桥梁工程变形监测及健康诊断

桥梁工程变形监测及健康诊断

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GPS观测法静力水准观测法测斜仪观测法摄影测量法专用挠度仪观测法11.2桥梁基础垂直位移监测

概述桥梁垂直位移观测主要研究桥梁墩台空间位置在垂直方向上的变化。观测建筑物垂直位移的方法有多种，如：精密水准测量、连通管测量、GPS测量等;各种方法都有其自身的特点，在实际工程中，应根据工程特点和要求灵活应用。基点网的布设为了观测墩台的垂直位移，需建立变形监测基点网，基点网由基准点和工作基点组成。基准点应尽量选在桥梁承压区之外，但又不宜离桥梁墩台太远。基准点需成组埋设，以便相互检核。工作基点一般选在桥台或其附近，以便于观测布设在桥梁墩台上的观测点，测定各桥墩相对于桥台的变形。而工作基点的垂直变形可由基准点测定，以求得观测点相对于稳定点的绝对变形。观测点的布设在布设监测点时，应遵循既要均匀又要有重点的原则。均匀布设是指在每个墩台上都要布设观测点，以便全面判断桥梁的稳定性；重点布设是指对那些受力不均匀、地基基础不良或结构的重要部分，应加密观测点，主桥桥墩尤应如此。主桥墩台上的观测点，应在墩台顶面的上下游两端的适宜位置处各埋设一点，以便研究墩台的沉降和不均匀沉陷（即倾斜变形）。垂直位移观测所谓垂直位移观测，就是定期地测量布设在桥墩台上的观测点相对于基准点的高差，以求得观测点的高程，并将不同时期观测点的高程加以比较，得出墩台的垂直位移值。监测点的观测一般应根据实际情况布设成附合路线或闭合路线。观测点观测包括引桥观测点观测和水中桥墩观测点的观测。由于引桥观测点是在岸上，其施测方法与一般水准测量方法相同。11.3桥梁挠度观测索塔挠度观测索塔的挠度是指索塔在高程方向上索塔各点的水平位移分布情况，它包括桥轴线方向的水平位移和垂直于桥轴线方向的水平位移。索塔产生挠度变形的原因主要有三个方面：（1）由于索塔两侧的拉力不等，而使索塔在顺桥向产生挠度变形；（2）由于索塔受风力、日照等外界环境因素的影响，而产生挠度变形；（3）由于设计与施工的不合理性，而使索塔产生额外的变形。索塔挠度观测的目的

(1)在索塔建设过程中，随着索塔高度的增加，挠度变形的幅度也急剧增大。只有准确地掌握索塔摆动和扭转的规律，才能有效地指导施工和相应的施工测量工作。

(2)在大桥钢箱梁吊装过程中，由于施工原因，致使索塔两侧受力不平衡，从而使索塔在顺桥向产生一定的偏移。这种偏移有时可达几十厘米。为了将这种变形限制在一定范围内，不致于使其危及索塔安全，需对此变形进行观测。

(3)为了延长桥梁的使用寿命，验证工程设计与施工的效果，并为科学研究提供资料，应该对桥梁进行变形观测。索塔趋挠度衬观测活常用解方法交会碗法（惩测角央、测秆边、债边角祸交会酬）；全站妄仪极杏坐标哀法；天顶距骑测量法着；倾斜帜仪法;垂线法愉。主梁挠柄度观测主梁跌的挠存度变局形是帝主梁直结构爽状态掏改变面最灵咳敏、啦最精扮确的毙反映隆，因母此，嘴对主浑梁进桂行挠蜂度监嫂测能威够更并为准就确地告把握帮主梁氧结构蹈内力饶状态威的改伟变。部分录的结贼构损叠伤也坛将导岸致主侧梁挠腊度情肤况的卧异常泪，通烤过对前主梁育挠度航的监毕测也席可识揭别出典这些灿损伤蜓来。通过挠乏度监测则可以达殊到以下讯目的：灭①修正如结构内我力反演淘的结果滥，确保伙内力状抚态的识敬别精度笨；②进纵行基于此刚度变朱化的损滔伤识别航。主梁东挠度齿观测造的主康要方什法有便：水窝准测议量法耗、全裹站仪检测量举法、勤专用甘挠度耽仪测易量法团、动问态GP份S测量汗法、绒液体甜静力阻水准倘测量共法、句连通模管测猴压法陕等。11.谨4桥梁结军构的健奸康诊断健康诊盆断理论纸的发展目前服，桥附梁健律康诊称断理扣论的圆研究味主要跑集中筒于结旺构整史体性胸评估既和损殊伤识转别。结构状截态反演警和损伤涂识别是惠健康诊测断的核智心。其目激的是例建立补一个鲁与桥吼梁安夕全监鲜测系纵统适全配的购结构零状态咸识别党系统迟，能吩根据付结构戴监测围系统蹦采集予的数器据与冲信号将，应暖用结娱构识寸别理疮论和闪损伤悔识别喉方法地反演榴出桥散梁的磨工作缠状态星、或险识别朽出可猜能的掠结构墨损伤胖及其我程度粮。研究内翼容（1）建场立桥梁友结构动培态检测浩模态参蛙数识别阵方法；（2）建听立基于折桥梁结燥构的各赛种神经留网络模荣型和结炉构分析拢的损伤冈分级识哲别策略穿；（3）碎研究让各种仪结构爪损伤办参数冤识别舌方法英，优译选及渴改造垃合适倍的方排法应猛用于莲桥梁幻玉结构悔状态畜监测遇和损过伤识植别；（4）鸡通过崖实体键模型左试验秀，对捐所选外损伤途识别区方法谋及软播件进颈行实欲测对睬比、扶验证洲、优预选；（5）通素过结构墙损伤检孩测分析文方法研梦究，建忍立结构岁损伤报翁警系统才，以便以给桥梁矛管理部红门进行新人工探正伤确认该及维护盘提供方晋向性的测指引。辅助决但策系统仆的发展桥梁辅币助决策饥系统可隔以使桥脂梁管理挎维护由会被动和染盲目走驴向主动委和目标摸明确；在监测耀系统和侄评估系筋统的帮丝式助下，换可以清母楚的了粒解桥梁到主要构彩件的状桌态；在准蛾确的傻桥梁之结构豪模型睬及其殿结构甩响应楚模拟听分析攻的基针础上虎，可吗以预诸测结园构在肠各种炸可能肺工况头下的努反应跳、极胆限荷移载和诵失效视路径饱；就可以沃有针对揪性的对惑相关桥馋梁构件庭进行预盟测性或初保护性引的维护岩以防患缴未然。存在醒的主恳要问恒题（1）系备统在应敬用程序齐模式上渠过于固险定，采骆用模块告化的设毛计思想央，程序矮的结构千和数据释流程是皆固定的穴，各模徐块之间产的调用虑顺序也鼻是一成议不变的银，由于定当代先胁进开发疼技术不采断涌现抹，对桥市梁安全反监控系统统的要腊求也不粒断的提季高，如轨果采用棒这种应舱用模式刚，不利警于系统航功能的权添加和乱更新。泳系统缺向乏良好押的开放查性和兼河容性。（2）监江测内容伴不全面顾，不足叫以反映鹅桥梁的锻整体特滥性，监菠测系统斯并没有淋实现实台时或准倦实时的甜监测，滥统计数上据不足形，无法父系统的脂分析和逃处理数半据为辅仔助决策较系统服市务。（3）然桥梁哥监测斤模型昂理论望尚不坊成熟德，用废于监即控桥系梁的律模型眉一般添都借望鉴于摄大坝微或其横他方低面应律用比庸较成礼功的邀模型仁，显仰然不种能准很确的章监控戴桥梁控的运贿营状铃态，交必须吐根据匀建模姥理论伙和经读验，沃并结醉合工铺程实丘际来弯确定槐真正办适合命其系龄统本土身的甲模型楼。（4）对别桥梁缺个损状态熄的评价陡缺乏统臂一有效再的综合匀性指标嫁，难以朵反映个检别构件献的缺损染及严重卧程度对渐整个桥侧梁的影炒响。（5）结处构系统从的复杂肤性，增圆加了系重统评估奸的难度避。桥梁遥是由多而种材料互、不同万结构组差合的大珠型综合观系统，宰系统中眉各个成革分应力敌状态易雨损性不剂一，刚牢度、动躁力特性挎相差很贺大，很邮难用单沿一的标届准评判旅得到预销期的效陡果。（6）蹄已开悼发的弯系统则在设逝计时追没有尘考虑市到突急发事狠件（吴如撞干桥）糕时如痛何从诊监测漠系统故获得蹲实时暮的数乞据中结迅速挖评估叨结构嫌的重约大损吊伤情秃况和轻整体梅工作举状态懒，从犯而无馒法作卡出快鹊速合繁理的叔决策档和响吼应。系统聋主要图功能（1）异顾常测值浓检查。随利用异乒常值分司析准则室（时空敞评判准倍则、模久型评判狸准则、呢监控指截标评判学准则等光）对实匠测值进盛行检查县。（2）结餐构异常壳成因分末析。排酒除由观伟测因素答引起的都异常情嫌况须进博行物理益成因分厨析，其匪中包括跃外因分屠析、内党因分析捕，该分芹析过程膊需要调顿用结构新分析的怎计算结片果。（3）里综合半评判万。经调上述蚁分析井还未请得到苹结论葵时则接进入种综合微评判御处理骆，根阵据能阶正确殖反映仗桥梁饰安全横运行乎基本河要求求的准伴则，样利用宰正确站的评矮判方此法得哄出可护用的压评判妇结果虑。（4）结太构异常京程度以勾及技术卸报警级次别的确守定。当朴发现异肺常情况从时，需导确定异姓常程度止并调用完辅助决蠢策系统激做出相要应级别次的报警焦。结构唱安全雪的综堡合评前判桥梁墙工作塔性态零的状魂况是胞通过扁埋设剧在桥墙体内悬的各含类监勾测仪蜜器的浆监测纯信息徐来反