橋梁變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)報告

1、橋梁變形監(jiān)測數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)報告 姓 名： 學(xué) 號： 班 級： 指導(dǎo)老師：潘 雄 2014年6月22 日1、 橋梁變形監(jiān)測意義我國，由于我國正處在大規(guī)模建設(shè)時期，每年開工新建的橋梁數(shù)量眾多，發(fā)生的橋梁工程事故也非常多；另外，對于早期建設(shè)的橋梁，由于年代久遠、本身就存在質(zhì)量問題或者使用過程中遠超設(shè)計負荷，很多橋梁結(jié)構(gòu)也暴露出很多質(zhì)量問題。我國每年發(fā)生的橋梁安全事故數(shù)不勝數(shù)，影響較大的事故每年都有很多報道，諸如此類的重大事故和慘痛教訓(xùn)，時有發(fā)生，不勝枚舉，令人極其痛心。這些重大事故的發(fā)生，一方面是人民群眾生命和國家財產(chǎn)的重大損失，同時也從反面以一種很沉重的方式體現(xiàn)了橋梁變形監(jiān)測工作的重要性。由于災(zāi)害的

2、發(fā)生與變形有著極為密切的關(guān)系，因而，橋梁變形監(jiān)測研究在國內(nèi)外受到了廣泛的高度重視。2、 橋梁監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀大型橋梁結(jié)構(gòu)是高度超靜定的構(gòu)筑物，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此大型橋梁結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測是一件龐大而復(fù)雜的工程。對大型橋梁的變形監(jiān)測手段有多種。常規(guī)的地面變形測量是獲取觀測數(shù)據(jù)的主要手段，采用測量儀器對所監(jiān)測的物體上布設(shè)的點位進行觀測，獲取變形值。而其中測量儀器對整個觀測的數(shù)據(jù)獲取的關(guān)鍵因素。隨著科學(xué)技術(shù)的進步以及對變形測量要求的不斷提高，變形測量技術(shù)也在不斷的發(fā)展。更先進的數(shù)據(jù)采集設(shè)備的出現(xiàn)，計算機、無線電、空間技術(shù)以及地球科學(xué)等的迅猛發(fā)展，推動變形測量技術(shù)的不斷發(fā)展。不斷涌現(xiàn)的變形測量數(shù)據(jù)采集新技術(shù)

3、以及他們自身的不斷發(fā)展完善是推動變形測量技術(shù)進步的巨大動力，如數(shù)字近景攝影測量、GPS、自動全站儀、三維激光掃描儀、激光跟蹤儀、激光雷達、關(guān)節(jié)式坐標(biāo)測量機、Indoor GPS 等。此外，在大地測量領(lǐng)域還有甚長基線射電干涉測量（VLBI）、衛(wèi)星激光測距（SLR）、激光測月技術(shù)（LLR）、衛(wèi)星重力探測技術(shù)（衛(wèi)星測高、衛(wèi)星跟蹤衛(wèi)星和衛(wèi)星重力梯度測量）、合成孔徑干涉雷達（InSAR）等技術(shù)手段。在工程建筑物的變形自動化測量方面，自動全站儀正漸漸成為首選的自動化測量技術(shù)設(shè)備。3、 橋梁變形監(jiān)測規(guī)范要求橋梁的種類較多，主要以梁式橋、拱橋、懸索橋、斜拉橋為主。十多年來，我國各種橋梁的建設(shè)速度發(fā)展很快，橋梁

4、的變形監(jiān)測是橋梁施工安全和運營安全必不可少的內(nèi)容。工程測量規(guī)范（GB50026-2007）規(guī)定，橋梁變形監(jiān)測的內(nèi)容，應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)類型選擇。 橋梁變形監(jiān)測項目類型施工期主要監(jiān)測內(nèi)容運營期主要監(jiān)測內(nèi)容梁式橋橋墩垂直位移懸臂法澆注的梁體水平、垂直位移懸臂法安裝的梁體水平、垂直位移支架法澆注的梁體水平、垂直位移橋墩垂直位移橋面水平、垂直位移拱橋橋墩垂直位移裝配拱圈水平、垂直位移橋墩垂直位移橋面水平、垂直位移懸索橋、斜拉橋索塔傾斜、塔頂水平位移、塔基垂直位移主纜線性形變（拉伸變形）索夾滑動位移梁體水平、垂直位移散索鞍相對轉(zhuǎn)動錨碇水平、垂直位移索塔傾斜、垂直位移橋面水平、垂直位移橋梁兩岸邊坡橋梁兩岸邊坡

5、水平、垂直位移橋梁兩岸邊坡水平、垂直位移橋梁變形監(jiān)測的精度，應(yīng)根據(jù)橋梁的類型、結(jié)構(gòu)、用途等因素綜合確定，特大型橋梁的精度，不宜低于二等，大型橋梁不宜低于三等，中小型橋梁可采用四等。特大橋、大型、中小型橋梁劃分方法，可參考相關(guān)公路、鐵路橋梁設(shè)計和施工規(guī)范的劃分方法確定。變形監(jiān)測可采用 GPS 測量、極坐標(biāo)法、精密測(量)距、導(dǎo)線測量、前方交會法、正垂線法、電垂直梁法、水準測量等。大型橋梁的變形監(jiān)測，必要時應(yīng)同步觀測梁體和橋墩的溫度、水位和流速、風(fēng)力和風(fēng)向。橋梁變形觀測點的布設(shè)，應(yīng)滿足下列要求：（1） 橋墩的垂直位移變形觀測點，宜沿橋墩的縱橫軸線布設(shè)在外邊緣，也可布設(shè)在墩面上。每個橋墩的變形觀測點

6、數(shù)，視橋墩大小布設(shè) 14 點。（2） 梁體和構(gòu)件的變形觀測點，宜布設(shè)在其頂板上。每塊箱體或板塊，宜按左、中、右分別布設(shè)三點，構(gòu)件的點位宜布設(shè)在其 1/4、1/2、3/4 處。懸臂法澆注或安裝梁體的變形觀測點，宜沿梁體縱向軸線或兩側(cè)邊緣布設(shè)在每段梁體的前端和后端。支架法澆注梁體的變形觀測點，可沿梁體縱向軸線或兩側(cè)邊緣布設(shè)在每個橋墩和墩間梁體的 1/2、1/4 處。裝配式拱架的變形觀測點可沿拱架縱向軸線布設(shè)在每段拱架的兩端和拱架的 1/2 處。（3） 索塔垂直位移變形觀測點，宜布設(shè)在索塔底部的四角；索塔傾斜變形觀測點，宜在索塔的頂部、中部和下部并沿索塔橫向軸線對稱布設(shè)。（4） 橋面變形觀測點，應(yīng)在

7、橋墩（索塔）和墩間均勻布設(shè)，點位間距以 1050米為宜。大型橋梁，應(yīng)沿橋面的兩側(cè)布點。（5） 橋梁兩岸邊坡變形觀測點，宜成排布設(shè)在邊坡的頂部、中部和下部，點位間距以 1020 米為宜。橋梁施工期的變形監(jiān)測周期，應(yīng)根據(jù)橋梁的類型、施工工序、設(shè)計要求等因素確定。橋梁運營期的變形監(jiān)測，每年應(yīng)觀測一次。也可在每年的夏季和冬季各觀測一次。當(dāng)洪水、地震強臺風(fēng)等自然災(zāi)害發(fā)生時，應(yīng)適當(dāng)增加觀測次數(shù)。4、 監(jiān)測內(nèi)容橋梁結(jié)構(gòu)體的承重部分，例如橋墩、拱圈、索塔、梁體、錨碇、橋面等承重結(jié)構(gòu)的垂直位移，也稱為沉降，特別是不均勻沉降；橋梁結(jié)構(gòu)體的承重部分，例如梁體、拱圈、索塔、錨碇、橋面等的水平位移是橋梁結(jié)構(gòu)體是否處于安

8、全狀態(tài)的重要指標(biāo)，對橋梁結(jié)構(gòu)重要部位的變形監(jiān)測，具有非常重大的意義。1. 垂直位移監(jiān)測內(nèi)容橋梁結(jié)構(gòu)豎向位移主要包括梁式橋施工期間橋墩、梁體以及運營期間橋墩、橋面的豎向位移測量；拱橋施工期間的橋墩、拱圈以及運營期間的橋墩、橋面垂直位移；懸索橋、斜拉橋施工期間索塔、梁體、錨碇以及運營期間索塔、橋面垂直位移；橋梁兩岸邊坡垂直位移。2. 水平位移監(jiān)測內(nèi)容橋梁結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測主要包括梁式橋施工期間梁體以及運營期間橋面的水平位移監(jiān)測；拱橋施工期間的拱圈以及運營期間的橋面水平位移監(jiān)測；懸索橋、斜拉橋施工期間索塔傾斜，塔頂、梁體、錨碇以及運營期間索塔傾斜、橋面水平位移；橋梁兩岸邊坡水平位移。5、 監(jiān)測資料奇異

9、值的檢驗與插補1. 監(jiān)測資料的奇異值檢驗在任意一次測量工作之中，其最終觀測結(jié)果中或多或少都會存在一定的奇異值，在對其進行變形分析的之前有必要將這些奇異值一一剔除?？紤]到監(jiān)測數(shù)據(jù)是連續(xù)進行觀測得來的，所以這里相對簡單的方法就是采用“3s準則”去奇異值進行剔除。對于觀測數(shù)據(jù)的中誤差，我們既可以通過對觀測值序列本身進行估計來得到，也可以對長期觀測結(jié)果進行統(tǒng)計分析得到，或者取一個經(jīng)驗數(shù)值。下面對兩種實用的奇異值檢驗方法進行介紹：（1）對于觀測數(shù)據(jù)序列x1，x2，xN ，其序列數(shù)據(jù)的變化特征可以描述如下：這樣，由N 個觀測數(shù)據(jù)可以得到N - 2個d j 。通過對 N-2個d j值進行計算可以得出該序列數(shù)

10、據(jù)變化的統(tǒng)計均值和均方差：將d j 的偏差取絕對值并與均方差做比得=當(dāng)q j > 3時，說明x j是奇異值，需要對其進行舍棄。（2） 對于觀測數(shù)據(jù)序列x1，x2，xN ，我們在對其進行預(yù)測時使用一級差分方程的方法，其表達式如下：令任一數(shù)據(jù)的實際值與其對應(yīng)的預(yù)測值之差為：對任一觀測數(shù)據(jù)，令其中誤差為m （對m 的取值既可以通過對長期觀測資料進行計算獲得，也可以憑經(jīng)驗對其賦值），通過對上面兩式進行計算可得到實際值與其對應(yīng)的預(yù)測值之差d j的均方差為 。對于實際值與其對應(yīng)的預(yù)測值之差的絕對值，當(dāng)Ù時，將x j作為奇異值處理，需要對其進行舍棄。2. 監(jiān)測資料的插補因為各種主、客觀因素的

11、存在，當(dāng)出現(xiàn)實測數(shù)據(jù)漏測或者需要對等間隔觀測值進行處理時，則需要根據(jù)已有的相鄰期或物理位置相鄰的監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)對空缺處進行插補。1、根據(jù)內(nèi)在物理聯(lián)系進行插補在對已測數(shù)據(jù)進行邏輯分析的基礎(chǔ)上，參照相關(guān)的物理意義，得到有關(guān)原因量之間的函數(shù)關(guān)系，通過對相關(guān)函數(shù)關(guān)系的分析，對缺漏的施測值進行相應(yīng)的插補。2、利用數(shù)學(xué)方法進行插補（1）線性內(nèi)插法主要通過對某兩個實測值的研究來實現(xiàn)這兩個值之間的觀測值的內(nèi)插工作，可用式式中，效應(yīng)量；時間。（2）拉格朗日內(nèi)插計算對于變化情況比較復(fù)雜的效應(yīng)量，可根據(jù)下式進行內(nèi)插式中， y 效應(yīng)量；x自變量。（3）通過多項式進行曲線擬合式中未知量的方次和擬合所用點數(shù)需要根據(jù)實際

12、情況進行適當(dāng)選擇。6、 基準點穩(wěn)定性分析 在處理監(jiān)測數(shù)據(jù)時，采用不同的平差方法時，會得到不同的平差結(jié)果。我們不能的籠統(tǒng)的說那種方法更好，當(dāng)已知固定點時，采用經(jīng)典平差可以得到滿意的結(jié)果；當(dāng)知道某些點穩(wěn)定時，采用擬穩(wěn)平差可以得到滿意的結(jié)果；當(dāng)沒有穩(wěn)定點時，采用自由網(wǎng)平差可以得到滿意的結(jié)果;關(guān)鍵是根據(jù)實際的變形監(jiān)測網(wǎng)的基準點狀況選擇合適的平差方法。所以基準點穩(wěn)定性分析是變形監(jiān)測平差分析的基礎(chǔ)。7、 數(shù)據(jù)計算橋墩一個點的觀測沉降數(shù)據(jù)：2.794.345.176.977.638.49.139.7410.0910.4610.7410.9311.5711.61. 奇異值檢驗用matlab將觀測數(shù)據(jù)導(dǎo)入向量y

13、y中dd = zeros(1，12)for i = 1:12 dd(i) = yy(i+1)*2 - (yy(i)+yy(i+2);endmean_dd = mean(dd)sum_tm = 0;for i = 1:12 sum_tm = (dd(i) - mean_dd)2+ sum_tm;endsigma = sum_tm / 11for i = 1:12 if dd(i)>sigma*3 disp( '超限數(shù)據(jù)為') disp(yy(i+1) endEnd得到結(jié)果超限數(shù)據(jù)為 6.9700得到第4次觀測值可能為粗差，需要結(jié)合其它因素進行判斷2. 使用拉格朗日插值（1）

14、 定義拉格朗日函數(shù)function y=lagrange(x0，y0，x)n=length(x0);m=length(x);for i=1:m z=x(i); s=0.0; for k=1:n p=1.0; for j=1:n if j=k p=p*(z-x0(j)/(x0(k)-x0(j); end end s=p*y0(k)+s; end y(i)=s;end（2） 使用拉格朗日函數(shù)插值%yy(4) = 去除之前的粗差數(shù)據(jù)xx = 1:14xx(4) = plotX = 1.2:0.2:14plotY = lagrange(xx，yy，plotX)plot(plotX，plotY)8、 總結(jié)各種變形觀測都是通過對變形特征點進行定期的觀測，然后對這些數(shù)據(jù)進行整理、分析、處理，找出變形體的變形規(guī)律、變形解釋，最后根據(jù)其規(guī)律預(yù)測以后的發(fā)展趨勢，以便最大限度的減少經(jīng)濟損失。變形監(jiān)測的核心是觀測數(shù)據(jù)的后處理。為了監(jiān)測橋梁變形，需要對橋梁變形網(wǎng)進行多次高精度的重復(fù)觀測，并對各期觀測進行平差計算，求得各點在不同期的變化量。水平變化或高程變