大型桥梁产生变形的原因及监控方法[1]

大型桥梁产生变形的原因及监控方法

吕佳泽

(河北省交通规划设计院,石家庄 050011)

摘 要:通过分析大型桥梁产生变形的原因,研究了大型桥梁施工和使用期间的监控内容、方法和意义,为大型桥梁的安全施工和使用提供了可靠的理论基础。

关键词:大型桥梁;变形原因;监控方法

中图分类号:U445.7+1 文献标识码:B 文章编号:1673-6052(2010)04-0126-02

桥梁变形可分为静态和动态两种。前者是指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值;后者指在外力影响下产生的变形,它是以外力为函数来表示的动态系统,观测结果表示桥梁在某个时刻的瞬时变形。

在施工过程和使用期间,由于各种原因的存在,桥梁肯定会出现变形,如果这种变形超过规定的限度,就会影响正常运营,严重时还会危及桥梁的安全寿命。为此,查明桥梁变形的原因并对其进行变形监控是十分必要的。

1 桥梁产生变形的原因

1.1自然条件及其变化

桥墩台地基的水文地质、工程地质、土壤的物理性质、水位变化、大气温度、地震等都会导致桥墩台不均匀沉陷,使桥跨结构倾斜;土基的塑性变形也会引起均匀沉陷;台风、车载以及超期服役、腐蚀、疲劳、车、船的冲击、碰撞和爆炸等许多不定时或不可确定的危害性事件也是其中原因。

1.2桥梁自身的原因

墩台与梁的结构、型式;作用在桥梁上部结构的恒载与作用墩台的恒载;活载的作用(如车辆通过时的震动、风力等)。

1.3设计、人为施工等不合理

勘测、设计的不合理;没有按照相关标准和规定规范施工;运营、管理工作的不恰当等。

2 桥梁变形监控

2.1大型桥梁变形监控的内容和目的

2.1.1内业工作

内业工作主要是通过监控理论的分析与计算得出理论数据,以指导桥梁的施工;依据确定的施工工序和提供的基本参数对施工过程进行模拟计算,得到各施工状态、成桥状态下结构受力和变形等状态的控制数据,由此可以确定各桥梁结构施工阶段期望要实现的目标。

2.1.2外业工作

外业工作主要是现场观测,是一个 施工-观测-计算分析-修正-预告的过程。主要包括:

(1)几何指标的观测。对桥梁墩台的静态变形(各墩台的垂直位移观测和水平位移观测)和桥梁结构的挠度进行周期性重复观测,求得两个周期间的变化值和瞬时变化值。

(2)力学指标的观测。主要有:索力测定、截面钢筋应力或混凝土应变观测、对梁和塔的温度进行观测。根本要求是在确保结构安全施工的前提下,做到主梁的线形和内力在整个设计规定的误差允许范围内。

通过现场观测能够及时得到桥梁施工或使用中的反馈信息,从而可以进行参数的误差分析和识别,为下一个控制工况的开始做好充足的理论准备。2.2大型桥梁变形监控的方法

2.2.1大地测量法

垂直位移观测采用的是精密水准测量法和精密跨河水准测量法;在横向位移观测中,遇到直线桥梁则应按照基准线法观测(如测小角法和活砚牌法),如果是曲线桥梁,就应该利用导线测量方法;纵向位移观测通常采用的是最精密的光电测距仪(如桥跨距较短),用特制的因瓦线尺或者钢线尺来测定两相邻桥墩之间的跨距变化;桥跨结构的恒载和活载挠度观测主要采用四等水准测量。

此方法灵活性高,适用于各种结构形式的桥梁和不同的外界条件以及精度要求;把观测组成了网状,便于进行测量结果的处理和精度评定;可以提供

!

126

!北方交通 2010

桥墩台和桥跨结构的变形状态。但是,此方法外业工作量大,作业时间长,连续监测及测量过程的自动化问题也不容易解决。2.2.2

近景摄影测量法

近年来,摄影测量点位的测定精度显著提高,硬件上(高质量的摄影机和精密的量测仪器)的明显改进、软件的发展和计算机的广泛应用等也都促使人们倾向于利用严密的数学处理方法对系统误差进行模拟操作,并利用数理统计的方法评定观测值的准确性和剔除误差,从而保证成果的可靠性。

在桥梁变形观测的应用中,近景摄影测量法可以在不接触被摄物体的条件下,同时测定桥墩台上任意点的变形;并能提供瞬时和完全的三维空间信息,大大减少了野外测量的工作量。但是,对于跨越江河的大桥,选择适宜的摄影测站位置还是存在一定的难度。

2.2.3其他测量方法

在观测垂直位移的过程中,短基线倾斜仪可使用于墩台本身的倾斜,如可以用垂直摆锤式或者水准气泡式倾斜仪来测定两点之间的高差变化。

对于相邻墩台的高差变化,可使用采用静力水准原理制成、精度可达到10-6

的长基线倾斜仪对其进行测定。

在横向位移观测中,采用精度为10-5

~10-6

的激光准直(如激光经纬仪准直和波带板激光准直)来测量在大气条件下各桥墩上观测点与激光束的偏离值。

另外,改进的GPS 变形监测精度可达5mm 左右,测地机器人监测精度可达1~2mm,现在更有发展前途是低空气艇遥测系统,还有三维激光扫描仪等很多方法。

同大地测量方法相比,这些测量方法过程简单,

容易解决连续监测和自动化观测的间题,也可以提供局部的变形信息。但是,使用最广泛的还是大地测量法。2.3

大型桥梁变形监控的意义

对大型桥梁的施工进行监测,可以收集到准确的控制参数来分析施工中产生的误差,将理论计算和实测结果进行比较分析、误差调整,从而准确地预测出后续施工过程的结构形状,提出应采取的技术措施,对施工工艺和技术方案进行必要的调整。这样就能够使成桥后结构内力和线型处于有效的控制之中,确保施工质量和安全性;对使用期间的桥梁进行监控可以及时发现并治理不良状况,延长桥梁使用寿命。所以,对大跨度桥梁的变形进行监控,保证了施工质量和安全,也为桥梁的长期健康监测与使用中的维护管理提供宝贵的参数资料,意义深远。3 结

语

大型桥梁结构的安全状况一直是政府有关部门和公众特别关心的问题,所以,对桥梁采取及时有效的监测和控制对保证桥梁建设的工程质量和使用性能具有深远意义。希望本文的简要阐述能够为大型桥梁的监控提供一定的理论和方法,随着设计理论、计算方法以及结构构造的不断完善,相信我国大型桥梁的设计和施工会越来越科学化,更好地满足人们的生活需求,做到安全与快捷。

参考文献

[1]黄声享,尹晖,蒋征.变形监测数据处理[M ].武汉:武汉大学出版社,2002.

[2]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M ].北京:人民交通出版社,

2000.

[3]朱建军,贺跃光,曾卓乔.变形测量的理论与方法[M ].长沙:中南大学出版社,2004.

[4]江军,黄法大.上海徐浦大桥测量监控技术[J].测绘通报.1999,

(5).

Causes to D ef orm ati on ofH uge Bri dges and Correspondi ng M on itori ng M et hod

Abstr act Through the ana l y sis to defor m ation of huge bri d ges ,the contents ,m ethods and si g nificance o fm o n ito ri n g duri n g construction and usage of huge bridges are stud ied ,pr ov i d i n g re li a b le theoretica l basis for construc ti o n safety and usage of huge bri d ge .

Key wor ds H uge bridge ;C auses to defor m a ti o n ;M on ito ri n g m ethod

!

127!第4期 吕佳泽:大型桥梁产生变形的原因及监控方法