第八章橋梁變形監(jiān)測-PPT課件

1、第八章橋梁變形監(jiān)測,1,橋梁按受力情況分類： 梁式橋主梁受彎 拱橋主拱受壓 剛架橋 構件受彎壓 纜索承重橋（吊橋、斜拉橋）纜索受拉 組合體系橋,2,一、梁式橋,定義：用梁或桁架梁作主要承重結構的橋梁。 受力特點：在豎向荷載作用下，無水平反力，彎距較大 建造材料：通常用抗彎能力強的材料來建造，比如鋼、木、鋼筋混凝土，預應力鋼筋混凝土等。 優(yōu)點：外形簡單，制作、安裝、維修方便，能就地取材，工業(yè)化施工、耐久性好、適應性強、整體性好且美觀。較好地利用桿件材料強度，在設計理論及施工技術方面發(fā)展的較成熟。 缺點：自重大，且跨徑越大自重所占的比值顯著增大，限制了其跨越能力。,3,4,開封黃河大橋,5,二、拱

2、式橋,定義：用拱作為橋身主要承重結構的橋。 受力特點：在豎向荷載作用下，橋墩或橋臺將承受水平推力，同時這種推力將顯著抵消和在所引起的在拱圈內的彎矩作用。承重結構以受壓為主。 建造材料：通常用抗壓能力強的圬工材料和鋼筋混凝土等來建造。,6,重慶萬縣長江大橋,趙州橋,7,三、剛架橋,定義：一種梁與墩臺剛性連接成整體的結構。在豎向荷載作用下，柱腳處有水平反力和支撐彎矩。 特點：剛架結構，梁與墩柱連接處剛度較大。受力介于梁橋與拱橋之間，跨中正彎距小，降低建筑高度,8,安康漢江鐵路橋,9,四、斜拉橋,定義：將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁，由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結構體系。

3、其可看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁。由索塔、主梁、斜拉索組成 受力特點為外荷載從梁傳遞到鎖，再到索塔。 橋承受的主要荷載是其自重，主要是主梁。 建造材料：預應力鋼索、混凝土、鋼材。,10,箱式、板式。鋼梁以正交異性極鋼箱為主，也有邊箱中板式。塔型有H型、倒Y型、A型、鉆石型等。斜拉橋的鋼索一般采用自錨體系。,11,蘇通大橋,12,五、懸索橋,定義：以通過索塔懸掛并錨固于兩岸(或橋兩端)的纜索(或鋼鏈)作為上部結構主要承重構件的橋梁。 特點：主要承受拉力。以承受拉力的纜索或鏈索作為主要承重構件，由懸索、索塔、錨碇、吊桿、橋面系等部分組成。 建造材料：懸索橋的主要承重構件是懸索，它主要承受

4、拉力，一般用抗拉強度高的鋼材（鋼絲、鋼纜等）制作。,13,日本明石海峽大橋,美國舊金山金門大橋,14,中國潤揚長江公路大橋,15,六、組合橋,主要承重構件采用兩種獨立結構體系組合而成的橋梁。如拱和梁的組合、梁和桁架的組合、懸索和梁的組合等。 常用的結構形式有： 拱、梁組合體系橋 。 較簡單的拱梁組合體系： 單跨無推力結構。 如系桿拱（即剛性拱和柔性拉桿的組合）、剛梁柔拱（又稱郎格爾梁，為奧地利郎格爾所創(chuàng)始）、剛梁剛拱（又稱洛澤梁，為德國H.洛澤所創(chuàng)始）； 較復雜的拱梁組合體系：多跨布置無推力或有推力結構體系 。 如臺灣關渡橋 ，為5孔連續(xù)中承式拱梁組合體系公路橋，主跨165米，1983 年建成

5、。,16,瑞士薩爾基那山谷橋,17,Ruck-A-Chucky Bridge,18,Tower Bridge（倫敦塔橋）,19,MillauViaduct（米洛大橋）,20,Ironbridge,21,Bridge to Nowhere 大西洋之路,22,Gates head Millennium Bridge 蓋茨亥德千禧橋(眨眼橋）,23,Kintaikyo Bridge 錦帶橋,24,Erasmus荷蘭鹿特丹天鵝橋,25,風雨橋,26,Harbour Bridge。悉尼海灣大橋,27,Brooklyn Bridge。 布魯克林大橋,28,第八章橋梁變形監(jiān)測,8.1 概述 8.2橋梁靜態(tài)變

6、形監(jiān)測 8.3 橋梁運營期間健康診斷監(jiān)測 8.4 GPS技術在大跨度斜拉橋動態(tài)變形監(jiān)測,29,8.1 概述,一、橋梁變形監(jiān)測意義 二、橋梁變形的限制 三、橋梁變形的分類,30,一、橋梁變形監(jiān)測意義,橋梁的類型比較多 橋梁變形監(jiān)測是對橋梁整體性能的監(jiān)測，是用工程測量原理、技術和方法以及特種精密工程測量技術，對大橋主梁各控制斷面及索塔軸線的位移變形進行定期或實時監(jiān)測，并繪編相應的位移變形影響線和影響面，以監(jiān)測各控制部位位移變形狀態(tài)。 通過觀測數(shù)據(jù)，對橋梁變形的顯著性進行分析，從而為總體評估大橋的承載能力、營運狀態(tài)和耐久能力，以及特殊氣候、交通條件下或橋梁運營情況嚴重異常時發(fā)出預警信號，為橋梁的維修

7、、養(yǎng)護與管理決策提供依據(jù)和指導。,31,一、橋梁變形監(jiān)測意義,大跨度和超大跨度橋梁相繼建成，使橋梁的最大跨徑記錄都在不斷被刷新 一方面，隨著設計水平和施工技術的發(fā)展，各種橋梁的施工正朝著超大化的方向發(fā)展，施工過程中的變形監(jiān)測就成為必然。 另一方面，橋梁的運營維護也是國家基礎建設的重要部分。多年來，橋梁結構的安全狀況一直是政府有關部門和公眾特別關心的問題。雖然合理保守的設計是結構安全的根本保證，但是限于當前對大型復雜結構的認識程度，臺風、地震、車載和溫度變化，以及許多不定時或不可確定的因素諸如超期服役、颶風、腐蝕、疲勞、甚至突發(fā)性地震，車、船的沖擊、碰撞和爆炸等危害性事件，人們并不都能有效地控制

8、或預測。,32,一、橋梁變形監(jiān)測意義,為了確保諸如大跨度橋梁這種重要的大型結構設計的使用安全性和耐久性達到預期標準，建立“橋梁健康監(jiān)系統(tǒng)” 很有必要。它對于了解橋梁結構內力的變化、分析變形原因無疑有著十分重要的作用。而“橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)“ 包括了橋梁幾何量變化測量的內容。因此，在建立“橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)” 的同時，研究采用工程測量原理、技術和方法以及特種精密工程測量技術，進行橋梁幾何值變化的監(jiān)視測量，對大跨度橋梁的健康監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的。,33,二、橋梁變形的限制,（ 一）主梁撓度變形限值 對于橋梁的豎向撓度，規(guī)范規(guī)定：由汽車荷載（不計沖擊力）所引起的豎向撓度不應超過表下表所列允許值。當車輛荷

9、載在一個橋跨范圍內移動，因而產(chǎn)生正負兩個方向的撓度時，計算撓度應為正負撓度的最大絕對值之和。,34,二、橋梁變形的限制,（二）墩臺沉降變形限值,35,三、橋梁變形的分類,一類變形反映結構的整體工作狀況，如撓度、轉角、支座位移等、稱為整體變形。橋梁逐漸老化，表現(xiàn)最為明顯的是： 另一類變形能反映結構的局部工作狀況，如纖維變形、裂縫、鋼筋的滑動等，這稱為局部變形。最能表現(xiàn)老化（或缺陷）的特征是,36,8-2 橋梁靜態(tài)變形監(jiān)測,一、橋梁下部結構監(jiān)測 二、橋梁上部結構（主梁）監(jiān)測 三、環(huán)境參數(shù)變化監(jiān)測,37,一、橋梁下部結構監(jiān)測,橋梁下部結構包括橋墩、橋臺、橋塔和樁基礎，這都是橋梁結構的重要組成部分。

10、橋梁主橋（塔）墩基礎的沉降監(jiān)測還包括塔、墩臺、地面處和其他各截面的水平位移和轉角。對于斜拉橋和懸索橋應觀測主塔塔頂變位（順橋向和橫橋向），測定塔柱的變位幅度大小和變位規(guī)律。 地面是判斷橋梁基礎承載能力的重要因素，監(jiān)測應盡量觀測樁基礎周圍的地面變形和開裂情況。從施工開始即對其實施沉降監(jiān)測是很有必要的。通過沉降監(jiān)測來監(jiān)視橋墩基礎在施工期加載過程及建成運行中的均勻或不均勻沉降狀態(tài)，結合其他資料對橋墩基礎變形情況及沉降態(tài)勢進行分析和預測，為大橋施工與運行決策提供科學的依據(jù)，同時墩臺沉降變形限值應不超過上節(jié)所列的要求。,38,一、橋梁下部結構監(jiān)測,（ 一）監(jiān)測點布設 監(jiān)測點的布設原則是要布設在最能反映結

11、構受力的特征點、線或面上。,39,一、橋梁下部結構監(jiān)測,（二）觀測方法及周期 采用級精密水準儀并按國家一等水準測蜇的要求進行觀測，觀測周期為3天，遇到特殊條件包括汛期、地震及沉降變化異常時增加觀測周期。,40,一、橋梁下部結構監(jiān)測,（三）觀測數(shù)據(jù)分析 根據(jù)觀測成果按時間序列繪制了1號橋墩基礎的垂直位移過程線,41,二橋梁上部結構（主梁）監(jiān)測,主梁（或者拱橋的主拱助）是直接承受交通荷載的主要承重構件。,42,二橋梁上部結構（主梁）監(jiān)測,橋梁上部結構測批監(jiān)測的主要內容如下。 (1)主梁豎向撓度變形監(jiān)測及監(jiān)測點截面偏載情況下扭轉角的測量； (2) 主梁橫向水平位移觀測（橋軸線偏位觀測）； (3)主梁

12、縱向位移觀測，通過測量主橋主梁梁端與相鄰引橋端上固定點之間的距離變化來測定主梁縱向位移變化規(guī)律； (4) 對于斜拉橋和懸索橋，其塔柱在外力、日照、風力等因素的作用下會產(chǎn)生擺動。觀測塔柱在水平方向的扭轉變化及在豎直平面的撓曲變化和收縮徐變,43,二橋梁上部結構（主梁）監(jiān)測,某斜拉橋在不同重址交通荷載和不同分布位眢荷載下，大橋主梁豎向撓 度變形悄況。可以看出，相對南北兩個主橋塔，主梁中有最大撓曲變化。,44,三、環(huán)境參數(shù)變化監(jiān)測,橋梁結構在太陽照射下，混凝土陰陽面最大溫差可在20 C以上，日夜最大溫差可達25 C以上。當環(huán)境溫度和日照方向發(fā)生變化時橋梁結構的溫度也會隨之變化。 一般說來，材料的溫度

13、變化將會引起構件的變形，當構件的變形受到限制時，構件內部會產(chǎn)生同應力。 通過對橋梁溫度場狀況的監(jiān)測，可以為橋梁設計中關于溫度影響的計算提供原始數(shù)據(jù)。不同溫度狀態(tài)下橋梁工作狀態(tài)的變化監(jiān)測，包括橋梁變形和應力分布等的定隊分析，對于橋梁設計理論的驗證和改進均具有積極意義。,45,三、環(huán)境參數(shù)變化監(jiān)測,在受溫度變化引起的支座縱向伸縮位移中。，在每跨橋一個端頭設笠活動支座，以保證橋跨在縱向水平方向上能夠自由伸縮，從而消除附加應力。 當橋跨落橋就位并固定后，可以認為點B為不動點，而支座上擺的中心點A由于溫度變化等原因會隨橋端一起產(chǎn)生縱向水平位移，,46,三、環(huán)境參數(shù)變化監(jiān)測,當橋跨落橋就位并固定后，可以認

14、為點B為不動點，而支座上擺的中心點A由于溫度變化等原因會隨橋端一起產(chǎn)生縱向水平位移。對千使用中的橋跨，設計要求在8C活動支座處于正中位控，即A,B處于同一垂線上，這時規(guī)定上擺與下擺的相對移動距離 = 0,而隨著溫度變化，如應滿足下式確定的關系 式中，t為觀測時的橋面溫度。 而 與 的變化即是橋垮支座 滾動偏移量 影響橋梁變形的環(huán)境參數(shù)還包括 風速、風向等，均為動態(tài)監(jiān)測的范 疇。,47,8.3 橋梁運營期間健康診斷監(jiān)測,橋梁診斷測量監(jiān)測內容很多，從大的方面分類有動態(tài)監(jiān)測和靜態(tài)監(jiān)測兩種。 一、大型橋梁健康診斷測量的方法 二、橋面上部觀測點的布設 三、下部梁結構變形監(jiān)測,48,一、大型橋梁健康診斷測

15、量的方法,（一）靜態(tài)監(jiān)測方法 （二）動態(tài)監(jiān)測方法 （三）橋梁工作環(huán)境監(jiān)測,49,一、大型橋梁健康診斷測量的方法,（一）靜態(tài)監(jiān)測方法 靜態(tài)監(jiān)測一般以常規(guī)地面測量方法、特殊測量手段、攝影測扯方法、測量機器人(TCA)及全球定位系統(tǒng)(GPS)測量技術等。,50,一、大型橋梁健康診斷測量的方法,（二）動態(tài)監(jiān)測方法 用來對橋梁結構位移進行動態(tài)監(jiān)測的裝置主要有壓力監(jiān)測的液體填充系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS）、光譜干涉系統(tǒng)、光載波通信系統(tǒng)和測量機器人等。 在20世紀90年代初，英國采用可視監(jiān)測系統(tǒng)對Humber橋的靜、動力位移進行監(jiān)測；近年又采用GPS對該橋在重型荷載作用下的變形進行了測試，并將測試結果與有限

16、元計算結果進行了對比，確認GPS的測量精度很高，不僅可用于大跨度懸索橋的位移測試，即使用于剛度較大的橋梁結構，也能獲得比較滿意的精度。,51,一、大型橋梁健康診斷測量的方法,（三）橋梁工作環(huán)境監(jiān)測 橋址處風速和風向監(jiān)測主要由安裝在橋身和橋塔頂上的風速儀完成。 橋址處環(huán)境溫度和橋梁結構溫度分布狀況監(jiān)測由安裝在梁、塔及特制測溫索內的溫度儀完成。 日交通流址的統(tǒng)計由設在收費車道的傳感器、攝像機及電腦系統(tǒng)自動進行。以推算實時的大橋交通荷載。,52,二、橋面上部觀測點的布設,觀測點的布設可按橋型的不同區(qū)別對待 （ 一）拱橋 監(jiān)測點應布設在拱腳、L/4(L表示每跨橋的長度）、跨中和3L/4處拱肋或拱圈截面

17、以及墩臺頂處，以求得以上各截面處的變形與撓度，必要時還可增加L/8、3L/8、5L/8 和7L/8 截面的撓度觀測點。 對于中承式或上承式拱橋，還應布設對于吊桿變形的監(jiān)測點。,53,二、橋面上部觀測點的布設,（二）連續(xù)鋼構橋 控制截面的設計內力包括中跨跨中截面、中跨L/4截面、中跨3L/4截面的應變， 零號塊頂面、邊跨（次邊跨）跨中截面的彎矩和剪力。為此，測址監(jiān)測點應布設在零號塊頂面處，觀測零號塊的沉降。除此之外在L/4、跨中、3L/4截面處也應布設觀測點，以便于監(jiān)測L/4、跨中、3L/4截面處的撓度。,54,二、橋面上部觀測點的布設,（三）斜拉橋與懸索橋 1. 主梁橋面線形測量與撓度觀測點的

18、布設 斜拉橋控制截面的設計內力包括加勁梁控制截面的彎矩、扭矩與軸力，索塔控制截面的彎矩與軸力，控制拉索的軸力，橋面系的局部彎曲應力等。撓度觀測點應布設在斜拉橋各跨支點、L/4、跨中、3L/4截面處，觀測其截面處的豎向撓度，必要時還要觀測上述部位的扭轉角和橫橋向的位移。位的扭轉角和橫橋向的位移。,55,二、橋面上部觀測點的布設,（三）斜拉橋與懸索橋 1. 主梁橋面線形測量與撓度觀測點的布設 懸索橋控制截面的設計內力包括加勁梁控制截面的彎矩、剪力， 主纜的軸力、彎矩，吊杅的軸力， 橋面系的應力等。監(jiān)測點應包括加勁梁支點、L/8、L/4、3L/8、跨中5L/8、3L/4.、7L/8 截面的撓度監(jiān)測點

19、，求得上述測點的撓度以及在偏載情況下扭轉角和橫橋向位移。,56,二、橋面上部觀測點的布設,（三）斜拉橋與懸索橋 1. 主梁橋面線形測量與撓度觀測點的布設 橋面線形與撓度觀測點布置在主梁上。對于大跨度的斜面拉段，線形觀測點還與斜拉索描固著力點位置對應；懸索橋橋面水平位移觀測點與橋軸線一側的橋面沉陷和線形觀測點共點。,57,二、橋面上部觀測點的布設,實例： 監(jiān)測點的埋設 4種工況 四等水準測量實施,58,二、橋面上部觀測點的布設,實例： 撓度變化 4種工況下主橋橋面兩側（上、下游側）各點對應撓度高程的變化情況。為比較方便，圖中高程值(Y軸）相比距離(X軸）放大1000 倍。,59,二、橋面上部觀測

20、點的布設,2. 索塔塔頂水平位移監(jiān)測點布設 塔柱擺動觀測點一般布置在主塔上柱頂部的側壁或頂面上便于測量的地方，必要時應在塔柱的不同高度處布設多個截面的觀測點。觀測采用全站儀遙測，測量機器人，利用前方交會法。,60,二、橋面上部觀測點的布設,（三）斜拉橋與懸索橋 3. 懸索橋主纜線形觀測點的布設 主纜線形觀測點一般要分別布設在兩邊跨的跨中，中跨的1/4、1/2和1/4 處，以及主纜在塔頂和鈾錠出口處。觀測纜頂標高前，一般在主纜上放樣出這些測點的平面位置，測量后再根據(jù)纜徑換算到主纜的中心。,61,三、下部梁結構變形監(jiān)測,對于高大的墩臺，不但要監(jiān)測其基礎的沉降，還要監(jiān)測其水平位移，這時候監(jiān)測點應布設

21、在墩臺地面處和其他各截面處，以監(jiān)測各截面處的豎向位移、水平位移和轉角。 連續(xù)鋼構橋的橋墩（臺）沉陷觀測點一般布置在承臺面上。當承臺被水淹沒時，可布設在與墩（臺）頂面對應的橋面上，對于斜拉橋和懸索橋的索塔，沉降監(jiān)測點一般布設在索塔基礎的承臺面上。,62,8.4 GPS技術在大跨度斜拉橋動態(tài)變形監(jiān)測,一、GPS動態(tài)變形監(jiān)測系統(tǒng)的建立 二、GPS用于橋梁結構的動態(tài)監(jiān)測,63,8.4 GPS技術在大跨度斜拉橋動態(tài)變形監(jiān)測,一、GPS動態(tài)變形監(jiān)測系統(tǒng)的建立 常規(guī)沉降監(jiān)測設備包括幾何水準、撓度儀和千分表等。近些年，GPS測址技術和3D掃描已用于橋梁動態(tài)變形監(jiān)測中。GPS作業(yè)模式已從完全靜態(tài)測批后處理數(shù)據(jù)模式發(fā)展到動態(tài)初始化(OTF)厘米級實時RTK測批模式。 傳統(tǒng)方式的缺點 GPS技術有如下優(yōu)點：直接獲取獨立的3維絕對坐標，增強對橋梁結構健康監(jiān)測的可靠度；實時計算并顯示3維位移；全天候24小時連續(xù)觀測；與已有系統(tǒng)的絕對位置獨立檢核。,64,8.4 GPS技術在大跨度斜拉橋