第八章桥梁变形监测

1、整理课件1第八章桥梁变形监测整理课件2 桥梁按受力情况分类：桥梁按受力情况分类： 梁式桥主梁受弯 拱桥主拱受压 刚架桥 构件受弯压 缆索承重桥（吊桥、斜拉桥）缆索受拉 组合体系桥整理课件3一、梁式桥定义：用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁。受力特点：在竖向荷载作用下，无水平反力，弯距较大建造材料：通常用抗弯能力强的材料来建造，比如钢、木、钢筋混凝土，预应力钢筋混凝土等。优点：外形简单，制作、安装、维修方便，能就地取材，工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好且美观。较好地利用杆件材料强度，在设计理论及施工技术方面发展的较成熟。缺点：自重大，且跨径越大自重所占的比值显著增大，限制了其跨越能力。整理

2、课件4整理课件5开封黄河大桥整理课件6二、拱式桥 定义：用拱作为桥身主要承重结构的桥。 受力特点：在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力，同时这种推力将显著抵消和在所引起的在拱圈内的弯矩作用。承重结构以受压为主。 建造材料：通常用抗压能力强的圬工材料和钢筋混凝土等来建造。整理课件7重庆万县长江大桥赵州桥整理课件8三、刚架桥 定义：一种梁与墩台刚性连接成整体的结构。在竖向荷载作用下，柱脚处有水平反力和支撑弯矩。 特点：刚架结构，梁与墩柱连接处刚度较大。受力介于梁桥与拱桥之间，跨中正弯距小，降低建筑高度整理课件9安康汉江铁路桥整理课件10四、斜拉桥 定义：将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥

3、梁，由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。由索塔、主梁、斜拉索组成 受力特点为外荷载从梁传递到锁，再到索塔。 桥承受的主要荷载是其自重，主要是主梁。 建造材料：预应力钢索、混凝土、钢材。整理课件11 箱式、板式。钢梁以正交异性极钢箱为主，也有边箱中板式。塔型有H型、倒Y型、A型、钻石型等。斜拉桥的钢索一般采用自锚体系。整理课件12苏通大桥苏通大桥整理课件13五、悬索桥 定义：以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端)的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥梁。 特点：主要承受拉力。以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件，由悬索、索塔

4、、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。 建造材料：悬索桥的主要承重构件是悬索，它主要承受拉力，一般用抗拉强度高的钢材（钢丝、钢缆等）制作。 整理课件14日本明石海峡大桥日本明石海峡大桥美国旧金山金门大桥美国旧金山金门大桥整理课件15中国润扬长江公路大桥中国润扬长江公路大桥 整理课件16六、组合桥 主要承重构件采用两种独立结构体系组合而成的桥梁。如拱和梁的组合、梁和桁架的组合、悬索和梁的组合等。 常用的结构形式有常用的结构形式有：拱、梁组合体系桥 。较简单的拱梁组合体系： 单跨无推力结构。 如系杆拱系杆拱（即刚性拱和柔性拉杆的组合）、刚梁柔拱刚梁柔拱（又称郎格尔梁，为奥地利郎格尔所创始）、刚梁刚拱刚梁

5、刚拱（又称洛泽梁，为德国H.洛泽所创始）；较复杂的拱梁组合体系：多跨布置无推力或有推力结构体系 。如台湾关渡桥台湾关渡桥 ，为5孔连续中承式拱梁组合体系公路桥，主跨165米，1983 年建成。整理课件17瑞士萨尔基那山谷桥瑞士萨尔基那山谷桥整理课件18Ruck-A-Chucky Bridge整理课件19Tower Bridge（伦敦塔桥）（伦敦塔桥）整理课件20MillauViaduct（米洛大桥）（米洛大桥）整理课件21Ironbridge整理课件22Bridge to Nowhere 大西洋之路大西洋之路整理课件23Gates head Millennium Bridge盖茨亥德千禧桥盖茨

6、亥德千禧桥(眨眼桥）眨眼桥）整理课件24Kintaikyo Bridge锦带桥锦带桥整理课件25Erasmus荷兰鹿特丹天鹅桥荷兰鹿特丹天鹅桥整理课件26风雨桥风雨桥整理课件27Harbour Bridge。悉尼海湾大桥。悉尼海湾大桥整理课件28Brooklyn Bridge。布鲁克林大桥布鲁克林大桥整理课件29第八章桥梁变形监测 8.1 概述 8.2桥梁静态变形监测 8.3 桥梁运营期间健康诊断监测 8.4 GPS技术在大跨度斜拉桥动态变形监测整理课件308.1 概述 一、桥梁变形监测意义一、桥梁变形监测意义 二、桥梁变形的限制二、桥梁变形的限制 三、桥梁变形的分类三、桥梁变形的分类整理课件

7、31一、桥梁变形监测意义一、桥梁变形监测意义 桥梁的类型比较多 桥梁变形监测是对桥梁整体性能的监测，是用工程测量原理、技术和方法以及特种精密工程测量技术，对大桥主梁各控制断面及索塔轴线的位移变形进行定期或实时监测，并绘编相应的位移变形影响线和影响面，以监测各控制部位位移变形状态。 通过观测数据，对桥梁变形的显著性进行分析，从而为总体评估大桥的承载能力、营运状态和耐久能力，以及特殊气候、交通条件下或桥梁运营情况严重异常时发出预警信号，为桥梁的维修、养护与管理决策提供依据和指导。整理课件32一、桥梁变形监测意义一、桥梁变形监测意义 大跨度和超大跨度桥梁相继建成，使桥梁的最大跨径记录都在不断被刷新

8、一方面，随着设计水平和施工技术的发展，各种桥梁的施工正朝着超大化的方向发展，施工过程中的变形监测就成为必然。 另一方面，桥梁的运营维护也是国家基础建设的重要部分。多年来，桥梁结构的安全状况一直是政府有关部门和公众特别关心的问题。虽然合理保守的设计是结构安全的根本保证，但是限于当前对大型复杂结构的认识程度，台风、地震、车载和温度变化，以及许多不定时或不可确定的因素诸如超期服役、飓风、腐蚀、疲劳、甚至突发性地震，车、船的冲击、碰撞和爆炸等危害性事件，人们并不都能有效地控制或预测。整理课件33一、桥梁变形监测意义一、桥梁变形监测意义 为了确保诸如大跨度桥梁这种重要的大型结构设计的使用安全性和耐久性达

9、到预期标准，建立“桥梁健康监系统” 很有必要。它对于了解桥梁结构内力的变化、分析变形原因无疑有着十分重要的作用。而“桥梁健康监测系统“ 包括了桥梁几何量变化测量的内容。因此，在建立“桥梁健康监测系统” 的同时，研究采用工程测量原理、技术和方法以及特种精密工程测量技术，进行桥梁几何值变化的监视测量，对大跨度桥梁的健康监测系统是十分必要的。整理课件34二、桥梁变形的限制二、桥梁变形的限制 （ 一）主梁挠度变形限值 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下表所列允许值。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

10、对值之和。整理课件35二、桥梁变形的限制二、桥梁变形的限制 （二）墩台沉降变形限值整理课件36三、桥梁变形的分类三、桥梁变形的分类 一类变形反映结构的整体工作状况，如挠度、转角、支座位移等、称为整体变形。桥梁逐渐老化，表现最为明显的是： 另一类变形能反映结构的局部工作状况，如纤维变形、裂缝、钢筋的滑动等，这称为局部变形。最能表现老化（或缺陷）的特征是整理课件378-2 桥梁静态变形监测 一、桥梁下部结构监测一、桥梁下部结构监测 二、桥梁上部结构（主梁）监测二、桥梁上部结构（主梁）监测 三、环境参数变化监测三、环境参数变化监测整理课件38一、桥梁下部结构监测一、桥梁下部结构监测 桥梁下部结构包括

11、桥墩、桥台、桥塔和桩基础，这都是桥梁结构的重要组成部分。 桥梁主桥（塔）墩基础的沉降监测还包括塔、墩台、地面处和其他各截面的水平位移和转角。对于斜拉桥和悬索桥应观测主塔塔顶变位（顺桥向和横桥向），测定塔柱的变位幅度大小和变位规律。 地面是判断桥梁基础承载能力的重要因素，监测应尽量观测桩基础周围的地面变形和开裂情况。从施工开始即对其实施沉降监测是很有必要的。通过沉降监测来监视桥墩基础在施工期加载过程及建成运行中的均匀或不均匀沉降状态，结合其他资料对桥墩基础变形情况及沉降态势进行分析和预测，为大桥施工与运行决策提供科学的依据，同时墩台沉降变形限值应不超过上节所列的要求。整理课件39一、桥梁下部结构

12、监测一、桥梁下部结构监测 （ 一）监测点布设 监测点的布设原则是要布设在最能反映结构受力的特征点、线或面上。整理课件40一、桥梁下部结构监测一、桥梁下部结构监测 （二）观测方法及周期 采用级精密水准仪并按国家一等水准测蜇的要求进行观测，观测周期为3天，遇到特殊条件包括汛期、地震及沉降变化异常时增加观测周期。整理课件41一、桥梁下部结构监测一、桥梁下部结构监测 （三）观测数据分析 根据观测成果按时间序列绘制了1号桥墩基础的垂直位移过程线整理课件42二桥梁上部结构（主梁）监测二桥梁上部结构（主梁）监测 主梁（或者拱桥的主拱助）是直接承受交通荷载的主要承重构件。整理课件43二桥梁上部结构（主梁）监测

13、二桥梁上部结构（主梁）监测 桥梁上部结构测批监测的主要内容如下。 (1)主梁竖向挠度变形监测及监测点截面偏载情况下扭转角的测量； (2) 主梁横向水平位移观测（桥轴线偏位观测）； (3)主梁纵向位移观测，通过测量主桥主梁梁端与相邻引桥端上固定点之间的距离变化来测定主梁纵向位移变化规律； (4) 对于斜拉桥和悬索桥，其塔柱在外力、日照、风力等因素的作用下会产生摆动。观测塔柱在水平方向的扭转变化及在竖直平面的挠曲变化和收缩徐变整理课件44二桥梁上部结构（主梁）监测二桥梁上部结构（主梁）监测某斜拉桥在不同重址交通荷载和不同分布位眢荷载下，大桥主梁竖向挠度变形悄况。可以看出，相对南北两个主桥塔，主梁中

14、有最大挠曲变化。整理课件45三、环境参数变化监测三、环境参数变化监测 桥梁结构在太阳照射下，混凝土阴阳面最大温差可在20 C以上，日夜最大温差可达25 C以上。当环境温度和日照方向发生变化时桥梁结构的温度也会随之变化。 一般说来，材料的温度变化将会引起构件的变形，当构件的变形受到限制时，构件内部会产生同应力。 通过对桥梁温度场状况的监测，可以为桥梁设计中关于温度影响的计算提供原始数据。不同温度状态下桥梁工作状态的变化监测，包括桥梁变形和应力分布等的定队分析，对于桥梁设计理论的验证和改进均具有积极意义。整理课件46三、环境参数变化监测三、环境参数变化监测 在受温度变化引起的支座纵向伸缩位移中。，

15、在每跨桥一个端头设笠活动支座，以保证桥跨在纵向水平方向上能够自由伸缩，从而消除附加应力。 当桥跨落桥就位并固定后，可以认为点B为不动点，而支座上摆的中心点A由于温度变化等原因会随桥端一起产生纵向水平位移，整理课件47三、环境参数变化监测三、环境参数变化监测 当桥跨落桥就位并固定后，可以认为点B为不动点，而支座上摆的中心点A由于温度变化等原因会随桥端一起产生纵向水平位移。对千使用中的桥跨，设计要求在8C活动支座处于正中位控，即A,B处于同一垂线上，这时规定上摆与下摆的相对移动距离 = 0,而随着温度变化，如应满足下式确定的关系 式中，t为观测时的桥面温度。而 与 的变化即是桥垮支座滚动偏移量 影

16、响桥梁变形的环境参数还包括风速、风向等，均为动态监测的范畴。21-测）（计818. 1t计12整理课件488.3 桥梁运营期间健康诊断监测 桥梁诊断测量监测内容很多，从大的方面分类有动态监测和静态监测两种。 一、大型桥梁健康诊断测量的方法 二、桥面上部观测点的布设 三、下部梁结构变形监测整理课件49一、大型桥梁健康诊断测量的方法 （一）静态监测方法 （二）动态监测方法 （三）桥梁工作环境监测整理课件50一、大型桥梁健康诊断测量的方法 （一）静态监测方法 静态监测一般以常规地面测量方法、特殊测量手段、摄影测扯方法、测量机器人(TCA)及全球定位系统(GPS)测量技术等。整理课件51一、大型桥梁健

17、康诊断测量的方法 （二）动态监测方法 用来对桥梁结构位移进行动态监测的装置主要有压力监测的液体填充系统、卫星定位系统(GPS）、光谱干涉系统、光载波通信系统和测量机器人等。 在20世纪90年代初，英国采用可视监测系统对Humber桥的静、动力位移进行监测；近年又采用GPS对该桥在重型荷载作用下的变形进行了测试，并将测试结果与有限元计算结果进行了对比，确认GPS的测量精度很高，不仅可用于大跨度悬索桥的位移测试，即使用于刚度较大的桥梁结构，也能获得比较满意的精度。整理课件52一、大型桥梁健康诊断测量的方法 （三）桥梁工作环境监测 桥址处风速和风向监测主要由安装在桥身和桥塔顶上的风速仪完成。 桥址处

18、环境温度和桥梁结构温度分布状况监测由安装在梁、塔及特制测温索内的温度仪完成。 日交通流址的统计由设在收费车道的传感器、摄像机及电脑系统自动进行。以推算实时的大桥交通荷载。整理课件53二、桥面上部观测点的布设二、桥面上部观测点的布设 观测点的布设可按桥型的不同区别对待 （ 一）拱桥 监测点应布设在拱脚、L/4(L表示每跨桥的长度）、跨中和3L/4处拱肋或拱圈截面以及墩台顶处，以求得以上各截面处的变形与挠度，必要时还可增加L/8、3L/8、5L/8 和7L/8 截面的挠度观测点。 对于中承式或上承式拱桥，还应布设对于吊杆变形的监测点。整理课件54二、桥面上部观测点的布设二、桥面上部观测点的布设 （

19、二）连续钢构桥 控制截面的设计内力包括中跨跨中截面、中跨L/4截面、中跨3L/4截面的应变， 零号块顶面、边跨（次边跨）跨中截面的弯矩和剪力。为此，测址监测点应布设在零号块顶面处，观测零号块的沉降。除此之外在L/4、跨中、3L/4截面处也应布设观测点，以便于监测L/4、跨中、3L/4截面处的挠度。整理课件55二、桥面上部观测点的布设二、桥面上部观测点的布设 （三）斜拉桥与悬索桥 1. 主梁桥面线形测量与挠度观测点的布设 斜拉桥控制截面的设计内力包括加劲梁控制截面的弯矩、扭矩与轴力，索塔控制截面的弯矩与轴力，控制拉索的轴力，桥面系的局部弯曲应力等。挠度观测点应布设在斜拉桥各跨支点、L/4、跨中、

20、3L/4截面处，观测其截面处的竖向挠度，必要时还要观测上述部位的扭转角和横桥向的位移。位的扭转角和横桥向的位移。整理课件56二、桥面上部观测点的布设二、桥面上部观测点的布设 （三）斜拉桥与悬索桥 1. 主梁桥面线形测量与挠度观测点的布设 悬索桥控制截面的设计内力包括加劲梁控制截面的弯矩、剪力， 主缆的轴力、弯矩，吊杅的轴力， 桥面系的应力等。监测点应包括加劲梁支点、L/8、L/4、3L/8、跨中5L/8、3L/4.、7L/8 截面的挠度监测点，求得上述测点的挠度以及在偏载情况下扭转角和横桥向位移。整理课件57二、桥面上部观测点的布设二、桥面上部观测点的布设 （三）斜拉桥与悬索桥 1. 主梁桥面

21、线形测量与挠度观测点的布设 桥面线形与挠度观测点布置在主梁上。对于大跨度的斜面拉段，线形观测点还与斜拉索描固着力点位置对应；悬索桥桥面水平位移观测点与桥轴线一侧的桥面沉陷和线形观测点共点。整理课件58二、桥面上部观测点的布设二、桥面上部观测点的布设 实例： 监测点的埋设 4种工况 四等水准测量实施整理课件59二、桥面上部观测点的布设二、桥面上部观测点的布设 实例： 挠度变化 4种工况下主桥桥面两侧（上、下游侧）各点对应挠度高程的变化情况。为比较方便，图中高程值(Y轴）相比距离(X轴）放大1000 倍。倍。整理课件60二、桥面上部观测点的布设二、桥面上部观测点的布设 2. 索塔塔顶水平位移监测点

22、布设 塔柱摆动观测点一般布置在主塔上柱顶部的侧壁或顶面上便于测量的地方，必要时应在塔柱的不同高度处布设多个截面的观测点。观测采用全站仪遥测，测量机器人，利用前方交会法。整理课件61二、桥面上部观测点的布设二、桥面上部观测点的布设 （三）斜拉桥与悬索桥 3. 悬索桥主缆线形观测点的布设 主缆线形观测点一般要分别布设在两边跨的跨中，中跨的1/4、1/2和1/4 处，以及主缆在塔顶和铀锭出口处。观测缆顶标高前，一般在主缆上放样出这些测点的平面位置，测量后再根据缆径换算到主缆的中心。整理课件62三、下部梁结构变形监测 对于高大的墩台，不但要监测其基础的沉降，还要监测其水平位移，这时候监测点应布设在墩台

23、地面处和其他各截面处，以监测各截面处的竖向位移、水平位移和转角。 连续钢构桥的桥墩（台）沉陷观测点一般布置在承台面上。当承台被水淹没时，可布设在与墩（台）顶面对应的桥面上，对于斜拉桥和悬索桥的索塔，沉降监测点一般布设在索塔基础的承台面上。整理课件638.4 GPS技术在大跨度斜拉桥动态变形监测 一、GPS动态变形监测系统的建立 二、GPS用于桥梁结构的动态监测整理课件648.4 GPS技术在大跨度斜拉桥动态变形监测 一、GPS动态变形监测系统的建立 常规沉降监测设备包括几何水准、挠度仪和千分表等。近些年，GPS测址技术和3D扫描已用于桥梁动态变形监测中。GPS作业模式已从完全静态测批后处理数据模式发展到动态初始化(OTF)厘米级实时RTK测批模式。 传统方式的缺点 GPS技术有如下优点：直接获取独立的3维绝对坐标，增强对桥梁结构健康监测的可靠度；实时计算并显示3维位移；全天候24小时连续观测；与已有系统的绝对位置独立检核。整理课件6