1、4、建（構(gòu)）筑物變形監(jiān)測,4.1 橋梁變形監(jiān)測,4.1.1 概述,一、橋梁簡介,橋梁的基本類型：簡支梁橋、拱橋、鋼構(gòu)橋、懸索橋、斜拉橋及其組合體系橋。,4.1.1 概述,一、橋梁簡介,4.1.1 概述,二、橋梁變形的原因,自然條件及其變化，即橋墩臺地基的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、土壤的物理性質(zhì)、大氣溫度、水位變化以及地震等。 與橋梁本身相聯(lián)系的原因，即作用在橋梁上部結(jié)構(gòu)的恒載與作用在墩臺的垣載、墩臺與梁的結(jié)構(gòu)、型式以及活載(車輛通過時(shí)的震動(dòng)，風(fēng)力等)的作用。 由于勘測、設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營管理工作不合理，也會使橋梁產(chǎn)生額外的變形。,4.1.1 概述,三、橋梁變形的分類,靜態(tài)變形，通常指變形觀測的結(jié)果只

2、表示在某一期間內(nèi)的變形值。 動(dòng)態(tài)變形，指在外力影響下而產(chǎn)生的變形，它是以外力為函數(shù)來表示的對于時(shí)間的變化，其觀測結(jié)果是表示橋梁在某個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)變形。 橋梁墩臺的變形一般來說是靜態(tài)變形，而橋梁結(jié)構(gòu)的撓度變形則是動(dòng)態(tài)變形。,4.1.1 概述,四、橋梁變形的內(nèi)容,橋梁變形觀測的任務(wù)： 對各橋橋梁墩臺在空間的位置(即對各橋梁墩臺上的觀測點(diǎn)的三維坐標(biāo))和對橋跨結(jié)構(gòu)的撓度，進(jìn)行周期性的重復(fù)觀測，求得其在兩個(gè)觀測周期間的變化值和瞬時(shí)變形值。為了正確反映橋梁的變化情況，達(dá)到監(jiān)視其安全運(yùn)營和了解其變形規(guī)律的目的。,4.1.1 概述,四、橋梁變形的內(nèi)容,1）橋梁墩臺變形 各橋墩臺的沉降觀測，其中包括各墩臺沿水流方

3、向(或沿垂直于橋軸線方向)和沿橋軸線方向的傾斜觀測，通稱為垂直位移觀測； 各橋墩臺在上下游方向上的水平位移觀測，稱之橫向位移觀測； 各橋域臺沿橋軸線方向的水平位移觀測，稱為縱向位移觀測；,4.1.1 概述,四、橋梁變形的內(nèi)容,2）橋面撓度觀測、水平位移 橋墩結(jié)構(gòu)(例如，鋼梁)在恒載與活載情況下的撓度觀測 3）塔柱變形觀測（斜拉橋、懸索橋） 塔柱頂部水平位移監(jiān)測 塔柱整體傾斜觀測 塔柱周日變形觀測 塔柱體撓度觀測 塔柱體伸縮量觀測,4.1.2 垂直位移觀測方案,一、變形觀測控制網(wǎng),變形觀測網(wǎng)中包括控制點(diǎn)和觀測點(diǎn)兩部分。 控制點(diǎn)又分為基準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)。 基準(zhǔn)點(diǎn)是網(wǎng)中位于橋梁承壓范圍之外，被視為穩(wěn)定

4、不動(dòng)的點(diǎn)； 工作基點(diǎn)全部位于承壓區(qū)之內(nèi)，用以直接測定觀測點(diǎn)變形。 觀測點(diǎn)布設(shè)在橋梁墩臺選定的位置上。,4.1.2 垂直位移觀測方案,一、變形觀測控制網(wǎng),1、基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè) 基準(zhǔn)點(diǎn)的選定：應(yīng)盡量選在橋梁承壓區(qū)之外，但又不宜離橋梁墩臺太遠(yuǎn)，以免加大實(shí)測工作量及增大測量的累積誤差。一般來說，以不遠(yuǎn)于橋梁墩臺1km-2km為宜?；鶞?zhǔn)點(diǎn)需成組埋設(shè)，以便相互檢核。 工作基點(diǎn)的選定：一般選在橋臺上，以便于觀測布設(shè)在橋梁墩臺上的觀測點(diǎn)，測定各橋墩相對于橋臺的變形。,4.1.2 垂直位移觀測方案,一、變形觀測控制網(wǎng),2、監(jiān)測點(diǎn)布設(shè) 觀測點(diǎn)的布設(shè)應(yīng)遵循既要均勻又要有重點(diǎn)的原則。為全面判斷橋梁各部分的穩(wěn)定性，每個(gè)橋墩上

5、應(yīng)布置觀測點(diǎn)；對那些受力不均勻、地基基礎(chǔ)不良的部位或結(jié)構(gòu)的重要部位，應(yīng)加密觀測點(diǎn)，尤其主橋橋墩更是這樣。,4.1.2 垂直位移觀測方案,二、點(diǎn)位結(jié)構(gòu),基準(zhǔn)點(diǎn)的點(diǎn)位結(jié)構(gòu)以確保其穩(wěn)定為原則，一般可采用地面巖石標(biāo)，埋設(shè)至基巖。若大橋飛架兩山之間，有條件時(shí)最好使用平酮巖石標(biāo)。,4.1.2 垂直位移觀測方案,二、點(diǎn)位結(jié)構(gòu),觀測點(diǎn)的標(biāo)志結(jié)構(gòu)分引橋與主橋兩部分。引端觀測點(diǎn)可采用墻上標(biāo)志。由于墩面使用空間的限制，主橋變形觀測點(diǎn)遵循一點(diǎn)多用的原則。,特大橋梁垂直位移觀測的外業(yè)工作，包括陸地水準(zhǔn)測量；跨墩、跨河水準(zhǔn)測量。 1、陸地水準(zhǔn)測量 基準(zhǔn)點(diǎn)觀測與引橋觀測點(diǎn)觀測均屬陸地水準(zhǔn)測量。 注：對于施測精度要求較高的特

6、大橋梁變形觀測，為了防止尺子與儀器下沉，對非混凝土地段，立尺點(diǎn)應(yīng)設(shè)固定鐵樁標(biāo)志，若儀器架設(shè)在土坡上，應(yīng)在腳架支撐處打下大木樁；,4.1.2 垂直位移觀測方案,三、觀測方法,2、跨墩、跨河水準(zhǔn)測量 主橋觀測點(diǎn)位于墩面上，大型橋梁跨距達(dá)上百米。欲實(shí)現(xiàn)墩間高程傳遞，其前、后視距遠(yuǎn)超出規(guī)范對一等精密水準(zhǔn)測量的最大視距的規(guī)定，應(yīng)采用跨河水準(zhǔn)測量法施測。 跨河水準(zhǔn)測量的工作量大、耗費(fèi)人力多，對于跨距相等的橋梁可使用前、后視等距的跨墩水準(zhǔn)測量代替。,4.1.2 垂直位移觀測方案,三、觀測方法,2、跨墩、跨河水準(zhǔn)測量 對長距離跨墩水準(zhǔn)測量的作業(yè)，必須要有一定的措施提高其觀測精度。 選用性能穩(wěn)定、i角變化小的儀

7、器，儀器與微型水準(zhǔn)尺應(yīng)置于觀測墩上，如果需要使用3米水準(zhǔn)尺，則必須將其固定在觀測點(diǎn)上。,4.1.2 垂直位移觀測方案,三、觀測方法,照準(zhǔn)方法：,單分劃照準(zhǔn),雙分劃照準(zhǔn),三分劃照準(zhǔn),4.1.3 橫向位移觀測方案,橫向位移觀測：測定橋墩(臺)沿水流方向的變形量。 對直線型的橋梁，其測定方法采用基準(zhǔn)線法最為有利，對曲線型橋梁可采用前方交會法、導(dǎo)線測量法等。,4.1.3 橫向位移觀測方案, 基準(zhǔn)線法 基準(zhǔn)線法基本原理是：過線段的兩個(gè)端點(diǎn)(A、B)建立一基準(zhǔn)線，測定觀測點(diǎn)(i)對過基準(zhǔn)線的鉛直面S的偏離值li；兩個(gè)周期觀測偏離值之差便是i點(diǎn)的橫向位移觀測值。,4.1.3 橫向位移觀測方案,前方交會法 曲

8、線橋梁，由于各墩不在一條直線上，難以直接用距離測量法和基準(zhǔn)線法分別觀測橋墩臺縱橫向兩面三個(gè)方向上的位移，這時(shí)通常采和前方交會法。該法的優(yōu)點(diǎn)是能求得縱、橫向位移值的總量，投影到縱、橫方向線上，即可求得縱、橫向位移量。 導(dǎo)線測量法 導(dǎo)線兩端連接于橋臺工作基點(diǎn)上，每一個(gè)墩上設(shè)置一導(dǎo)線點(diǎn)，也是觀測點(diǎn)。通過重復(fù)觀測，由兩期觀測成果比較可得觀測點(diǎn)的位移。由于這種方法要在橋墩觀測點(diǎn)上設(shè)站，所以不如前方交會法簡便。,4.1.4 縱向位移觀測方案,縱向位移觀測是測定兩橋臺、相鄰橋墩和橋墩臺之間在橋軸線方向上的距離變化。,4.1.5 撓度觀測方案,撓度觀測分為恒載和活載撓度觀測。 恒載撓度觀測是測定橋梁自重和構(gòu)件

9、安裝誤差引起的橋梁下垂量。 活載撓度觀測是測定車輛通過時(shí)在其重量和沖量作用下鋼梁產(chǎn)生的撓曲變形；它是彈性變形，荷裁消失時(shí)變形也隨之消失，當(dāng)撓曲變形超過一定數(shù)值時(shí)，會影響車輛安全行駛和鋼梁支座的使用壽命，因此須對橋梁定期地進(jìn)行撓度觀測。,4.1.5 撓度觀測方案,一、恒載撓度觀測,觀測方法：水準(zhǔn)測量 在橋梁兩端布設(shè)高程基準(zhǔn)，觀測各節(jié)點(diǎn)相對于兩端點(diǎn) 連線的下垂量。 注：對于車輛來往頻繁的橋梁，不僅影響觀測工作，而且還危及人身與儀器的安全，因此在作業(yè)過程中要求觀測員精力集中，抓緊時(shí)間觀測出可靠的成果。此外，應(yīng)派兩名安全員，晾望上、下行車輛，及時(shí)報(bào)警，保證安全。,4.1.5 撓度觀測方案,一、活載撓度觀測,活載撓度觀測的方法是在橋墩面的上、下游各安置一臺經(jīng)緯儀，在一孔鋼梁中間的節(jié)點(diǎn)上倒掛一根尺子。,在列車未來之前，觀測員將經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)倒尺，讀取讀數(shù)a。固定視線不變；當(dāng)火車通過時(shí)，讀取b值，火車通過之后，再談取c值(稱為歸零值)，由此可求得撓度值為：b-1/2(a+c)。貨車各車箱的重量分布是