平衡懸臂施工混凝土橋撓度和溫度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)畢業(yè)論文

1、平衡懸臂施工混凝土橋撓度和溫度的自動(dòng)監(jiān)測(cè)畢業(yè)論文1.背景遍布世界，服役結(jié)構(gòu)的數(shù)量在不斷增加。隨著交通的發(fā)展，我們?nèi)找嬉蕾囉诳煽康慕?通運(yùn) 輸，越來越有必要去預(yù)見和預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的惡化。特別是，對(duì)于主要運(yùn)輸系統(tǒng)的那部分結(jié)構(gòu)，修復(fù) 工程需要認(rèn)真規(guī)劃，以盡量減少交通中斷。結(jié)構(gòu)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器從而迅速發(fā)展。長(zhǎng)期橋梁監(jiān)測(cè)是這一全面努力的重要組成部分，以嘗試減少對(duì)主要結(jié)構(gòu)的影響和維修 工程 的費(fèi)用。通過了解某一特定結(jié)構(gòu)的惡化速度，工程師能夠預(yù)見并充分界定所要求的處理措施的 時(shí)機(jī)。相反，不降低結(jié)構(gòu)的整體安全性，處理可以推遲到結(jié)構(gòu)需要相應(yīng)措施的時(shí) 候。本文提出了一種檢測(cè)橋梁長(zhǎng)期變形的創(chuàng)新方法。高精度傾角儀的使用允許我們

2、可以對(duì)長(zhǎng)期 旋轉(zhuǎn)進(jìn)行有效、準(zhǔn)確和無障礙跟蹤。該測(cè)量設(shè)備可以在正常交通狀況下運(yùn)行。同一時(shí)間測(cè)量 的、多個(gè)地點(diǎn)的溫度給出了一個(gè)由熱、蠕變和收縮導(dǎo)致的變形的清晰概念。提出該系統(tǒng)的可行 性是1997年8月開始運(yùn)營的修建于瑞士的Men tue橋。該橋主跨150ni墩高100m 2 橋梁的長(zhǎng)期監(jiān) 測(cè)作為其研究和瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院（洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院）服務(wù)活動(dòng)的一部分，該橋梁和 其他 結(jié)構(gòu)涉及到的鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土長(zhǎng)期變形的監(jiān)測(cè)已超過二十五年1, 2, 3,4 O在過去，IBAP已經(jīng)制定了一個(gè)長(zhǎng)期變形測(cè)量的水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)5, 6 0該系統(tǒng)已成功的服 務(wù)于瑞士的十座橋梁約十年5,7。該系統(tǒng)強(qiáng)大，可靠和足夠準(zhǔn)確

3、，但它要求每次測(cè)量要人為 操作，并沒有很好地適合于數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。該系統(tǒng)另外的一個(gè)缺點(diǎn)是，它只是較容易適用于可 接觸到的箱形梁橋。偶爾超過24小時(shí)的連續(xù)測(cè)量表明，它日常變形幅度很大，通常一兩個(gè)小時(shí)內(nèi)幾個(gè)毫米。這 體現(xiàn)在圖1中，那里的雙箱雙室梁Lutrive橋在他們被后張之前和爾后超過數(shù)年的測(cè)量 顯示了 24小時(shí)內(nèi)的測(cè)量結(jié)果。觀察到的數(shù)據(jù)散射主要是由橋梁的熱效應(yīng)造成的。用平衡懸臂法建造、143501主跨的箱形梁，在一個(gè)陽光明媚的日子變形幅度是與過去數(shù)年的長(zhǎng)期變 形屬于 同一量級(jí)的。瞬時(shí)測(cè)量，如水準(zhǔn)測(cè)量得出的結(jié)果，不一定代表了該橋的平均位置。這是因?yàn)樵跇蛄簻y(cè)量 時(shí)的位置是受過去幾個(gè)小時(shí)、幾天氣溫的溫

4、度歷史影響。即使周全的考慮影響監(jiān)測(cè)測(cè)量結(jié)果的 因素并且在每年的同一時(shí)期進(jìn)行測(cè)量，也需要相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，我們才能弄清楚Lutrive橋在 1988年進(jìn)行改造時(shí)額外橋梁后張3, 7, 11有沒有產(chǎn)生與兩者相同的影響。圖1： Lutrive橋的 長(zhǎng)期撓度，與24小時(shí)內(nèi)撓度自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)，使得我們可以在一個(gè)可6 月-T9 6 月-«2 6 月-85 6 月6月 T 6 月"94 6 月（a）1973年以來的變形演變5接受的成木上進(jìn)行方便地測(cè)量，因此非常可取。一個(gè)可能的解決方案研究，進(jìn)行了包括基于激 光水準(zhǔn)，光纖傳感器和GPS定位，得出的結(jié)論是，只要可以確保它們的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，當(dāng)前類型

5、 的電子傾角儀，都適合于自動(dòng)測(cè)量現(xiàn)有橋梁的旋轉(zhuǎn)量8。3. MENTUB!橋Mentue橋是單箱雙室箱梁橋，將銜接從洛桑到伯爾尼的未來A1高速公路。每片梁設(shè)計(jì)類似，擁有約565山的，整體長(zhǎng)度和13. 46m的寬度，設(shè)計(jì)承載兩行車線和一個(gè)應(yīng)急車道。橋梁 跨越一兩側(cè)有陡悄山坡的深谷（圖2）。平衡懸臂橋梁施工設(shè)計(jì)是與另一橋梁方案比3)o選的結(jié)果。100 m高的混凝土橋墩用爬模施工方法完成后，平衡懸臂施工啟動(dòng)（圖93 02134 3"148 &411915関51.P7 ）如1UZ565. 01圖2 Jlentuefi?立而布置4傾角儀從1995年開始，IBAP發(fā)起了一個(gè)研究項(xiàng)目，目的是

6、調(diào)查利用傾角儀的測(cè)量系統(tǒng)的可行性。初步結(jié)果表明，傾角儀為結(jié)構(gòu)提供自動(dòng)監(jiān)測(cè)提供了些許優(yōu)點(diǎn)。表1總結(jié)了本研究選擇的傾角儀的主要特性。衡量結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的有趣屬性是，對(duì)于一個(gè)給定的最大撓度跨度比，最大旋轉(zhuǎn)基本上是獨(dú)立于它的靜態(tài)系統(tǒng)8。由于在永久荷載下，最大允許值約1 / 1000的長(zhǎng)期撓度已經(jīng)被全世界普遍接受，就像這項(xiàng)研究中大跨度箱梁橋取得發(fā)展，同樣適用于其他橋梁，例如跨度較短橋梁和其他類型跨度區(qū)域。這是很重要的，因?yàn)樾枰獧z測(cè)那些小跨度梁，他們構(gòu)成所有橋梁的大部分結(jié)構(gòu)。表1傾角儀的主要特性特性描述絕對(duì)的測(cè)量相對(duì)于最初的位置，這種測(cè)量是絕對(duì)的。以防這種儀器的失敗，其他儀 器提供的信息仍然是可以利用的。數(shù)據(jù)采

7、集系統(tǒng)可容易聯(lián)接傾角儀是電了儀器，它所產(chǎn)生的電子信號(hào)可以被標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)很 容易獲得。這項(xiàng)工程所使用的傾角儀包括一種工業(yè)網(wǎng)狀界面（RS485）, 其可以大大減少纜索的數(shù)量。檢測(cè)原理可以適用于各種橋梁本質(zhì)上，轉(zhuǎn)動(dòng)的幅度是與靜定結(jié)構(gòu)或橋梁跨越的區(qū)域相互獨(dú)立的。因?yàn)?儀器的可靠性，傾角儀可以被安置在可以伸手觸及的地方，因此可以適 應(yīng)所有類型的跨越區(qū)域。高精度傾角儀的高精度使得極小變形的測(cè)量成為可能，比如那些只發(fā)生在幾分 鐘Z內(nèi)的的變形。安裝和操作簡(jiǎn)單傾角儀是非常精巧的儀器，安裝只須很小的空間。我們挑選的傾角儀包括溫度自動(dòng)補(bǔ)償。傳感器可以很容易安置并且能重復(fù)利用。成本盡管相對(duì)很高，與冋類檢測(cè)系統(tǒng)相

8、比，傾角儀很具有競(jìng)爭(zhēng)力，并且安裝 費(fèi)相當(dāng)?shù)?。選定的傾角儀類型：偉倫Zerotronic 土 1 °9 o 其準(zhǔn)確度為 1 microradian（卩 rad）,相當(dāng)于一毫米每公里，是一個(gè)非常小的旋轉(zhuǎn)值。對(duì)于一個(gè)通常高度連續(xù)梁的中跨，1 / 20000的跨中撓度，將導(dǎo)致最大約150卩rad的旋轉(zhuǎn)，或0.15毫弧度（mrad）。為量化和控制這個(gè)問題,電子儀器潛在的一個(gè)問題是他們的測(cè)量結(jié)果可能隨時(shí)間漂移。設(shè)計(jì)了一種機(jī)械裝置，允許傾角為180o旋轉(zhuǎn)正是在一水平面上（圖4）O每個(gè)傾角儀的漂移町以通過比較獲得的初始值和旋轉(zhuǎn)位置與以前獲得值簡(jiǎn)單地獲得。到目前為止，我們 觀察到工程中使用的那種傾角儀

9、的類型對(duì)漂流不是很敏感。:沼送撈刃須多游梓目fi2亠2.； b «> .2, V150 mm52 nun. '2 2亠2，.U - U VAi J2亠247亠-*-* 廣ATo固定于橋集上的技制臺(tái)20S mm5曼圖橋的測(cè)試設(shè)備一些采用平衡懸臂施工的橋梁，在實(shí)際使用中的狀態(tài)并不理想2,7,10,為了查清原因，對(duì)曼圖橋的變形發(fā)展做精密監(jiān)控。這些橋跨設(shè)計(jì)時(shí)考慮了最近的關(guān)于后期張拉量的建議 7,10,13 O監(jiān)控從1997年建橋時(shí)開始，2001年通車后會(huì)繼續(xù)跟蹤監(jiān)控。偏轉(zhuǎn)監(jiān)控包含 公路部 門提供的地形水準(zhǔn)、一個(gè)覆蓋兩跨整個(gè)跨度的流體靜力學(xué)水準(zhǔn)系統(tǒng)以及北橋主跨上的傾角儀 網(wǎng)。為了

10、便于比較測(cè)量值，工程師的記錄數(shù)據(jù)要同步收集。觀測(cè)的信息將用于改善設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)， 尤其是關(guān)于后張拉量7, 10, 11, 12, 13。LabView一個(gè)數(shù)據(jù)提取程序會(huì)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。這個(gè)系統(tǒng)可以同步控制不同類型 的傳感器，冃前控制著傾角儀和熱傳感器。這個(gè)電腦程序控制所有的測(cè)量設(shè)備，它提 供了一個(gè) 靈活的框架模式，允許后期增加新型傳感器和數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。LabView的使用給予使用者實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的設(shè)備和分析優(yōu)勢(shì)。數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)可以在普通配置的電腦上運(yùn)行，因特爾 486/66兆赫的處理器、16兆內(nèi)存、500兆碩盤'WindowsNT勺系統(tǒng)。所有傳感器的數(shù) 據(jù)一分鐘收 集一次，之后以壓縮格式存儲(chǔ)在碩盤里。系統(tǒng)安置在3號(hào)墩上部的箱梁里（圖5）0它能抵抗嚴(yán)峻的氣候條件并且在電力供應(yīng)后自動(dòng)工作，斷電在施工階段頻頻發(fā)生。6 傳感器圖5 （a）給出了北橋主跨上傾角儀的位置。和傳感器安置在支撐軸上