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。索塔挠闯度观测烟常用方鹅法交会法悬（测角条、测边唱、边角今交会）省；全站练仪极欠坐标浅法；天顶赛距测挖量法间；倾斜猛仪法;垂线法已。主梁脂挠度曾观测主梁资的挠造度变黎形是念主梁训结构走状态栗改变壮最灵司敏、糕最精肚确的吐反映化，因遇此，暴对主宪梁进躁行挠绩度监历测能芬够更迟为准展确地才把握均主梁掠结构雁内力涉状态锯的改肥变。部分的朵结构损手伤也将施导致主环梁挠度劈燕情况的堪异常，靠通过对遗主梁挠纽奉度的监网测也可肉识别出贫这些损涛伤来。通过挠强度监测耐可以达战到以下攀目的：新①修正宏结构内旦力反演男的结果牌，确保查内力状忠态的识公别精度赛；②进紫行基于锁刚度变妄化的损袖伤识别呈。主梁冶挠度鹿观测铲的主摔要方马法有某：水羡准测告量法执、全乳站仪鸭测量趋法、离专用肾挠度锁仪测游量法于、动夺态GPS测量侮法、饲液体游静力昂水准敞测量鼻法、访连通鞭管测魂压法县等。11挤.4桥梁结婶构的健便康诊断健康颤诊断报理论结的发单展目前哑，桥塞梁健厘康诊袋断理足论的讨研究白主要睬集中尤于结阴构整批体性稳评估机和损出伤识卫别。结构扛状态点反演炸和损果伤识末别是混健康镇诊断愚的核宿心。其目的围是建立未一个与匪桥梁安香全监测逢系统适荣配的结链构状态图识别系奖统，能紧根据结云构监测杂系统采克集的数夫据与信纪号，应第用结构六识别理晒论和损唇伤识别雾方法反括演出桥李梁的工设作状态挪、或识摸别出可宫能的结啦构损伤真及其程峡度。研究塞内容（1）建但立桥梁悬结构动博态检测悬模态参汁数识别否方法；（2）建哭立基于柄桥梁结殃构的各粮种神经匆网络模附型和结求构分析畅的损伤幻玉分级识绕别策略赴；（3）自研究烛各种饲结构阻损伤馆参数照识别冲方法姨，优在选及基改造贴合适箩的方器法应痒用于敌桥梁临结构曲状态嗽监测阶和损宋伤识而别；（4）炕通过笔实体雷模型荒试验富，对把所选费损伤厉识别肠方法盟及软权件进域行实争测对荡比、根验证缝、优坊选；（5）贡通过家结构猴损伤拖检测命分析渡方法轮研究象，建举立结口构损冶伤报爆警系散统，哑以便遥给桥飞梁管流理部扣门进柴行人脖工探民伤确缸认及仪维护涛提供首方向窜性的娱指引亮。辅助陕决策退系统茂的发咽展桥梁辅驶助决策霸系统可么以使桥毯梁管理者维护由兽被动和涂盲目走谷向主动方和目标绍明确；在监测歪系统和众评估系升统的帮素助下，醉可以清闸楚的了翼解桥梁奇主要构集件的状穴态；在准确题的桥梁烈结构模绒型及其月结构响旱应模拟破分析的彻基础上葱，可以陆预测结屑构在各默种可能寨工况下们的反应派、极限圣荷载和视失效路楚径；就可勉以有创针对武性的色对相扭关桥剧梁构召件进捏行预按测性久或保责护性壁的维凳护以月防患帝未然梯。存在的绕主要问泛题（1）系丸统在应海用程序悔模式上腥过于固法定，采名用模块跨化的设秤计思想涉，程序治的结构秤和数据伟流程是寇固定的至，各模挣块之间阻的调用忍顺序也园是一成筋不变的闷，由于主当代先殃进开发简技术不奔断涌现斤，对桥膜梁安全唐监控系故统的要块求也不资断的提淡高，如枪果采用聪这种应拾用模式茫，不利石于系统角功能的恩添加和苗更新。涂系统缺词乏良好弹的开放榴性和兼捕容性。（2）监菊测内容估不全面切，不足嚼以反映荐桥梁的忆整体特迅性，监奇测系统街并没有鸦实现实奸时或准唱实时的匙监测，敞统计数俗据不足盯，无法葵系统的扔分析和卡处理数撤据为辅引助决策仆系统服加务。（3）个桥梁介监测透模型与理论匀尚不级成熟睬，用坏于监负控桥周梁的祖模型盖一般悬都借喉鉴于按大坝抄或其赴他方惑面应饱用比亡较成搅功的皂模型雕，显岛然不夹能准阻确的衡监控姨桥梁惩的运际营状游态，短必须横根据揪建模华理论网和经桃验，亿并结饿合工今程实校际来屡确定寇真正即适合肚其系撇统本垮身的秀模型嫌。（4）份对桥盼梁缺翁损状膏态的削评价汁缺乏鸣统一必有效日的综锋合性定指标刑，难浑以反眯映个磨别构闭件的袭缺损群及严俗重程小度对表整个烈桥梁扔的影竹响。（5）结立构系统踢的复杂庭性，增捡加了系串统评估什的难度镇。桥梁罚是由多遭种材料震、不同钟结构组窜合的大统型综合紧系统，蚂系统中持各个成欧分应力解状态易幸损性不畜一，刚兵度、动声力特性决相差很心大，很在难用单秘一的标菠准评判肺得到预旅期的效绢果。（6）已俗开发的卧系统在寺设计时唱没有考纪虑到突附发事件犹（如撞煌桥）时躁如何从索监测系您统获得康实时的击数据中五迅速评颂估结构令的重大兵损伤情腐况和整文体工作谁状态，乞从而无扩法作出部快速合哲理的决距策和响前应。系统主合要功能（1）异饥常测值于检查。毅利用异表常值分术析准则驴（时空讽评判准捞则、模虑型评判域准则、禁监控指踩标评判协准则等食）对实滩测值进升行检查拍。（2）结捎构异常愚成因分参析。排卡除由观赔测因素功引起的劲异常情泡况须进孔行物理喂成因分俗析，其驶中包括构外因分踪蝶析、内糊因分析项，该分遇析过程浊需要调璃用结构帽分析的种计算结怠果。（3）综刃合评判铁。经上理述分析懂还未得框到结论烂时则进捧入综合跑评判处堪理，根善据能正捕确反映泊桥梁安探全运行扒基本要说求的准桶则，利擦用正确挠的评判送方法得绩出可用图的评判渠结果。（4）右结构尿异常肢程度觉以及暗技术殊报警挣级别此的确好定。阔当发剧现异承常情孕况时攻，需翠确定浩异常滤程度毁并调战用辅唤助决斩策系码统做跌出相屋应级饥别的关报警妇。结构安辟全的综垃合评判桥梁工军作性态慈的状况逗是通过谜埋设在谅桥体内师的各类轨监测仪谎器的监雪测信息沉来反映斥的。单个测洞点的实陕测性态借