桥梁工程变形监测T总结

第11章桥梁工程变形监测

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11.1概述

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”。

变形监测的主要内容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。

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。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。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。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。垂直位移监测

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测量水平位移监测测三角测量法交会法导线测量法基准线法测小角法GPS观测专用方法挠度观测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11.2桥梁基础垂直直位移监测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。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。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））。垂直位移观测测所谓垂直位移移观测，就是是定期地测量量布设在桥墩墩台上的观测测点相对于基基准点的高差差，以求得观观测点的高程程，并将不同同时期观测点点的高程加以以比较，得出出墩台的垂直直位移值。监测点的观测测一般应根据据实际情况布布设成附合路路线或闭合路路线。观测点观测包包括引桥观测测点观测和水水中桥墩观测测点的观测。。由于引桥观观测点是在岸岸上，其施测测方法与一般般水准测量方方法相同。11.3桥梁挠度观测测索塔挠度观测测索塔的挠度是是指索塔在高高程方向上索索塔各点的水水平位移分布布情况，它包包括桥轴线方方向的水平位位移和垂直于于桥轴线方向向的水平位移移。索塔产生挠度度变形的原因因主要有三个个方面：（1）由于索塔塔两侧的拉力力不等，而使使索塔在顺桥桥向产生挠度度变形；（2）由于索塔塔受风力、日日照等外界环环境因素的影影响，而产生生挠度变形；；（3）由于设计计与施工的不不合理性，而而使索塔产生生额外的变形形。索塔挠度观测测的目的(1)在索塔建设过过程中，随着着索塔高度的的增加，挠度度变形的幅度度也急剧增大大。只有准确确地掌握索塔塔摆动和扭转转的规律，才才能有效地指指导施工和相相应的施工测测量工作。(2)在大桥钢箱梁梁吊装过程中中，由于施工工原因，致使使索塔两侧受受力不平衡，，从而使索塔塔在顺桥向产产生一定的偏偏移。这种偏偏移有时可达达几十厘米。。为了将这种种变形限制在在一定范围内内，不致于使使其危及索塔塔安全，需对对此变形进行行观测。(3)为了延长桥梁梁的使用寿命命，验证工程程设计与施工工的效果，并并为科学研究究提供资料，，应该对桥梁梁进行变形观观测。索塔挠度观测测常用方法交会法（测角角、测边、边边角交会）；；全站仪极坐标标法；天顶距测量法法；倾斜仪法;垂线法。主梁挠度观测测主梁的挠度变变形是主梁结结构状态改变变最灵敏、最最精确的反映映，因此，对对主梁进行挠挠度监测能够够更为准确地地把握主梁结结构内力状态态的改变。部分的结构损损伤也将导致致主梁挠度情情况的异常，，通过对主梁梁挠度的监测测也可识别出出这些损伤来来。通过挠度监测测可以达到以以下目的：①①修正结构内内力反演的结结果，确保内内力状态的识识别精度；②②进行基于刚刚度变化的损损伤识别。主梁挠度观测测的主要方法法有：水准测测量法、全站站仪测量法、、专用挠度仪仪测量法、动动态GPS测量法、液体体静力水准测测量法、连通通管测压法等等。11.4桥梁结构的健健康诊断健康诊断理论论的发展目前，桥梁健健康诊断理论论的研究主要要集中于结构构整体性评估估和损伤识别别。结构状态反演演和损伤识别别是健康诊断断的核心。其目的是建立立一个与桥梁梁安全监测系系统适配的结结构状态识别别系统，能根根据结构监测测系统采集的的数据与信号号，应用结构构识别理论和和损伤识别方方法反演出桥桥梁的工作状状态、或识别别出可能的结结构损伤及其其程度。研究内容（1）建立桥梁梁结构动态检检测模态参数数识别方法；；（2）建立基于于桥梁结构的的各种神经网网络模型和结结构分析的损损伤分级识别别策略；（3）研究各种种结构损伤参参数识别方法法，优选及改改造合适的方方法应用于桥桥梁结构状态态监测和损伤伤识别；（4）通过实体体模型试验，，对所选损伤伤识别方法及及软件进行实实测对比、验验证、优选；；（5）通过结构构损伤检测分分析方法研究究，建立结构构损伤报警系系统，以便给给桥梁管理部部门进行人工工探伤确认及及维护提供方方向性的指引引。辅助决策系统统的发展桥梁辅助决策策系统可以使使桥梁管理维维护由被动和和盲目走向主主动和目标明明确；在监测系统和和评估系统的的帮助下，可可以清楚的了了解桥梁主要要构件的状态态；在准确的桥梁梁结构模型及及其结构响应应模拟分析的的基础上，可可以预测结构构在各种可能能工况下的反反应、极限荷荷载和失效路路径；就可以有针对对性的对相关关桥梁构件进进行预测性或或保护性的维维护以防患未未然。存在的主要问问题（1）系统在应应用程序模式式上过于固定定，采用模块块化的设计思思想，程序的的结构和数据据流程是固定定的，各模块块之间的调用用顺序也是一一成不变的，，由于当代先先进开发技术术不断涌现，，对桥梁安全全监控系统的的要求也不断断的提高，如如果采用这种种应用模式，，不利于系统统功能的添加加和更新。系系统缺乏良好好的开放性和和兼容性。（2）监监测测内内容容不不全全面面，，不不足足以以反反映映桥桥梁梁的的整整体体特特性性，，监监测测系系统统并并没没有有实实现现实实时时或或准准实实时时的的监监测测，，统统计计数数据据不不足足，，无无法法系系统统的的分分析析和和处处理理数数据据为为辅辅助助决决策策系系统统服服务务。。（3）桥桥梁梁监监测测模模型型理理论论尚尚不不成成熟熟，，用用于于监监控控桥桥梁梁的的模模型型一一般般都都借借鉴鉴于于大大坝坝或或其其他他方方面面应应用用比比较较成成功功的的模模型型，，显显然然不不能能准准确确的的监监控控桥桥梁梁的的运运营营状状态态，，必必须须根根据据建建模模理理论论和和经经验验，，并并结结合合工工程程实实际际来来确确定定真真正正适适合合其其系系统统本本身身的的模模型型。。（4）对对桥桥梁梁缺缺损损状状态态的的评评价价缺缺乏乏统统一一有有效效的的综综合合性性指指标标，，难难以以反反映映个个别别构构件件的的缺缺损损及及严严重重程程度度对对整整个个桥桥梁梁的的影影响响。。（5）结结构构系系统统的的复复杂杂性性，，增增加加了了系系统统评评估估的的难难度度。。桥桥梁梁是是由由多多种种材材料料、、不不同同结结构构组组合合的的大大型型综综合合系系统统，，系系统统中中各各个个成成分分应应力力状状态态易易损损性性不不一一，，刚刚度度、、动动力力特特性性相相差差很很大大，，很很难难用用单单一一的的标标准准评评判判得得到到预预期期的的效效果果。。（6）已已开开发发的的系系统统在在设设计计时时没没有有考考虑虑到到突突发发事事件件（（如如撞撞桥桥））时时如如何何从从监监测测系系统统获获得得实实时时的的数数据据中中迅迅速速评评估估结结构构的的重重大大损损伤伤情情况况和和整整体体工工作作状状态态，，从从而而无无法法作作出出快快速速合合理理的的决决策策和和响响应应。。系统统主主要要功功能能（1）异异常常测测值值检检查查。。利利用用异异常常值值分分析析准准则则（（时时空空评评判判准准则则、、模模型型评评判判准准则则、、监监控控指指标标评评判判准准则则等等））对对实实测测值值进进行行检检查查。。（2）结结构构异异常常成成因因分分析析。。排排除除由由观观测测因因素素引引起起的的异异常常情情况况须须进进行行物物理理成成因因分分析析，，其其中中包包括括外外因因分分析析、、内内因因分分析析，，该该分分析析过过程程需需要要调调用用结结构构分分析析的的计计算算结结果果。。（3）综综合合评评判判。。经经上上述述分分析析还还未未得得到到结结论论时时则则进进入入综综合合评评判判处处理理，，根根据据能能正正确确反反映映桥桥梁梁安安全全运运行行基基本本要要求求的的准准则则，，利利用用正正确确的的评评判判方方法法得得出出可可用用的的评评判判结结果果。。（4）结结构构异异常常程程度度以以及及技技术术报报警警级级别别的的确确定定。。当当发发现现异异常常情情况况时时，，需需确确定定异异常常程程度度并并调调用用辅辅助助决决策策系系统统做做出出