變形測量-第五章(4)橋梁

1、 橋梁施工控制的任務(wù)是確保施工過程中橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形始終處于容許的安全范圍內(nèi)，確保 橋梁狀態(tài)（包括成橋線型和成橋結(jié)構(gòu)內(nèi)力）符合設(shè)計要求。由于橋梁施工過程中所表現(xiàn)出來的理論 與實(shí)際的偏差具有累積性，如不加以有效的控制和調(diào)整，將給橋梁施工安全、外形、可靠性、行車 條件和經(jīng)濟(jì)性等方面帶來不同程度的影響，對橋梁采取及時有效的監(jiān)測和控制，對保證橋梁建設(shè)工 程質(zhì)量和使用性能具有深遠(yuǎn)意義。因此，施工控制是建立以施工為中心，擁有實(shí)用測試技術(shù)和現(xiàn)場 計算分析技術(shù)的施工監(jiān)測和控制技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測各施工階段的主要控制參數(shù)，并通過計算分析 及時預(yù)測得出各施工階段的主要控制參數(shù)，指導(dǎo)和控制施工，確保橋梁線形，控制施

2、工內(nèi)力及變形， 保證橋梁正常使用的安全性。 施工控制包括：（1）幾何變形控制；（2）應(yīng)力控制；（3）穩(wěn)定控制；（4）安全控制。其中， 幾何變形控制對施工控制、預(yù)報非常關(guān)鍵，它是將橋梁結(jié)構(gòu)在施工中的實(shí)際狀態(tài)與預(yù)期狀態(tài)之間的 偏差控制在容許范圍內(nèi)，以保證成橋線性狀態(tài)符合設(shè)計要求。橋梁結(jié)構(gòu)尺寸的控制是施工控制的基 本要求，通過施工監(jiān)測，施工中對橋梁結(jié)構(gòu)的最終誤差應(yīng)按公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ041- 89）的規(guī)定。幾何變形控制主要目的是獲?。ㄗR別）已形成結(jié)構(gòu)的實(shí)際幾何形態(tài)，其內(nèi)容包括高程、 跨度、結(jié)構(gòu)或纜索的線形、結(jié)構(gòu)變形或位移等。幾何形態(tài)參數(shù)監(jiān)測結(jié)果將直接反饋給施工控制系統(tǒng)， 所以，不但要求其結(jié)

3、果準(zhǔn)確，同時還要求數(shù)據(jù)整理及時。 大型橋梁安全性監(jiān)測有其獨(dú)有特點(diǎn)。如： （1）要求能對多個待測點(diǎn)進(jìn)行同步，實(shí)時監(jiān)測。 （2）為進(jìn)行模態(tài)測試，對每個測點(diǎn)采樣至少為感興趣頻率的5倍。 （3）現(xiàn)場測試。工程結(jié)構(gòu)自動損傷識別只能在真實(shí)結(jié)構(gòu)上測試， 測試工作在大氣條件下進(jìn)行，設(shè)備必須能承受惡劣的氣候條件，能在 雨、霧天作全天候工作，系統(tǒng)必須能抵抗現(xiàn)場的各種干擾。 （4）測量位移精度高(要求達(dá)到12cm)，測量量程范圍大(1m)。 而這些要求用經(jīng)典的測量方法往往難以實(shí)現(xiàn)。 橋梁健康診斷技術(shù)的內(nèi)容包括：橋梁荷載實(shí)時在線監(jiān)控、幾何變位監(jiān)測、結(jié)構(gòu)反應(yīng)監(jiān)測以及橋 梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)主要包括：高

4、性能傳感元件與信號采集裝備，多參量、 多傳感元件監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)動態(tài)管理方法，結(jié)構(gòu)實(shí)時損傷識別、定位與模型修正，結(jié)構(gòu)實(shí)時健 康診斷與安全預(yù)警系統(tǒng)等。裝備完善的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)等于給橋梁配上一個“全天候”的醫(yī)生， 以有效保障橋梁的建設(shè)、運(yùn)行。例如，虎門大橋?qū)蛄航】禒顩r進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測系統(tǒng)由應(yīng)變儀、加 速度傳感器、溫度傳感器、位移傳感器（電容式加速度傳感器）、GPS系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成，在施工 監(jiān)控和成橋試驗(yàn)測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對該橋進(jìn)行一段通車后的短期運(yùn)營監(jiān)測，對保證虎門大橋的建設(shè) 質(zhì)量和運(yùn)行產(chǎn)生了積極的影響。 20世紀(jì)橋梁工程領(lǐng)域的成就不僅體現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力技術(shù)的發(fā)展和大跨度索支承橋梁的建造以及對超 大跨

5、度橋梁的探索，而且反映了人們對橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)施智能控制和智能監(jiān)測的設(shè)想與努力。近20年來 橋梁抗風(fēng)、抗震領(lǐng)域的研究成果以及新材料新工藝的開發(fā)推動了大跨度橋梁的發(fā)展；同時，隨著人 們對大型重要橋梁安全性、耐久性與正常使用功能的日漸關(guān)注，橋梁健康監(jiān)測的研究與監(jiān)測系統(tǒng)的 開發(fā)應(yīng)運(yùn)而生。 大型橋梁施工監(jiān)控中，幾何形態(tài)參數(shù)監(jiān)測結(jié)果將直接反饋給施工控制系 統(tǒng)，目前用于橋梁結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)監(jiān)測的主要儀器包括測距儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯 儀、全站儀等。通常采用測距精度和測角精度不低于規(guī)定值的全站儀，結(jié)合 固定高度的照準(zhǔn)目標(biāo)作為需要全過程跟蹤監(jiān)測的三維幾何形態(tài)參數(shù)監(jiān)測手段； 采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼水準(zhǔn)尺聯(lián)測、活動砧標(biāo)視準(zhǔn)線法觀測

6、和精密電子傾角 儀測量等作為一般高程、變形(位)等的監(jiān)測手段。 （1）對需全過程跟蹤監(jiān)測的結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)參數(shù)，通過控制基點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo) 監(jiān)測。 （2）對需定期監(jiān)測的結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)參數(shù)，即對那些無需全過程監(jiān)測點(diǎn)位 進(jìn)行的定期復(fù)核，以掌握如橋墩（塔）、拱座、錨碇等是否有超出設(shè)計范圍 的異常變形，也就是結(jié)構(gòu)安全性監(jiān)測，則通常采用精密水準(zhǔn)儀、精密傾角儀 等進(jìn)行觀測。 目前，大型結(jié)構(gòu)物振動測試方法有：大地測量法，加速度計測試 法和位移傳感器測試法。加速度計測量法是一種經(jīng)典的振動測試方法， 但測量前儀器必須清零，長時間連續(xù)觀測時出現(xiàn)零點(diǎn)漂移，另外需要 導(dǎo)線將加速度計同數(shù)據(jù)記錄中心連接從而增加測量噪聲，為得到橋梁

7、的位移須是將加速度計測量值經(jīng)過兩次積分，誤差大；位移傳感器測 試方法是一種接觸式測試法，測試設(shè)備一端應(yīng)安裝在被測物體外固定 點(diǎn)上，常用于結(jié)構(gòu)物模型測量，用這種方法測試大型建筑物比較困難。 大地測量法包括全站儀測量法和GPS測量法，隨著測繪科學(xué)技術(shù) 的發(fā)展對橋梁安全具有一定的適用性。 岳陽洞庭湖大橋主橋?yàn)?130+2310+130)的三 塔雙索面斜拉橋(見圖1)。該橋在設(shè)計時為了滿足 美觀的要求，未采用空間剛性塔、塔頂對拉索或邊跨 輔助墩等措施來提高整體結(jié)構(gòu)的剛度。為了檢驗(yàn)設(shè)計 計算的正確性，全面探索三塔斜拉橋的整體性能，長 沙交通學(xué)院設(shè)計了一座橋梁模型,對成橋狀態(tài)下的位移、 內(nèi)力、應(yīng)力等各種工況的最不利情況進(jìn)行了加載試驗(yàn) 以及最大懸臂狀態(tài)下的穩(wěn)定性試驗(yàn)。 3個索塔的位置如圖2所示，根據(jù)圖示的地形條件，控制點(diǎn) 只能選在湖岸線與公路之間的寬度為3040 m的開闊地帶，且以 前方交會作為變形觀測網(wǎng)最為合適?，F(xiàn)初步考慮布設(shè)成三點(diǎn)前方 交會，一點(diǎn)設(shè)在橋軸線附近的穩(wěn)定地區(qū)，另兩點(diǎn)可應(yīng)力作用下繞 索塔各個軸線產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形。如果這種變形與理論計算結(jié)果相 符,則可認(rèn)為索塔是安全的，否則應(yīng)查明原因并采取適當(dāng)措施。 為此目的，采用