變形測(cè)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(jì)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(duì)橋梁采取及時(shí)有效的監(jiān)測(cè)和控制，對(duì)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(cè)試技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算分析技術(shù)的施工監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各施工階段的主要控制參數(shù)，并通過計(jì)算分析及時(shí)預(yù)測(cè)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，控制施工內(nèi)力及變形，

2、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(duì)施工控制、預(yù)報(bào)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(jì)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(cè)，施工中對(duì)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取（識(shí)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(cè)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)果準(zhǔn)確，同時(shí)還要求數(shù)據(jù)整理及時(shí)

3、。大型橋梁安全性監(jiān)測(cè)有其獨(dú)有特點(diǎn)。如：（1）要求能對(duì)多個(gè)待測(cè)點(diǎn)進(jìn)行同步，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。（2）為進(jìn)行模態(tài)測(cè)試，對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)采樣至少為感興趣頻率的5倍。（3）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。工程結(jié)構(gòu)自動(dòng)損傷識(shí)別只能在真實(shí)結(jié)構(gòu)上測(cè)試，測(cè)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(chǎng)的各種干擾。（4）測(cè)量位移精度高(要求達(dá)到12cm)，測(cè)量量程范圍大(1m)。而這些要求用經(jīng)典的測(cè)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(shí)在線監(jiān)控、幾何變位監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)反應(yīng)監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)主要包括：高性能傳感元件與信號(hào)采集裝備，多參量、多傳感元件監(jiān)測(cè)

4、數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管理方法，結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)損傷識(shí)別、定位與模型修正，結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)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(cè)系統(tǒng)等于給橋梁配上一個(gè)“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(cè)，監(jiān)測(cè)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(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)該橋進(jìn)行一段通車后的短期運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)，對(duì)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(duì)超大跨度橋梁的探索，而且反映了人們對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)施智能控制和智能監(jiān)測(cè)的設(shè)想

5、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(dòng)了大跨度橋梁的發(fā)展；同時(shí)，隨著人們對(duì)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(cè)的研究與監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)的主要儀器包括測(cè)距儀、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀等。通常采用測(cè)距精度和測(cè)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(cè)的三維幾何形態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)手段；采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼水準(zhǔn)尺聯(lián)測(cè)、活動(dòng)砧標(biāo)視準(zhǔn)線法觀測(cè)和精密電子傾角儀測(cè)量等作為一般高程、變形(位)等的監(jiān)測(cè)手段。（1）對(duì)需全過程跟蹤監(jiān)

6、測(cè)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(cè)。（2）對(duì)需定期監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)幾何形態(tài)參數(shù)，即對(duì)那些無需全過程監(jiān)測(cè)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(jì)范圍的異常變形，也就是結(jié)構(gòu)安全性監(jiān)測(cè)，則通常采用精密水準(zhǔn)儀、精密傾角儀等進(jìn)行觀測(cè)。目前，大型結(jié)構(gòu)物振動(dòng)測(cè)試方法有：大地測(cè)量法，加速度計(jì)測(cè)試法和位移傳感器測(cè)試法。加速度計(jì)測(cè)量法是一種經(jīng)典的振動(dòng)測(cè)試方法，但測(cè)量前儀器必須清零，長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)時(shí)出現(xiàn)零點(diǎn)漂移，另外需要導(dǎo)線將加速度計(jì)同數(shù)據(jù)記錄中心連接從而增加測(cè)量噪聲，為得到橋梁的位移須是將加速度計(jì)測(cè)量值經(jīng)過兩次積分，誤差大；位移傳感器測(cè)試方法是一種接觸式測(cè)試法，測(cè)試設(shè)備一端應(yīng)安裝在

7、被測(cè)物體外固定點(diǎn)上，常用于結(jié)構(gòu)物模型測(cè)量，用這種方法測(cè)試大型建筑物比較困難。大地測(cè)量法包括全站儀測(cè)量法和GPS測(cè)量法，隨著測(cè)繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)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(jì)時(shí)為了滿足美觀的要求，未采用空間剛性塔、塔頂對(duì)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(jì)計(jì)算的正確性，全面探索三塔斜拉橋的整體性能，長(zhǎng)沙交通學(xué)院設(shè)計(jì)了一座橋梁模型,對(duì)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(gè)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(huì)作為變形觀測(cè)網(wǎng)最為合適。現(xiàn)初步考慮布設(shè)成三點(diǎn)前方交會(huì)，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(gè)軸線產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形。如果這種變形與理論計(jì)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，