噶米大跨径钢桁梁拱桥变形监测方案设计与精度分析

1、大跨径钢桁梁拱桥变形监测方案设计与精度分析2012年 4月第 2期文章编号： 1672 8262（2012）02 14903城市勘测UrbanGeotechnicalInvestigationSurveying中图分类号： TU196.1Apr. 2012NO. 2文献标识码：B潘成军重庆市勘测院，重庆 400020）要：桥梁在运营过程中由于受到外部因素破坏及内部性能退化等影响，桥梁的安全性、适用性和耐久性都会降低，为了保证桥梁的安全运营，必须对其进行健康监测及安全评估。本文结合工程实例详细介绍了大跨径桥梁变形监测的基准网建立、变形点布设原则和数据监测，并对位移和沉降观测进行精度分析等，为同类

2、型桥梁健康安全监为了掌握菜园坝大桥及立交的运营状况，必须对大桥及立交进行测和运营管理起参考借鉴作用。关键词：变形监测；位移；挠度；沉降；精度分析1 引言健康监测及安全评估。 监测从大桥竣工后第一年开始， 每年冬季最冷 时进行。随着城市经济的发展和交通运输的需求，大型桥梁“桥都”工程 的建设规模和速度都在快速增长， 具有美誉的重庆， 在主城区嘉陵江 和长江上规划和建设有十多座其中的菜园坝长江大桥是重庆主城区 首座大大型桥梁，其主跨跨度居世界系杆拱桥之首。在跨径钢桁梁拱桥，桥梁的运营过程中，由于受到车载、风载、温度、地震等外部因 素以及材料性能退化、 疲劳效应等内部因素的影响， 桥梁结构的安全 性

3、、适用性和耐久性都会降低， 甚至为了桥梁在造成桥梁结构的破坏 引起工程事故。因此，设计年限内的安全运营， 要对桥梁定期进行形变监测， 并根据长 期的监测结果做出合理的分析和安全预报， 为桥梁安全使用和养护管 理决策提供可靠的科学依据。3.1监测方案的设计与实施基准网的建立平面基准网基准点的选埋按照规范要求并结合现场实际情况，在大桥两岸共埋设 9个C级GPS控制点作为变形监测平面基准点。观测采用 Trimble5800GPS 接收机进行观测。平面 基准网采用天宝 TGO 软件进行基线解算， 基线精度符合规范要求后，X rh.采用POWERADJ4.0软件对GPS独立基线向量网进行验算，其异步 环

4、闭合差WS、复测基线较差dS均满足规范要求。在桥轴系中：二 维坐标增量改正数较差S V x为1.7mm,限差为士 20.1mm; S V y 为一3.2mm,限差为士 20.6mm。表明GPS网平差成果正确可靠。高程基准网采用 LeicaDNA03 自动补偿电子水准仪配条形码因瓦 尺按二等水准精度要求进行往返高差观测。 各测段观测高差除进行真 长改正外,还应进行正常水准面不平行改正,其公式如下：v= 0.0000015371X sin (2H式中：©为测段两端点纬度平均值，以度为单位；H为测段两端 点近似高程平均值，以米为单位； ©为测段两端点纬度差，以分为 单位。经计算每

5、千米水准测量的偶然中误差 M 的值为0.05mm,完全 满足规范M 二士 1.0mm的要求。3.2变形点的监测( 1)水平位移监测大桥桥面受日照、风力、温度及外力作用会产生不2 项目概况重庆菜园坝长江大桥是 1 996年国务院批准的重庆市总体规划中的主城区长江上的一座大型桥梁。于 2007年 10月建成通车， 是重庆主城区首座大跨度拱桥。 主桥采用钢构与提篮式钢箱系杆拱、钢桁梁的组合结构，系杆拱桥主跨420m,大桥全长 1866m。该桥的实景如图1所示图 1 菜园坝长江大桥实景* 收稿日期： 20110714作者简介：潘成军（ 1979），男，工程师，主要从事工程测量和变形监测方面的工作。15

6、0 城市勘测ZQN33ZQN35ZQN37ZQN39ZQN41ZQN43 点名ZQN20ZQN22ZQN24ZQN26ZQN28ZQN30ZQN32ZQN34ZQN36ZQN 38ZQN40ZQN42ZQN44940732448207154134下游桥面点第2期114151205442709909983911714440215156134第 3 期 2 419122054819182602606020110868300104002012年4月956219202118 第 4 期 5 55 3501622506559400133393同的水平位移， 因此必须对其进行水平位移观测。 考虑到仪器特

7、点及观测方法的简便易行， 决定采用 LeicaTCA2003 智能型全站仪（测角精度0.5",测距精度1mm+1 ppm）按极坐标法进行观测，其观测点坐标中误差能够达到± 3.0mm 的精度要求。平面位移观测点布设在 立交桥面及桥墩上部、主桥拱顶两侧 1/4 间主跨桥面上下游 1/2 间距 处。距处、测量时将仪器置于基准站上， 后视并检校基准点， 观测位移点上 的棱镜得到距离和方向角。 为提高观测精度， 每次均采用两测回观测 读数和双极坐标法观测。各项观测精度满足要求后进行边长投影改 正，采用 NASEW 测量平差软件对位移点在桥轴系下进行坐标计算。统计位移点本期与起零值、

8、 前期观测值的绝对和相对位移量， 绘制位 移矢量图， 分析位移点在监测期间的位移变化规律。 图 2 所示为大桥 主桥部分位移点在桥轴线纵向的位移矢量图3图2主桥位移矢量图主桥上游挠度变化图2）挠度、沉降监测沉降变化是评价桥梁使用功能和安全性的挠度、重要指标之一。 本项目沉降及挠度观测采用 LeicaDNA03 电子水 准仪（标称精度为0.3mm/km）配因瓦标尺按二等水准要求进行，其 垂直变形平差精度能够达到士 0.5mm。监测点采用不锈钢标准件作为标记。起零值往返观测，以后单向观测。观测后进行数据平差计算，统计其绝对和相对变形量， 绘制变化曲线图。 主桥部分桥面点挠度观 测结果如表 1 所示

9、，沉降变化图 4所示。曲线图如图 3、主桥部分桥面点挠度观测结果（累计沉降 /mm）上游桥面点点名 ZQN19ZQN21ZQN23ZQN25ZQN27ZQN29ZQN31第 2期 1121502064427299361016第 3 期 050 1103 97810 8123第 4 期 42373 007538810 6表1图4主桥下游挠度变化图由主桥部分挠度点累计变化统计表和变化曲线图看出，主桥上、 下游桥面挠度呈线形变化，趋势基本一致。4.1变形监测精度分析平面位移观测精度分析采用 LeicaTCA2003 全站仪测量位移点坐标，误差主要包括基准点本身的点位中误差、 对中误差、 测距误差和测

10、 角误差等， 由于每次观测时都采用同一基准点， 它本身的误差不影响 观测精度， 且观测时使用强制归心观测墩和强制对中标件， 对中误差较小可忽略，故水平位移测量的精度可由下式计算：第2期2222M2x , y=Ms+S X M （3 / p二级精度水准远高程基准点的距离不超过 1000m，观测视线长度W 50m,也就是每测站的水准路线长不超过 100m,则由基准点到监测点的测站数为：n=1000/100=10 站X M站（式中，M站为每一测站精密水故有：MH二）准仪所测高差的中误差。采用标称精度为士 0.3mm/km的LeicaDNA03电子水准仪配条纹码因瓦尺进行观测，则：M 站=士 0.30

11、mmX 0.06=士 0.018mm于是每一监测点沉降量的中误差为：M H=2MH=2 XX（士 0.018） mm= 士 0.11mm 所以，采用每千 米观测高差中误差为士 0.3mm的精密水准仪进行观测，符合国家一、二等水准测量规范上对仪器的要求，足以把大于士 1.0mm的不均匀沉降量反映出来。式中：Ms为测距中误差；Ms二a+bx S（a为固定误b为比例误差,S为测距）；M 3为测角中误差,M3 =u（u 为仪器标称精度）； p =206265。差,取基准点到观测点的最大观测距离为 700m，仪器测距标称精度为1mm+1 ppm,测角精度为0.5，代入精度计算公式，得Mx，若采用两测回，

12、y=± 1.7mm,贝J Mx，采用三测回,则Mx，可y二士 1.2mm, y= 士 1.0mm,测回数n与各测站平见增加测回数可以提高观测精度,差后一测回方向中误差的平均值 ma和测角中误差m p以及导入系统误差影响系数入存在如下函数表达式:n=1/()mpma入2从上式推算可知, 菜园坝长江大桥变形监测项目采用的平面位移 观测方法完全可以满足 建筑变形测量规范 中变形测量二级对位移 观测点坐标中误差士 3.0mm的要求。4.2沉降观测精度分析HiaHi 1bHibHi 15 结语MM假设M，和M，分别为a点和b点在则a点和b点第i和i -1周期观测所得的高程中误差，的沉降量 中误

13、差分别为：22a二(Ma( MaHi)+( MHi H)H22桥梁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，对桥梁的运营管理、科学养 护和安全预警提供数据支撑。 本文系统地介绍了变形监测方法的选择 及监测方案的设计等内容， 并以重庆菜园坝长江大桥为实例介绍了大 跨径钢桁梁拱桥监测的实施方法和精度分析。) =(M )+( MHibHi - 1 )则a点和b点不均匀沉降量的中误差为:2a2b2b(M Hab) 2= (MaHi) + (MHi 1) + (MHi) + (MHi 1)由于在每周期对每个监测点的观测中， 均采用同一观测方案，由同一台仪

14、器和同一组人员在外界环境大致相同的条件下进行观测，故 假设:abbMaHi二MHi 仁MHi二MHi 1=MH2a2a2b2b则有：(M Hab) = (MHi ) + (MHi 1) + (MHi) + (MHi1)参考文献1国家质量监督检验检疫总局.全球定位系统（GPS）测量S.规范2国家质量技术监督总局颁.国家一、S.二等水准测量规范3建设部.建筑变形测量规范S.4伊晓东，M .黄河水利出李保平.变形监测技术及应用版社5贺志勇，.盛飞.大 跨度桥梁的变形监测及精度分析J华南理工大学学报6 贺栓海.桥梁结构理论与计算方法M .人 民交通出版社=4 (MH ) 2 M Hab=2MH以菜园坝

15、大桥为例，大桥墩台的沉降监测点离最SchemeDesig nan dAccuracyA nalysisoftheL ong- span TrusssteelBeamArchBridgeDeformationMonitoringPanChengjunChongqingSurveyInstitute，Chongqing400020，China)Abstract：Duringthebridgeoperationalperiod， becauseoftheexternalandinnerfactor，s thesafety， applicabilityanddurabilityofbridgestructurewillbedestroyedInordertoens urethesafeoperationofbridges， itisnecessarytotakehealthmonitoringandsafetyassessmentCombinedwith engineeringpractices，datumnetworkbuilding，layoutprincipleanddatamonitoringoflong spanbridgesaredescribedindetailinthispaper Furthermore， theofdeformationpoints， accu