桥梁工程变形监测与变形分析t

2022/12/2淮海工学院1变形监测与变形分析桥梁工程变形监测与变形分析

2022/12/2淮海工学院2主要内容概述桥梁基础垂直位移监测桥梁挠度观测桥梁结构的健康诊断第十章桥梁工程变形监测2022/12/2淮海工学院3§1概述

变形监测与变形分析第十章桥梁工程变形监测

2022/12/2淮海工学院4目的与意义

桥梁变形观测是桥梁运营期养护的重要内容，对桥梁的健康诊断和安全运营有着重要的意义。成桥后的结构状态识别和确认，桥梁运营过程中的损伤检测、预警及适时维修制度的建立，有助于从根本上消除隐患及避免灾难性事故的发生。运营中的桥梁结构及其环境所获得的信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，而且可以提供有关结构行为与环境规律的最真实的信息。桥梁安全监测带来的将不仅是监测系统和对某特定桥梁设计的反思，它还可能并应该成为桥梁研究的“现场实验室”。第1节概述2022/12/2淮海工学院5桥梁的变形

桥梁变形按其类型可分为静态变形和动态变形;静态变形是指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值，它是时间的函数。动态变形是指在外力影响下而产生的变形，它是表示桥梁在某个时刻的瞬时变形，是以外力为函数来表示的对于时间的变化。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。第1节概述2022/12/2淮海工学院6桥梁墩台变形观测桥梁墩台的变形观测主要包括两方面：墩台的垂直位移观测。主要包括墩台特征位置的垂直位移和沿桥轴线方向（或垂直于桥轴线方向）的倾斜观测。墩台的水平位移观测。其中各墩台在上、下游的水平位移观测称为横向位移观测；各墩台沿桥轴线方向的水平位移观测称为纵向位移观测。两者中，以横向位移观测更为重要。第1节概述2022/12/2淮海工学院7塔柱变形观测（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。第1节概述2022/12/2淮海工学院8桥面挠度观测桥面挠度是指桥面沿轴线的垂直位移情况。桥面在外界荷载的作用下将发生变形，使桥梁的实际线形与设计线形产生差异，从而影响桥梁的内部应力状态。过大的桥面线形变化不但影响行车的安全，而且对桥梁的使用寿命有直接的影响。第1节概述2022/12/2淮海工学院9桥面水平位移观测桥面水平位移主要是指垂直于桥轴线方向的水平位移。桥梁水平位移主要由基础的位移、倾斜以及外界荷载（风、日照、车辆等）等引起，对于大跨径的斜拉桥和悬索桥，风荷载可使桥面产生大幅度的摆动，这对桥梁的安全运营十分不利。第1节概述2022/12/2淮海工学院10垂直位移监测方法

精密水准测量三角高程测量液体静力水准测量压力测量法GPS测量第1节概述2022/11/26淮海海工工学学院院11水平位移移监测方法三角测量量法交会法导线测量量法基准线法法测小角法法GPS观测专用方法法第1节概述述2022/11/26淮海工工学学院院12挠度观测方法法悬锤法精密水准法全站仪观测法法GPS观测法静力水准观测测法测斜仪观测法法摄影测量法专用挠度仪观观测法第1节概述2022/11/26淮海工工学学院院13§2桥梁基础垂直直位移监测变形监测与变变形分析第十章桥梁工程变形形监测2022/11/26淮海工工学学院院14概述桥梁垂直位移移观测主要研研究桥梁墩台台空间位置在在垂直方向上上的变化。观测建筑物垂垂直位移的方方法有多种，，如：精密水水准测量、连连通管测量、、GPS测量等;各种方法都有有其自身的特特点，在实际际工程中，应应根据工程特特点和要求灵灵活应用。第2节桥梁基础础垂直位移监监测2022/11/26淮海工工学学院院15基点网的布设设为了观测墩台台的垂直位移移，需建立变变形监测基点点网，基点网网由基准点和和工作基点组组成。基准点应尽量量选在桥梁承承压区之外，，但又不宜离离桥梁墩台太太远。基准点点需成组埋设设，以便相互互检核。工作基点一般般选在桥台或或其附近，以以便于观测布布设在桥梁墩墩台上的观测测点，测定各各桥墩相对于于桥台的变形形。而工作基基点的垂直变变形可由基准准点测定，以以求得观测点点相对于稳定定点的绝对变变形。第2节桥梁基础础垂直位移监监测2022/11/26淮海工工学学院院16观测点的布设设在布设监测点点时，应遵循循既要均匀又又要有重点的的原则。均匀匀布设是指在在每个墩台上上都要布设观观测点，以便便全面判断桥桥梁的稳定性性；重点布设设是指对那些些受力不均匀匀、地基基础础不良或结构构的重要部分分，应加密观观测点，主桥桥桥墩尤应如如此。主桥墩台上的的观测点，应应在墩台顶面面的上下游两两端的适宜位位置处各埋设设一点，以便便研究墩台的的沉降和不均均匀沉陷（即即倾斜变形））。第2节桥梁基础础垂直位移监监测2022/11/26淮海海工工学学院院17垂直位移观观测所谓垂直位位移观测，，就是定期期地测量布布设在桥墩墩台上的观观测点相对对于基准点点的高差，，以求得观观测点的高高程，并将将不同时期期观测点的的高程加以以比较，得得出墩台的的垂直位移移值。监测点的观观测一般应应根据实际际情况布设设成附合路路线或闭合合路线。观测点观测测包括引桥桥观测点观观测和水中中桥墩观测测点的观测测。由于引引桥观测点点是在岸上上，其施测测方法与一一般水准测测量方法相相同。第2节桥梁基基础垂直位位移监测2022/11/26淮海海工工学学院院18§3桥梁挠度观观测变形监测与与变形分析析第十章桥梁工程变变形监测2022/11/26淮海海工工学学院院19索塔挠度观观测索塔的挠度度是指索塔塔在高程方方向上索塔塔各点的水水平位移分分布情况，，它包括桥桥轴线方向向的水平位位移和垂直直于桥轴线线方向的水水平位移。。索塔产生挠挠度变形的的原因主要要有三个方方面：（1）由于索索塔两侧的的拉力不等等，而使索索塔在顺桥桥向产生挠挠度变形；；（2）由于索索塔受风力力、日照等等外界环境境因素的影影响，而产产生挠度变变形；（3）由于设设计与施工工的不合理理性，而使使索塔产生生额外的变变形。第3节桥梁挠挠度观测2022/11/26淮海海工工学学院院20索塔挠度观观测的目的的(1)在索塔建设设过程中，，随着索塔塔高度的增增加，挠度度变形的幅幅度也急剧剧增大。只只有准确地地掌握索塔塔摆动和扭扭转的规律律，才能有有效地指导导施工和相相应的施工工测量工作作。(2)在大桥钢箱箱梁吊装过过程中，由由于施工原原因，致使使索塔两侧侧受力不平平衡，从而而使索塔在在顺桥向产产生一定的的偏移。这这种偏移有有时可达几几十厘米。。为了将这这种变形限限制在一定定范围内，，不致于使使其危及索索塔安全，，需对此变变形进行观观测。(3)为了延长桥桥梁的使用用寿命，验验证工程设设计与施工工的效果，，并为科学学研究提供供资料，应应该对桥梁梁进行变形形观测。第3节桥梁挠挠度观测2022/11/26淮海海工工学学院院21索塔挠度观观测常用方方法交会法（测测角、测边边、边角交交会）；全站仪极坐坐标法；天顶距测量量法；倾斜仪法;垂线法。第3节桥梁挠挠度观测2022/11/26淮海海工工学学院院22主梁挠度观观测主梁的挠度度变形是主主梁结构状状态改变最最灵敏、最最精确的反反映，因此此，对主梁梁进行挠度度监测能够够更为准确确地把握主主梁结构内内力状态的的改变。部分的结构构损伤也将将导致主梁梁挠度情况况的异常，，通过对主主梁挠度的的监测也可可识别出这这些损伤来来。通过挠度监监测可以达达到以下目目的：①修修正结构内内力反演的的结果，确确保内力状状态的识别别精度；②②进行基于于刚度变化化的损伤识识别。主梁挠度观观测的主要要方法有：：水准测量量法、全站站仪测量法法、专用挠挠度仪测量量法、动态态GPS测量量法法、、液液体体静静力力水水准准测测量量法法、、连连通通管管测测压压法法等等。。第3节桥桥梁梁挠挠度度观观测测2022/11/26淮海海工工学学院院23§4桥梁梁结结构构的的健健康康诊诊断断变形形监监测测与与变变形形分分析析第十十章章桥梁梁工工程程变变形形监监测测2022/11/26淮海海工工学学院院24健康康诊诊断断理理论论的的发发展展目前前，，桥桥梁梁健健康康诊诊断断理理论论的的研研究究主主要要集集中中于于结结构构整整体体性性评评估估和和损损伤伤识识别别。。结构构状状态态反反演演和和损损伤伤识识别别是是健健康康诊诊断断的的核核心心。。其目目的的是是建建立立一一个个与与桥桥梁梁安安全全监监测测系系统统适适配配的的结结构构状状态态识识别别系系统统，，能能根根据据结结构构监监测测系系统统采采集集的的数数据据与与信信号号，，应应用用结结构构识识别别理理论论和和损损伤伤识识别别方方法法反反演演出出桥桥梁梁的的工工作作状状态态、、或或识识别别出出可可能能的的结结构构损损伤伤及及其其程程度度。。第4节结构构的健康康诊断2022/11/26淮海海工工学学院院25研究内容容（1）建立立桥梁结结构动态态检测模模态参数数识别方方法；（2）建立立基于桥桥梁结构构的各种种神经网网络模型型和结构构分析的的损伤分分级识别别策略；；（3）研究究各种结结构损伤伤参数识识别方法法，优选选及改造造合适的的方法应应用于桥桥梁结构构状态监监测和损损伤识别别；（4）通过过实体模模型试验验，对所所选损伤伤识别方方法及软软件进行行实测对对比、验验证、优优选；（5）通过过结构损损伤检测测分析方方法研究究，建立立结构损损伤报警警系统，，以便给给桥梁管管理部门门进行人人工探伤伤确认及及维护提提供方向向性的指指引。第4节结构构的健康康诊断2022/11/26淮海海工工学学院院26辅助决策策系统的的发展桥梁辅助助决策系系统可以以使桥梁梁管理维维护由被被动和盲盲目走向向主动和和目标明明确；在监测系系统和评评估系统统的帮助助下，可可以清楚楚的了解解桥梁主主要构件件的状态态；在准确的的桥梁结结构模型型及其结结构响应应模拟分分析的基基础上，，可以预预测结构构在各种种可能工工况下的的反应、、极限荷荷载和失失效路径径；就可以有有针对性性的对相相关桥梁梁构件进进行预测测性或保保护性的的维护以以防患未未然。第4节结构构的健康康诊断2022/11/26淮海海工工学学院院27存在的主主要问题题（1）（1）系统统在应用用程序模模式上过过于固定定，采用用模块化化的设计计思想，，程序的的结构和和数据流流程是固固定的，，各模块块之间的的调用顺顺序也是是一成不不变的，，由于当当代先进进开发技技术不断断涌现，，对桥梁梁安全监监控系统统的要求求也不断断的提高高，如果果采用这这种应用用模式，，不利于于系统功功能的添添加和更更新。系系统缺乏乏良好的的开放性性和兼容容性。（2）监测测内容不不全面，，不足以以反映桥桥梁的整整体特性性，监测测系统并并没有实实现实时时或准实实时的监监测，统统计数据据不足，，无法系系统的分分析和处处理数据据为辅助助决策系系统服务务。（3）桥梁梁监测模模型理论论尚不成成熟，用用于监控控桥梁的的模型一一般都借借鉴于大大坝或其其他方面面应用比比较成功功的模型型，显然然不能准准确的监监控桥梁梁的运营营状态，，必须根根据建模模理论和和经验，，并结合合工程实实际来确确定真正正适合其其系统本本身的模模型。第4节结结构的的健康康诊断断2022/11/26淮海海工工学学院院28（4）对对桥梁梁缺损损状态态的评评价缺缺乏统统一有有效的的综合合性指指标，，难以以反映映个别别构件件的缺缺损及及严重重程度度对整整个桥桥梁的的影响响。（5）结结构系系统的的复杂杂性，，增加加了系系统评评估的的难度度。桥桥梁是是由多多种材材料、、不同同结构构组合合的大大型综综合系系统，，系统统中各各个成成分应应力状状态易易损性性不一一，刚刚度、、动力力特性性相差差很大大，很很难用用单一一的标标准评评判得得到预预期的的效果果。（6）已已开发发的系系统在在设计计时没没有考考虑到到突发发事件件（如如撞桥桥）时时如何何从监监测系系统获获得实实时的的数据据中迅迅速评评估结结构的的重大大损伤伤情况况和整整体工工作状状态，，从而而无法法作出出快速速合理理的决决策和和响应应。存在的的主要要问题题（2）第4节结结构的的健康康诊断断2022/11/26淮海海工工学学院院29系统主要功功能（1）异常测测值检查。。利用异常常值分析准准则（时空空评判准则则、模型评评判准则、、监控指标标评判准则则等）对实实测值进行行检查。（2）结构异异常成因分分析。排除除由观测因因素引起的的异常情况况须进行物物理成因分分析，其中中包括外因因分析、内内因分析，，该分析过过程需要调调用结构分分析的计算算结果。（3）综合评评判。经上上述分析还还未得到结结论时则进进入综合评评判处理，，根据能正正确反映桥桥梁安全运运行基本要要求的准则则，利用正正确的评判判方法得出出可用的评评判结果。。（4）结构异异常程度以以及技术报报警级别的的确定。当当发现异常常情况时，，需确定异异常程度