现代大跨度斜拉桥变形监测研究

1、现代大跨度斜拉桥变形监测研究1概述大型斜拉桥是近代进展起来的新型桥梁，自20世纪90年月初期以来在我国如雨后春笋般的进展。这种桥梁的结构特点是跨度大、塔柱高，斜拉段具有柔性特性。在这类桥梁的施工测量中，人们已针对动态施工测量作了一些研究并取得了一些阅历。在竣工通车运营期间，如何针对它们的柔性结构与动态特性举行监测是人们非常关怀的另一问题。尽管目前有些桥梁已建立了了解结构内部物理量的变化的桥梁健康系统，它对于了解桥梁结构内力的变化、分析变形缘由无疑有着非常重要的作用。然而,要真正达到桥梁平安监测之目的，了解桥梁的变化状况，还务必准时测定它们几何量的变化及大小。因此，在建立桥梁健康系统的同时，研究

2、采用大地测量原理和各种专用的工程测量仪器和方法建立大跨度桥梁的监测系统也是非常须要的。本文结合已通车运营的某长江大桥举行变形监测的实践推荐了相应的变形监测系统。2变形机理与监测内容桥梁产生变形的缘由，归结起来有以下几类：（1）自然条件及其变化，即桥墩台地基的工程地质、水文地质、土壤物理性质、大气温度、水位变化及地震等。（2）与桥梁本身相联系的缘由，动荷载和风力等。车辆动荷载和人群动荷载，本质上是强迫共振现象，桥梁结构振动影响桥面行车的舒服与平安，加大振动变形，甚至使桥梁彻低破坏；洪水、船舶、水中悬浮物、北方河中浮冰等等，都可能对桥墩产生撞击，而使桥梁产生局部变形。桥梁变形可分为静态变形和动态变

3、形。静态变形通常是指变形监测的结果在某一周期的变形值，也就是说，它只是时光的函数。动态变形是指在外力影响下产生的变形，它是以外力为函数，表示动态系统对于时光的变化，其监测结果表示桥梁在某时刻的瞬时变形。桥梁结构在荷载和环境因素作用下产生的变形分成两类：一类变形能反映结构的整体工作情况，如挠度、转角、支座位移等，称为整体变形，桥梁渐渐老化，表现最为显然的是桥梁挠度变化；整体变形的能力能够概括结构囫囵工作的全貌，因此，在全部监测项目中，整体变形往往是最基本的。另一类变形能反映结构的局部工作情况，如纤维变形、裂缝、钢筋的滑动等，称为局部变形。最能表现老化(或缺陷)的特征是裂缝，裂缝的部位、方向揭示桥

4、梁老化(或缺陷)部位和性质。桥梁工程监测分为施工监测和运营监测。大跨度桥梁监测是桥梁施工和运营的重要组成部分，不论何种类型的桥梁，其施工监测一般包括几何参数监测，主要为桥梁上部结构的扰度、线形、倾斜及下部结构的位移、沉降变形监测等，结构物理参数监测包括桥梁各部分的应力、应变、徐变、混凝土温度等参数的监测，环境参数监测包括有风力、风向、温度、地震、交通荷载等因素监测。对斜拉桥索塔的变形监测,现行城市桥梁养护技术规范只要求对斜拉桥的墩、台身及索塔的沉降量举行监测，而现行大路桥涵养护规范则不仅要求对墩、台身及索塔的高程举行监测，而且还要求监测墩、台身及索塔的倾斜度。考虑到特大型、大型桥梁的重要性，不

5、管是大路桥梁还是城市桥梁，在控制检测中一般要求检测墩、台身及索塔高程和倾斜度。3变形观测系统的布置3.1桥墩沉陷与桥面线形观测点的布置桥墩(台)沉陷观测点一般布置在与墩(台)顶面向应的桥面上；桥面线形与挠度观测点布置在主梁上。对于大跨度的斜拉段。线形观测点还与斜拉索锚固着力点位置对应;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。3.2塔柱摇摆观测点布置塔柱摇摆观测点布置在主塔上塔柱的顶部、上横梁顶面以上约1.5m的上塔柱侧壁上,每柱两点。3.3水平位移监测桥面水平位移主要是指垂直于桥轴线方向的水平位移。主要由基础位移、倾斜及外界荷载(风、日照、车辆等)等引起，对大跨径斜拉桥和悬索

6、桥，风荷载可使桥面产生大幅度摇摆，对桥梁平安运营非常不利。测定水平位移的方法与桥梁样子有关：直线形桥梁，一般采用基准线法、测小角法等；曲线桥梁，一般采用三角测量法、交会法、导线测量法等。结合桥梁两岸地形地质条件和其他建造物分布、水平位移观测点的布置与观测方法，以及基准网的观测方法等因素，水平位移观测基准网分两极布设，基准网布设在岸上稳定的地方并埋设深埋钻孔桩标志；在桥面用桥墩水平位移观测点作为工作基点，用它们测定桥面观测点的水平位移。3.4垂直位移监测为了便于观测和使用便利，一般将岸上的平面基准网点纳入垂直位移基准网中，同时还应在较稳定的地方增强深埋水准点作为水准基点，它们是大桥垂直位移监测的

7、基准；为统一两岸的高程系统，在两岸的基准点之间还布置了一条过江水准线路。定期测量桥墩台或基础高程，计算墩台垂直位移。引桥监测点和水中桥墩监测点，按照实际状况布设成附合路线或闭合路线。引桥监测点在岸上，其施测方法与一般水准测量方法相同；水中监测点从一个墩到另一个墩的监测，可采用跨河水准测量，或跨墩水准测量。即把仪器设站于一墩上，监测后、前视两相邻桥墩，形成跨墩水准测量，考虑其照准误差、大气折光误差等，务必实行措施提高监测精度。垂直位移监测方法主要：精密水准测量；三角高程测量；液体静力水准测量(又称连通管测量)；压力测量法；GPS测量。3.5挠度监测主梁挠度变形是主梁结构状态转变最敏捷、最准确的反

8、映，桥梁挠度测量是桥梁检测的重要组成部分，桥梁建成后，桥梁承受静荷载和动荷载，必定会产生挠曲变形，因此，对主梁举行挠度监测，精确把握主梁结构内力状态，此外，结构损伤也将导致主梁挠度异样，通过对主梁挠度的监测可判别这些损伤。主梁挠度监测的主要方法有：水准测量法、全站仪测量法、专用挠度仪测量法、动态GPS测量法、液体静力水准测量法、连通管测压法等。前3种方法一般需封闭桥梁才干监测，且测量时光较长，不利于桥梁运行管理；液体静力水准测量对测点高差要求较高，测量精度高，但测程较小，限制了该法的应用。因此，目前大型桥梁长期挠度监测主要采用动态GPS测量（RTK）和连通管测压两种方法。4变形观测方法与成绩精

9、度4.1GPS定位系统测量平面基准网为了满意变形观测的技术要求,考虑到基准网边长相差悬殊，对基准网提出了边长相对精度不低于1/12万、边长误差小于5mm的双控精度指标；鉴于工作基点均位于大桥桥面，它们与基准点之间难以所有通视，决定采用GPS定位系统施测。为了在观测期间不中断交通，且避免车辆通行引起仪器的颤动和干扰GPS接收机的信号接收。对设置在桥面工作基点的观测时段均安顿在夜间作业。尽可能使其符合静态作业条件以提高观测精度。4.2精密水准测量建立高程基准网和沉陷观测高程基准网与桥面沉陷观测均根据国家一、二等水准测量规范的二等技术规定要求实施。并将垂直位移基准网点、桥面沉陷点、过江水准线路之间构

10、组成了多个环线。高程基准网的观测采用了LeicaNA3000数字式水准仪与条纹编码水准尺，它可以不需人工读数，只需照准条纹码水准尺便可以自动的显示读数，削减了照准误差和人工读数的误差影响，有利于提高水准测量的精度；桥面沉陷观测采用了Ni007自动安平水准仪；高程基准网中的过江水准测量，采用2台全站仪同时对向观测的测量方案。4.3全站仪坐标法观测横向水平位移众所周知,直线型建造物的水平位移常采用基准线法观测,它的实质测定垂直于基准线方向的偏离值。为充分发挥现代全站仪的优点，桥面水平位移观测采用了类似基准线法原理的坐标法，以直接测定观测点的横坐标。按照对全桥136个观测点的结果举行了统计分析，在未

11、顾及视线长度不等对Y坐标的精度影响的条件下，求得Y坐标的精度为0.48mm，它远高于桥梁监测技术中的精度要求(3mm)。4.4智能型全站仪(测量机器人)测定高塔柱的摇摆塔柱摇摆观测采用当代最先进的智能型全站仪TCA1800，其标称精度为，(2mm+2)。它可以实现自动寻觅和准确照准目标，自动测定测站点至目标点的距离、水平方向值和天顶距，计算出3维坐标并记录在内置模块或计算机内。因为它不需要人工照准、读数、计算，有利于消退人差的影响、削减记录计算出错的几率，特殊是在夜间也不需要给标志照明。该仪器每次观测记录一个目标点不超过7s，每点观测4测回也仅30s。一周期观测9个点(一个后视定向点、8个观测

12、点)不超过5min。其观测速度之快是人工无法比拟的。塔柱摇摆观测的周期视车流量的大小而定。在白天车流量较大时两周期间隔仅5min；而在夜间车流量小的时光段，两周期的最长间隔达1h。为了评定该法的精度,利用车流量很少的夜间观测成绩举行了统计分析。模仿桥面水平位移观测的统计分析方法，对视线长度为800m的观测点，按照夜间6周期的观测资料举行了统计分析计算，求得=0.034mm、=0.61mm,它表明该法具有较高的精度,可以满意塔柱动态观测的精度要求。5结论与建议（1）桥梁的平安和健康状态主要表症为结构的变形，运营期外部监测是对大跨度斜拉桥的实际健康状态的监测，内部监测系统是寻觅桥梁健康问题重要手段。因此，通过外部变形监测可以进一步地建立健全斜拉桥的诞生与成长的健康情况档案，为大型桥梁工程建设管理堆积阅历、收集资料，总结出有用的技术成绩。（2）了解桥梁结构内部的应力、应变及其变化对于监视桥梁平安无疑是非常重要的，但对于全面监视与分析桥梁平安是不够的，惟独通过测定它们几何量的变化，使之更直观、更明白地推断其平安状态更是非常须要的。因此，采用现代大地测量原理和技术、方法，以及特种精密工程测量技术测定它们几何量的变化就显得更