)點是能求得縱 橫向位移值的總量 投影到縱 橫方向線上 即可求得縱 橫向位移量 導線測量法導線兩端連接于橋臺工作基點上 每一個墩上設置一導線點 也是觀測點 通過重復觀測 由兩期觀測成果比較可得觀測點的位移 由于這種方法要在橋墩觀測點上設站 所以不如前方交會法簡便 19 4 1 4縱向位移觀測方案 縱向位移觀測是測定兩橋臺 相鄰橋墩和橋墩臺之間在橋軸線方向上的距離變化 20 4 1 5撓度觀測方案 撓度觀測分為恒載和活載撓度觀測 恒載撓度觀測是測定橋梁自重和構件安裝誤差引起的橋梁下垂量 活載撓度觀測是測定車輛通過時在其重量和沖量作用下鋼梁產生的撓曲變形 它是彈性變形 荷裁消失時變形也隨之消失 當撓曲變形超過一定數值時 會影響車輛安全行駛和鋼梁支座的使用壽命 因此須對橋梁定期地進行撓度觀測 21 4 1 5撓度觀測方案 一 恒載撓度觀測 觀測方法 水準測量在橋梁兩端布設高程基準 觀測各節(jié)點相對于兩端點連線的下垂量 注 對于車輛來往頻繁的橋梁 不僅影響觀測工作 而且還危及人身與儀器的安全 因此在作業(yè)過程中要求觀測員精力集中 抓緊時間觀測出可靠的成果 此外 應派兩名安全員 晾望上 下行車輛 及時報警 保證安全 22 4 1 5撓度觀測方案 一 活載撓度觀測 活載撓度觀測的方法是在橋墩面的上 下游各安置一臺經緯儀 在一孔鋼梁中間的節(jié)點上倒掛一根尺子 在列車未來之前 觀測員將經緯儀望遠鏡照準倒尺 讀取讀數a 固定視線不變 當火車通過時 讀取b值 火車通過之后 再談取c值 稱為歸零值 由此可求得撓度值為 b 1 2 a c 貨車各車箱的重量分布是不均勻