第八章桥梁变形监测

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• 定义:用拱作为桥身主要承重结构的桥。 • 受力特点:在竖向荷载作用下,桥墩或桥
台将承受水平推力,同时这种推力将显著 抵消和在所引起的在拱圈内的弯矩作用。 承重结构以受压为主。
• 建造材料:通常用抗压能力强的圬工材料 和钢筋混凝土等来建造。
重庆万县长江大桥
赵 州 桥
三、刚架桥
• 定义:一种梁与墩台刚性连接成整体的结 构。在竖向荷载作用下,柱脚处有水平反 力和支撑弯矩。
六、组合桥
• 主要承重构件采用两种独立结构体系组合而 成的桥梁。如拱和梁的组合、梁和桁架的组 合、悬索和梁的组合等。
• 常用的结构形式有:
①拱、梁组合体系桥 。 较简单的拱梁组合体系: 单跨无推力结构。
如系杆拱(即刚性拱和柔性拉杆的组合)、刚梁柔拱(又称 郎格尔梁,为奥地利郎格尔所创始)、刚梁刚拱(又称洛泽 梁,为德国H.洛泽所创始);
– (2) 主梁横向水平位移观测(桥轴线偏位观测); – (3)主梁纵向位移观测,通过测量主桥主梁梁端与相
邻引桥端上固定点之间的距离变化来测定主梁纵向 位移变化规律; – (4) 对于斜拉桥和悬索桥,其塔柱在外力、日照、 风力等因素的作用下会产生摆动。观测塔柱在水平 方向的扭转变化及在竖直平面的挠曲变化和收缩徐 变
二、桥梁变形的限制
• ( 一)主梁挠度变形限值
– 对于桥梁的竖向挠度,《规范》规定:由汽车 荷载(不计冲击力)所引起的竖向挠度不应超 过表下表所列允许值。当车辆荷载在一个桥跨 范围内移动,因而产生正负两个方向的挠度时, 计算挠度应为正负挠度的最大绝对值之和。
二、桥梁变形的限制
• (二)墩台沉降变形限值
• 当桥跨落桥就位并固定后,可以认为点B为不动点,而支 座上摆的中心点A由于温度变化等原因会随桥端一起产生 纵向水平位移。对千使用中的桥跨,设计要求在8°C活动 支座处于正中位控,即A,B处于同一垂线上,这时规定上 摆与下摆的相对移动距离计 = 0,而随着温度变化,如应满
足下式确定的关系 计 1.1( 8 t 8)
– 一般说来,材料的温度变化将会引起构件的变 形,当构件的变形受到限制时,构件内部会产 生同应力。
– 通过对桥梁温度场状况的监测,可以为桥梁设 计中关于温度影响的计算提供原始数据。不同 温度状态下桥梁工作状态的变化监测,包括桥 梁变形和应力分布等的定队分析,对于桥梁设 计理论的验证和改进均具有积极意义。
第八章桥梁变形监测
• 桥梁按受力情况分类: • 梁式桥——主梁受弯 • 拱桥——主拱受压 • 刚架桥 ——构件受弯压 • 缆索承重桥(吊桥、斜拉桥)——缆索受拉 • 组合体系桥
一、梁式桥
定义:用梁或桁架梁作主要承重结构的桥梁。 受力特点:在竖向荷载作用下,无水平反力,弯
距较大 建造材料:通常用抗弯能力强的材料来建造,比
一、大型桥梁健康诊断测量的方法
• (一)静态监测方法 • (二)动态监测方法 • (三)桥梁工作环境监测
一、大型桥梁健康诊断测量的方法
• (一)静态监测方法
– 静态监测一般以常规地面测量方法、特殊测量 手段、摄影测扯方法、测量机器人(TCA)及全球 定位系统(GPS)测量技术等。
一、大型桥梁健康诊断测量的方法
– 一方面,随着设计水平和施工技术的发展,各种桥 梁的施工正朝着超大化的方向发展,施工过程中的 变形监测就成为必然。
– 另一方面,桥梁的运营维护也是国家基础建设的重 要部分。多年来,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。虽然合理保守的 设计是结构安全的根本保证,但是限于当前对大型 复杂结构的认识程度,台风、地震、车载和温度变 化,以及许多不定时或不可确定的因素诸如超期服 役、飓风、腐蚀、疲劳、甚至突发性地震,车、船 的冲击、碰撞和爆炸等危害性事件,人们并不都能 有效地控制或预测。
二桥梁上部结构(主梁)监测
某斜拉桥在不同重址交通荷载和不同分布位眢荷载下,大桥主梁竖向挠 度变形悄况。可以看出,相对南北两个主桥塔,主梁中有最大挠曲变化。
三、环境参数变化监测
– 桥梁结构在太阳照射下,混凝土阴阳面最大温 差可在20 °C以上,日夜最大温差可达25 °C 以上。当环境温度和日照方向发生变化时`桥 梁结构的温度也会随之变化。
第八章桥梁变形监测
• 8.1 概述 • 8.2桥梁静态变形监测 • 8.3 桥梁运营期间健康诊断监测 • 8.4 GPS技术在大跨度斜拉桥动态变形监测
8.1 概述
• 一、桥梁变形监测意义 • 二、桥梁变形的限制 • 三、桥梁变形的分类
一、桥梁变形监测意义
– 桥梁的类型比较多
– 桥梁变形监测是对桥梁整体性能的监测,是用 工程测量原理、技术和方法以及特种精密工程 测量技术,对大桥主梁各控制断面及索塔轴线 的位移变形进行定期或实时监测,并绘编相应 的位移变形影响线和影响面,以监测各控制部 位位移变形状态。
一、桥梁下部结构监测
• 桥梁下部结构包括桥墩、桥台、桥塔和桩基础,这都 是桥梁结构的重要组成部分。
• 桥梁主桥(塔)墩基础的沉降监测还包括塔、墩台、 地面处和其他各截面的水平位移和转角。对于斜拉桥 和悬索桥应观测主塔塔顶变位(顺桥向和横桥向), 测定塔柱的变位幅度大小和变位规律。
• 地面是判断桥梁基础承载能力的重要因素,监测应尽 量观测桩基础周围的地面变形和开裂情况。从施工开 始即对其实施沉降监测是很有必要的。通过沉降监测 来监视桥墩基础在施工期加载过程及建成运行中的均 匀或不均匀沉降状态,结合其他资料对桥墩基础变形 情况及沉降态势进行分析和预测,为大桥施工与运行 决策提供科学的依据,同时墩台沉降变形限值应不超 过上节所列的要求。
– 通过观测数据,对桥梁变形的显著性进行分析, 从而为总体评估大桥的承载能力、营运状态和 耐久能力,以及特殊气候、交通条件下或桥梁 运营情况严重异常时发出预警信号,为桥梁的 维修、养护与管理决策提供依据和指导。
一、桥梁变形监测意义
– 大跨度和超大跨度桥梁相继建成,使桥梁的最大跨 径记录都在不断被刷新
如钢、木、钢筋混凝土,预应力钢筋混凝土等。 优点:外形简单,制作、安装、维修方便,能就
地取材,工业化施工、耐久性好、适应性强、 整体性好且美观。较好地利用杆件材料强度, 在设计理论及施工技术方面发展的较成熟。 缺点:自重大,且跨径越大自重所占的比值显著 增大,限制了其跨越能力。
开封黄河大桥
二、拱式桥
• (三)观测数据分析
– 根据观测成果按时间序列绘制了1号桥墩基础的 垂直位移过程线
二桥梁上部结构(主梁)监测
• 主梁(或者拱桥的主拱助)是直接承受交 通荷载的主要承重构件。
二桥梁上部结构(主梁)监测
• 桥梁上部结构测批监测的主要内容如下。
– (1)主梁竖向挠度变形监测及监测点截面偏载情况下 扭转角的测量;
一、桥梁变形监测意义
– 为了确保诸如大跨度桥梁这种重要的大型结构 设计的使用安全性和耐久性达到预期标准,建 立“桥梁健康监系统” 很有必要。它对于了解 桥梁结构内力的变化、分析变形原因无疑有着 十分重要的作用。而“桥梁健康监测系统“ 包 括了桥梁几何量变化测量的内容。因此,在建 立“桥梁健康监测系统” 的同时,研究采用工 程测量原理、技术和方法以及特种精密工程测 量技术,进行桥梁几何值变化的监视测量,对 大跨度桥梁的健康监测系统是十分必要的。
• 式中,t为观测时的桥面温度。 而 1 与 2 的变化即是桥垮支座
滚动偏移量 测 1 - 2
• 影响桥梁变形的环境参数还包括 风速、风向等,均为动态监测的范 畴。
8.3 桥梁运营期间健康诊断监测
• 桥梁诊断测量监测内容很多,从大的方面 分类有动态监测和静态监测两种。
– 一、大型桥梁健康诊断测量的方法 – 二、桥面上部观测点的布设 – 三、下部梁结构变形监测
较复杂的拱梁组合体系:多跨布置无推力或有推力结构体系 。 如台湾关渡桥 ,为5孔连续中承式拱梁组合体系公路桥,主跨
165米,1983 年建成。

瑞士萨尔基那山谷桥
Ruck-A-Chucky Bridge
Tower Bridge(伦敦塔桥)
MillauViaduct(米洛大桥)
Ironbridge
一、大型桥梁健康诊断测量的方法
• (三)桥梁工作环境监测
– 桥址处风速和风向监测主要由安装在桥身和桥 塔顶上的风速仪完成。
– 桥址处环境温度和桥梁结构温度分布状况监测 由安装在梁、塔及特制测温索内的温度仪完成。
– 日交通流址的统计由设在收费车道的传感器、 摄像机及电脑系统自动进行。以推算实时的大 桥交通荷载。
• 受力特点为外荷载从梁传递到锁,再到索塔。 桥承 受的主要荷载是其自重,主要是主梁。
• 建造材料:预应力钢索、混凝土、钢材。
• 箱式、板式。钢梁以正交异性极钢箱为主, 也有边箱中板式。塔型有H型、倒Y型、A型、 钻石型等。斜拉桥的钢索一般采用自锚体系。
苏通大桥
五、悬索桥
• 定义:以通过索塔悬挂并锚固于两岸(或桥两端) 的缆索(或钢链)作为上部结构主要承重构件的桥 梁。
• (二)动态监测方法
– 用来对桥梁结构位移进行动态监测的装置主要 有压力监测的液体填充系统、卫星定位系统 (GPS)、光谱干涉系统、光载波通信系统和测 量机器人等。
– 在20世纪90年代初,英国采用可视监测系统对 Humber桥的静、动力位移进行监测;近年又采 用GPS对该桥在重型荷载作用下的变形进行了 测试,并将测试结果与有限元计算结果进行了 对比,确认GPS的测量精度很高,不仅可用于 大跨度悬索桥的位移测试,即使用于刚度较大 的桥梁结构,也能获得比较满意的精度。
三Hale Waihona Puke Baidu桥梁变形的分类
– 一类变形反映结构的整体工作状况,如挠度、 转角、支座位移等、称为整体变形。桥梁逐渐老化,
表现最为明显的是:
– 另一类变形能反映结构的局部工作状况,如纤 维变形、裂缝、钢筋的滑动等,这称为局部变 形。最能表现老化(或缺陷)的特征是
§8-2 桥梁静态变形监测
• 一、桥梁下部结构监测 • 二、桥梁上部结构(主梁)监测 • 三、环境参数变化监测
二、桥面上部观测点的布设
• 观测点的布设可按桥型的不同区别对待
• ( 一)拱桥
– 监测点应布设在拱脚、L/4(L表示每跨桥的长 度)、跨中和3L/4处拱肋或拱圈截面以及墩台 顶处,以求得以上各截面处的变形与挠度,必 要时还可增加L/8、3L/8、5L/8 和7L/8 截面的挠 度观测点。
– 对于中承式或上承式拱桥,还应布设对于吊杆 变形的监测点。
三、环境参数变化监测
– 在受温度变化引起的支座纵向伸缩位移中。, 在每跨桥一个端头设笠活动支座,以保证桥跨 在纵向水平方向上能够自由伸缩,从而消除附 加应力。
• 当桥跨落桥就位并固定后,可以认为点B为 不动点,而支座上摆的中心点A由于温度变 化等原因会随桥端一起产生纵向水平位移,
三、环境参数变化监测
一、桥梁下部结构监测
• ( 一)监测点布设
– 监测点的布设原则是要布设在最能反映结构受 力的特征点、线或面上。
一、桥梁下部结构监测
• (二)观测方法及周期
– 采用级精密水准仪并按国家一等水准测蜇的要 求进行观测,观测周期为3天,遇到特殊条件包 括汛期、地震及沉降变化异常时增加观测周期。
一、桥梁下部结构监测
• 特点:主要承受拉力。以承受拉力的缆索或链索 作为主要承重构件,由悬索、索塔、锚碇、吊杆、 桥面系等部分组成。
• 建造材料:悬索桥的主要承重构件是悬索,它主 要承受拉力,一般用抗拉强度高的钢材(钢丝、 钢缆等)制作。
日 本 明 石 海 峡 大 桥
美 国 旧 金 山 金 门 大 桥
中国润扬长江公路大桥
Bridge to Nowhere 大西洋之路
Gates head Millennium Bridge 盖茨亥德千禧桥(眨眼桥)
Kintaikyo Bridge 锦带桥
Erasmus荷兰鹿特丹天鹅桥
风雨桥
Harbour Bridge。悉尼海湾大桥
Brooklyn Bridge。 布鲁克林大桥
• 特点:刚架结构,梁与墩柱连接处刚度较 大。受力介于梁桥与拱桥之间,跨中正弯 距小,降低建筑高度
安康汉江铁路桥
四、斜拉桥
• 定义:将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥 梁,由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来 的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨 弹性支承连续梁。由索塔、主梁、斜拉索组成
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