变形测量第五章桥梁

3.2 大型桥梁安全监测的特点
大型桥梁安全性监测有其独有特点。如： （1）要求能对多个待测点进行同步，实时监测。 （2）为进行模态测试，对每个测点采样至少为感兴趣频率的5倍。 （3）现场测试。工程结构自动损伤识别只能在真实结构上测试， 测试工作在大气条件下进行，设备必须能承受恶劣的气候条件，能在 雨、雾天作全天候工作，系统必须能抵抗现场的各种干扰。 （4）测量位移精度高(要求达到1～2cm)，测量量程范围大(±1m)。 而这些要求用经典的测量方法往往难以实现。
岳阳洞庭湖大桥斜拉桥索塔变形观测示意
3个索塔的位置如图2所示，根据图示的地形条件，控制点 只能选在湖岸线与公路之间的宽度为30～40 m的开阔地带，且以 前方交会作为变形观测网最为合适。现初步考虑布设成三点前方 交会，一点设在桥轴线附近的稳定地区，另两点可应力作用下绕 索塔各个轴线产生的扭转变形。如果这种变形与理论计算结果相 符,则可认为索塔是安全的，否则应查明原因并采取适当措施。
为此目的，采用两台索佳200型全站仪进行观测，该仪器测 距标称精度为2 mm+2×10-6，测角中误差为±1″。为了对仪器用 于变形观测的可行性进行研究，首先根据三座索塔的实际位置和 现场地形条件研究最佳的布网方案和观测方案，再根据该方案算 出变形观测的精度。
（1）对需全过程跟踪监测的结构几何形态参数，通过控制基点进行坐标 监测。
（2）对需定期监测的结构几何形态参数，即对那些无需全过程监测点位 进行的定期复核，以掌握如桥墩（塔）、拱座、锚碇等是否有超出设计范围 的异常变形，也就是结构安全性监测，则通常采用精密水准仪、精密倾角仪 等进行观测。
3.3 大型桥梁安全监测的方法
施工控制包括：（1）几何变形控制；（2）应力控制；（3）稳定控制；（4）安全控制。其中， 几何变形控制对施工控制、预报非常关键，它是将桥梁结构在施工中的实际状态与预期状态之间的 偏差控制在容许范围内，以保证成桥线性状态符合设计要求。桥梁结构尺寸的控制是施工控制的基 本要求，通过施工监测，施工中对桥梁结构的最终误差应按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ04189）的规定。几何变形控制主要目的是获取（识别）已形成结构的实际几何形态，其内容包括高程、 跨度、结构或缆索的线形、结构变形或位移等。几何形态参数监测结果将直接反馈给施工控制系统， 所以，不但要求其结果准确，同时还要求数据整理及时。
目前，大型结构物振动测试方法有：大地测量法，加速度计测试 法和位移传感器测试法。加速度计测量法是一种经典的振动测试方法， 但测量前仪器必须清零，长时间连续观测时出现零点漂移，另外需要 导线将加速度计同数据记录中心连接从而增加测量噪声，为得到桥梁 的位移须是将加速度计测量值经过两次积分，误差大；位移传感器测 试方法是一种接触式测试法，测试设备一端应安装在被测物体外固定 点上，常用于结构物模型测量，用这种方法测试大型建筑物比较困难。
3.1 大型桥梁施工监测技术
大型桥梁施工监控中，几何形态参数监测结果将直接反馈给施工控制系 统，目前用于桥梁结构几何形态监测的主要仪器包括测距仪、水准仪、经纬 仪、全站仪等。通常采用测距精度和测角精度不低于规定值的全站仪，结合 固定高度的照准目标作为需要全过程跟踪监测的三维几何形态参数监测手段； 采用精密水准仪和铟钢水准尺联测、活动砧标视准线法观测和精密电子倾角 仪测量等作为一般高程、变形(位)等的监测手段。
桥梁工程变形测量
1 大型桥梁结构的施工监测和控制内容
桥梁施工控制的任务是确保施工过程中桥梁结构内力和变形始终处于容许的安全范围内，确保 桥梁状态（包括成桥线型和成桥结构内力）符合设计要求。由于桥梁施工过程中所表现出来的理论 与实际的偏差具有累积性，如不加以有效的控制和调整，将给桥梁施工安全、外形、可靠性、行车 条件和经济性等方面带来不同程度的影响，对桥梁采取及时有效的监测和控制，对保证桥梁建设工 程质量和使用性能具有深远意义。因此，施工控制是建立以施工为中心，拥有实用测试技术和现场 计算分析技术的施工监测和控制技术系统，实时监测各施工阶段的主要控制参数，并通过计算分析 及时预测得出各施工阶段的主要控制参数，指导和控制施工，确保桥梁线形，控制施工内力及变形， 保证桥梁正常使用的安全性。
2 桥梁结构长期监测与健康诊断技术内容
桥梁健康诊断技术的内容包括：桥梁荷载实时在线监控、几何变位监测、结构反应监测以及桥 梁结构状态数据库。桥梁结构健康监测系统主要包括：高性能传感元件与信号采集装备，多参量、 多传感元件监测数据处理与数据动态管理方法，结构实时损伤识别、定位与模型修正，结构实时健 康诊断与安全预警系统等。装备完善的桥梁健康监测系统等于给桥梁配上一个“全天候”的医生， 以有效保障桥梁的建设、运行。例如，虎门大桥对桥梁健康状况进行监测，监测系统由应变仪、加 速度传感器、温度传感器、位移传感器（电容式加速度传感器）、GPS系统等几部分构成，在施工 监控和成桥试验测试系统的基础上对该桥进行一段通车后的短期运营监测，对保证虎门大桥的建设 质量和运行产生了积极的影响。
大地测量法包括全站仪测量法和GPS测量法，随着测绘科学技术 的发展对桥梁安全具有一定的适用性。
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桥梁工程变形测量
变形观测系统的布置
变形观测方法与成果整理
工程实例
图a 塔顶布置监测点，图b 基础布置监测点
岳阳洞庭湖大桥斜拉桥索塔变形观测
岳阳洞庭湖大桥主桥为(130+2×310+130)ｍ的三 塔双索面ＰＣ斜拉桥(见图1)。该桥在设计时为了满足 美观的要求，未采用空间刚性塔、塔顶对拉索或边跨 辅助墩等措施来提高整体结构的刚度。为了检验设计 计算的正确性，全面探索三塔斜拉桥的整体性能，长 沙交通学院设计了一座桥梁模型,对成桥状态下的位移、 内力、应力等各种工况的最不利情况进行了加载试验 以及最大悬臂状态下的稳定性试验。
20世纪桥梁工程领域的成就不仅体现在预应力技术的发展和大跨度索支承桥梁的建造以及对超 大跨度桥梁的探索，而且反映了人们对桥梁结构实施智能控制和智能监测的设想与努力。近20年来 桥梁抗风、抗震领域的研究成果以及新材料新工艺的开发推动了大跨度桥梁的发展；同时，随着人 们对大型重要桥梁安全性、耐久性与正常使用功能的日渐关注，桥梁健康监测的研究与监测系统的 开发应运而生。