高速鐵路橋梁工程變形監(jiān)測(cè)

變形監(jiān)測(cè)與變形分析高速鐵路橋梁工程變形監(jiān)測(cè)

主要內(nèi)容概述橋梁基礎(chǔ)垂直位移監(jiān)測(cè)橋梁撓度觀測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的健康診斷

高速鐵路橋梁工程變形監(jiān)測(cè)§1概述

變形監(jiān)測(cè)與變形分析高速鐵路橋梁工程變形監(jiān)測(cè)

目的與意義

橋梁變形觀測(cè)是橋梁運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)的重要內(nèi)容，對(duì)橋梁的健康診斷和安全運(yùn)營(yíng)有著重要的意義。成橋后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)識(shí)別和確認(rèn)，橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的損傷檢測(cè)、預(yù)警及適時(shí)維修制度的建立，有助于從根本上消除隱患及避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。運(yùn)營(yíng)中的橋梁結(jié)構(gòu)及其環(huán)境所獲得的信息不僅是理論研究和實(shí)驗(yàn)室調(diào)查的補(bǔ)充，而且可以提供有關(guān)結(jié)構(gòu)行為與環(huán)境規(guī)律的最真實(shí)的信息。橋梁安全監(jiān)測(cè)帶來(lái)的將不僅是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和對(duì)某特定橋梁設(shè)計(jì)的反思，它還可能并應(yīng)該成為橋梁研究的“現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室”。第1節(jié)概述橋梁的變形

橋梁變形按其類型可分為靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形;靜態(tài)變形是指變形觀測(cè)的結(jié)果只表示在某一期間內(nèi)的變形值，它是時(shí)間的函數(shù)。動(dòng)態(tài)變形是指在外力影響下而產(chǎn)生的變形，它是表示橋梁在某個(gè)時(shí)刻的瞬時(shí)變形，是以外力為函數(shù)來(lái)表示的對(duì)于時(shí)間的變化。橋梁墩臺(tái)的變形一般來(lái)說(shuō)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。第1節(jié)概述橋梁墩臺(tái)變形觀測(cè)橋梁墩臺(tái)的變形觀測(cè)主要包括兩方面：墩臺(tái)的垂直位移觀測(cè)。主要包括墩臺(tái)特征位置的垂直位移和沿橋軸線方向（或垂直于橋軸線方向）的傾斜觀測(cè)。墩臺(tái)的水平位移觀測(cè)。其中各墩臺(tái)在上、下游的水平位移觀測(cè)稱為橫向位移觀測(cè)；各墩臺(tái)沿橋軸線方向的水平位移觀測(cè)稱為縱向位移觀測(cè)。兩者中，以橫向位移觀測(cè)更為重要。塔柱變形觀測(cè)（1）塔柱頂部水平位移監(jiān)測(cè)；（2）塔柱整體傾斜觀測(cè)；（3）塔柱周日變形觀測(cè)；（4）塔柱體撓度觀測(cè)；（5）塔柱體伸縮量觀測(cè)。橋面撓度觀測(cè)橋面撓度是指橋面沿軸線的垂直位移情況。橋面在外界荷載的作用下將發(fā)生變形，使橋梁的實(shí)際線形與設(shè)計(jì)線形產(chǎn)生差異，從而影響橋梁的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。過(guò)大的橋面線形變化不但影響行車的安全，而且對(duì)橋梁的使用壽命有直接的影響。橋面水平位移觀測(cè)橋面水平位移主要是指垂直于橋軸線方向的水平位移。橋梁水平位移主要由基礎(chǔ)的位移、傾斜以及外界荷載（風(fēng)、日照、車輛等）等引起，對(duì)于大跨徑的斜拉橋和懸索橋，風(fēng)荷載可使橋面產(chǎn)生大幅度的擺動(dòng)，這對(duì)橋梁的安全運(yùn)營(yíng)十分不利。第1節(jié)概述垂直位移監(jiān)測(cè)方法

精密水準(zhǔn)測(cè)量三角高程測(cè)量液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量壓力測(cè)量法GPS測(cè)量第1節(jié)概述水平位移監(jiān)測(cè)方法三角測(cè)量法交會(huì)法導(dǎo)線測(cè)量法基準(zhǔn)線法測(cè)小角法GPS觀測(cè)專用方法第1節(jié)概述撓度觀測(cè)方法懸錘法精密水準(zhǔn)法全站儀觀測(cè)法GPS觀測(cè)法靜力水準(zhǔn)觀測(cè)法測(cè)斜儀觀測(cè)法攝影測(cè)量法專用撓度儀觀測(cè)法法第1節(jié)概述§2橋梁基礎(chǔ)垂直位移移監(jiān)測(cè)變形監(jiān)測(cè)與變形分分析高速鐵路橋梁工程程變形監(jiān)測(cè)概述橋梁垂直位移觀測(cè)測(cè)主要研究橋梁墩墩臺(tái)空間位置在垂垂直方向上的變化化。觀測(cè)建筑物垂直位位移的方法有多種種，如：精密水準(zhǔn)準(zhǔn)測(cè)量、連通管測(cè)測(cè)量、GPS測(cè)量等;各種方法都有其自自身的特點(diǎn)，在實(shí)實(shí)際工程中，應(yīng)根根據(jù)工程特點(diǎn)和要要求靈活應(yīng)用。第2節(jié)橋梁基礎(chǔ)垂直直位移監(jiān)測(cè)基點(diǎn)網(wǎng)的布設(shè)為了觀測(cè)墩臺(tái)的垂垂直位移，需建立立變形監(jiān)測(cè)基點(diǎn)網(wǎng)網(wǎng)，基點(diǎn)網(wǎng)由基準(zhǔn)準(zhǔn)點(diǎn)和工作基點(diǎn)組組成?；鶞?zhǔn)點(diǎn)應(yīng)盡量選在在橋梁承壓區(qū)之外外，但又不宜離橋橋梁墩臺(tái)太遠(yuǎn)。基基準(zhǔn)點(diǎn)需成組埋設(shè)設(shè)，以便相互檢核核。工作基點(diǎn)一般選在在橋臺(tái)或其附近，，以便于觀測(cè)布設(shè)設(shè)在橋梁墩臺(tái)上的的觀測(cè)點(diǎn)，測(cè)定各各橋墩相對(duì)于橋臺(tái)臺(tái)的變形。而工作作基點(diǎn)的垂直變形形可由基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定定，以求得觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)相對(duì)于穩(wěn)定點(diǎn)的的絕對(duì)變形。第2節(jié)橋梁基礎(chǔ)垂直直位移監(jiān)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)的布設(shè)在布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，，應(yīng)遵循既要均勻勻又要有重點(diǎn)的原原則。均勻布設(shè)是是指在每個(gè)墩臺(tái)上上都要布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)，以便全面判斷斷橋梁的穩(wěn)定性；；重點(diǎn)布設(shè)是指對(duì)對(duì)那些受力不均勻勻、地基基礎(chǔ)不良良或結(jié)構(gòu)的重要部部分，應(yīng)加密觀測(cè)測(cè)點(diǎn)，主橋橋墩尤尤應(yīng)如此。主橋墩臺(tái)上的觀測(cè)測(cè)點(diǎn)，應(yīng)在墩臺(tái)頂頂面的上下游兩端端的適宜位置處各各埋設(shè)一點(diǎn)，以便便研究墩臺(tái)的沉降降和不均勻沉陷（（即傾斜變形）。。第2節(jié)橋梁基礎(chǔ)垂直直位移監(jiān)測(cè)垂直位移觀測(cè)所謂垂直位移觀測(cè)測(cè)，就是定期地測(cè)測(cè)量布設(shè)在橋墩臺(tái)臺(tái)上的觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的高差差，以求得觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)的高程，并將不不同時(shí)期觀測(cè)點(diǎn)的的高程加以比較，，得出墩臺(tái)的垂直直位移值。監(jiān)測(cè)點(diǎn)的觀測(cè)一般般應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況況布設(shè)成附合路線線或閉合路線。觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)包括引引橋觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)和和水中橋墩觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)的觀測(cè)。由于引引橋觀測(cè)點(diǎn)是在岸岸上，其施測(cè)方法法與一般水準(zhǔn)測(cè)量量方法相同。第2節(jié)橋梁基礎(chǔ)垂直直位移監(jiān)測(cè)§3橋梁撓度觀測(cè)變形監(jiān)測(cè)與變形分分析高速鐵路橋梁工程程變形監(jiān)測(cè)索塔撓度觀測(cè)索塔的撓度是指索索塔在高程方向上上索塔各點(diǎn)的水平平位移分布情況，，它包括橋軸線方方向的水平位移和和垂直于橋軸線方方向的水平位移。。索塔產(chǎn)生撓度變形形的原因主要有三三個(gè)方面：（1）由于索塔兩側(cè)側(cè)的拉力不等，而而使索塔在順橋向向產(chǎn)生撓度變形；；（2）由于索塔受風(fēng)風(fēng)力、日照等外界界環(huán)境因素的影響響，而產(chǎn)生撓度變變形；（3）由于設(shè)計(jì)與施施工的不合理性，，而使索塔產(chǎn)生額額外的變形。第3節(jié)橋梁撓度觀測(cè)測(cè)索塔撓度觀測(cè)的目目的(1)在索塔建設(shè)過(guò)程中中，隨著索塔高度度的增加，撓度變變形的幅度也急劇劇增大。只有準(zhǔn)確確地掌握索塔擺動(dòng)動(dòng)和扭轉(zhuǎn)的規(guī)律，，才能有效地指導(dǎo)導(dǎo)施工和相應(yīng)的施施工測(cè)量工作。(2)在大橋鋼箱梁吊裝裝過(guò)程中，由于施施工原因，致使索索塔兩側(cè)受力不平平衡，從而使索塔塔在順橋向產(chǎn)生一一定的偏移。這種種偏移有時(shí)可達(dá)幾幾十厘米。為了將將這種變形限制在在一定范圍內(nèi)，不不致于使其危及索索塔安全，需對(duì)此此變形進(jìn)行觀測(cè)。。(3)為了延長(zhǎng)橋梁的使使用壽命，驗(yàn)證工工程設(shè)計(jì)與施工的的效果，并為科學(xué)學(xué)研究提供資料，，應(yīng)該對(duì)橋梁進(jìn)行行變形觀測(cè)。第3節(jié)橋梁撓度觀測(cè)測(cè)索塔撓度觀測(cè)常用用方法交會(huì)法（測(cè)角、測(cè)測(cè)邊、邊角交會(huì)））；全站儀極坐標(biāo)法；；天頂距測(cè)量法；傾斜儀法;垂線法。第3節(jié)橋梁撓度觀測(cè)測(cè)主梁撓度觀測(cè)主梁的撓度變形是是主梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)改改變最靈敏、最精精確的反映，因此此，對(duì)主梁進(jìn)行撓撓度監(jiān)測(cè)能夠更為為準(zhǔn)確地把握主梁梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)的的改變。部分的結(jié)構(gòu)損傷也也將導(dǎo)致主梁撓度度情況的異常，通通過(guò)對(duì)主梁撓度的的監(jiān)測(cè)也可識(shí)別出出這些損傷來(lái)。通過(guò)撓度監(jiān)測(cè)可以以達(dá)到以下目的：：①修正結(jié)構(gòu)內(nèi)力力反演的結(jié)果，確確保內(nèi)力狀態(tài)的識(shí)識(shí)別精度；②進(jìn)行行基于剛度變化的的損傷識(shí)別。主梁撓度觀測(cè)的主主要方法有：水準(zhǔn)準(zhǔn)測(cè)量法、全站儀儀測(cè)量法、專用撓撓度儀測(cè)量法、動(dòng)動(dòng)態(tài)GPS測(cè)量法、液體靜力力水準(zhǔn)測(cè)量法、連連通管測(cè)壓法等。。第3節(jié)橋梁撓度觀測(cè)測(cè)§4橋梁結(jié)構(gòu)的健康診診斷變形監(jiān)測(cè)與變形分分析高速鐵路橋梁工程程變形監(jiān)測(cè)健康診斷理論的發(fā)發(fā)展目前，橋梁健康診診斷理論的研究主主要集中于結(jié)構(gòu)整整體性評(píng)估和損傷傷識(shí)別。結(jié)構(gòu)狀態(tài)反演和損損傷識(shí)別是健康診診斷的核心。其目的是建立一個(gè)個(gè)與橋梁安全監(jiān)測(cè)測(cè)系統(tǒng)適配的結(jié)構(gòu)構(gòu)狀態(tài)識(shí)別系統(tǒng)，，能根據(jù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)據(jù)與信號(hào)，應(yīng)用結(jié)結(jié)構(gòu)識(shí)別理論和損損傷識(shí)別方法反演演出橋梁的工作狀狀態(tài)、或識(shí)別出可可能的結(jié)構(gòu)損傷及及其程度。第4節(jié)結(jié)構(gòu)的健康診診斷研究?jī)?nèi)容（1）建立橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)動(dòng)態(tài)檢測(cè)模態(tài)參參數(shù)識(shí)別方法；（2）建立基于橋梁梁結(jié)構(gòu)的各種神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和結(jié)構(gòu)構(gòu)分析的損傷分級(jí)級(jí)識(shí)別策略；（3）研究各種結(jié)構(gòu)構(gòu)損傷參數(shù)識(shí)別方方法，優(yōu)選及改造造合適的方法應(yīng)用用于橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)態(tài)監(jiān)測(cè)和損傷識(shí)別別；（4）通過(guò)實(shí)體模型型試驗(yàn)，對(duì)所選損損傷識(shí)別方法及軟軟件進(jìn)行實(shí)測(cè)對(duì)比比、驗(yàn)證、優(yōu)選；；（5）通過(guò)結(jié)構(gòu)損傷傷檢測(cè)分析方法研研究，建立結(jié)構(gòu)損損傷報(bào)警系統(tǒng)，以以便給橋梁管理部部門進(jìn)行人工探傷傷確認(rèn)及維護(hù)提供供方向性的指引。。第4節(jié)結(jié)構(gòu)的健康診診斷輔助決策系統(tǒng)的發(fā)發(fā)展橋梁輔助決策系統(tǒng)統(tǒng)可以使橋梁管理理維護(hù)由被動(dòng)和盲盲目走向主動(dòng)和目目標(biāo)明確；在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和評(píng)估估系統(tǒng)的幫助下，，可以清楚的了解解橋梁主要構(gòu)件的的狀態(tài)；在準(zhǔn)確的橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)模型及其結(jié)構(gòu)響響應(yīng)模擬分析的基基礎(chǔ)上，可以預(yù)測(cè)測(cè)結(jié)構(gòu)在各種可能能工況下的反應(yīng)、、極限荷載和失效效路徑；就可以有針對(duì)性的的對(duì)相關(guān)橋梁構(gòu)件件進(jìn)行預(yù)測(cè)性或保保護(hù)性的維護(hù)以防防患未然。第4節(jié)結(jié)構(gòu)的健康診診斷存在的主要問(wèn)題（（1）（1）系統(tǒng)在應(yīng)用程程序模式上過(guò)于固固定，采用模塊化化的設(shè)計(jì)思想，程程序的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)據(jù)流程是固定的，，各模塊之間的調(diào)調(diào)用順序也是一成成不變的，由于當(dāng)當(dāng)代先進(jìn)開(kāi)發(fā)技術(shù)術(shù)不斷涌現(xiàn)，對(duì)橋橋梁安全監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)的要求也不斷的的提高，如果采用用這種應(yīng)用模式，，不利于系統(tǒng)功能能的添加和更新。。系統(tǒng)缺乏良好的的開(kāi)放性和兼容性性。（2）監(jiān)測(cè)內(nèi)容不全全面，不足以反映映橋梁的整體特性性，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并沒(méi)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)或準(zhǔn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不足，無(wú)無(wú)法系統(tǒng)的分析和和處理數(shù)據(jù)為輔助助決策系統(tǒng)服務(wù)。。（3）橋梁監(jiān)測(cè)模型型理論尚不成熟，，用于監(jiān)控橋梁的的模型一般都借鑒鑒于大壩或其他方方面應(yīng)用比較成功功的模型，顯然不不能準(zhǔn)確的監(jiān)控橋橋梁的運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，，必須根據(jù)建模理理論和經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)結(jié)合工程實(shí)際來(lái)確確定真正適合其系系統(tǒng)本身的模型。。第4節(jié)結(jié)構(gòu)的健康診診斷（4）對(duì)橋梁缺損狀狀態(tài)的評(píng)價(jià)缺乏統(tǒng)統(tǒng)一有效的綜合性性指標(biāo)，難以反映映個(gè)別構(gòu)件的缺損損及嚴(yán)重程度對(duì)整整個(gè)橋梁的影響。。（5）結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的復(fù)復(fù)雜性，增加了系系統(tǒng)評(píng)估的難度。。橋梁是由多種材材料、不同結(jié)構(gòu)組組合的大型綜合系系統(tǒng)，系統(tǒng)中各個(gè)個(gè)成分應(yīng)力狀態(tài)易易損性不一，剛度度、動(dòng)力特性相差差很大，很難用單單一的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判得得到預(yù)期的效果。。（6）已開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考考慮到突發(fā)事件（（如撞橋）時(shí)如何何從監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲得得實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)中迅迅速評(píng)估結(jié)構(gòu)的重重大損傷情況和整整體工作狀態(tài)，從從而無(wú)法作出快速速合理的決策和響響應(yīng)。存在的主要問(wèn)題（（2）第4節(jié)結(jié)構(gòu)的健康診診斷系統(tǒng)主要功能（1）異常測(cè)值檢查查。利用異常值分分析準(zhǔn)則（時(shí)空評(píng)評(píng)判準(zhǔn)則、模型評(píng)評(píng)判準(zhǔn)則、監(jiān)控指指標(biāo)評(píng)判準(zhǔn)則等））對(duì)實(shí)測(cè)值進(jìn)行檢檢查。（2）結(jié)構(gòu)異常成因因分析。排除由觀觀測(cè)因素引起的異異常情況須進(jìn)行物物理成因分析，其其中包括外因分析析、內(nèi)因分析，該該分析過(guò)程需要調(diào)調(diào)用結(jié)構(gòu)分析的計(jì)計(jì)算結(jié)果。（3）綜合評(píng)判。經(jīng)經(jīng)上述分析還未得得到結(jié)論時(shí)則進(jìn)入入綜合評(píng)判處理，，根據(jù)能正確反映映橋梁安全運(yùn)行基基本要求的準(zhǔn)則，，利用正確的評(píng)判判方法得出可用的的評(píng)判結(jié)果。（4）結(jié)構(gòu)異常程度度以及技術(shù)報(bào)警級(jí)級(jí)別的確定。當(dāng)發(fā)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，，需確定異常程度度并調(diào)用輔助決策策系統(tǒng)做出相應(yīng)級(jí)級(jí)別的報(bào)警。第4節(jié)結(jié)構(gòu)的健康診診斷結(jié)構(gòu)安全的綜合評(píng)評(píng)判橋梁工作性態(tài)的狀狀況是通過(guò)埋設(shè)在在橋