浅析桥梁工程中变形监测的实例应用_毕业设计论文.doc

《浅析桥梁工程中变形监测的实例应用_毕业设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅析桥梁工程中变形监测的实例应用_毕业设计论文.doc（27页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、东华理工大学长江学院东华理工大学长江学院 毕毕 业业 设设 计（论文）计（论文） 题题 目：目： 浅析桥梁工程中变形监测的实例应用浅析桥梁工程中变形监测的实例应用 英文题目英文题目: Examples Application in the Deformation Monitoring of Bridge Engineering 学生姓名：谢皓学生姓名：谢皓 申请学位门类：学士学位申请学位门类：学士学位 学学 号：号： 09351120 专专 业：业： 测绘工程测绘工程 系系 别：别： 测绘工程系测绘工程系 指导教师：指导教师： 聂运菊聂运菊 职称：讲师职称：讲师 二二 零零 一一 三三 年年

2、六六 月月 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 摘 要 I 摘 要 桥梁工程作为民生工程，在交通中一直扮演着重要的角色。而桥梁工程的变形 也就成为了人们十分关心的重点问题。桥梁工程变形监测就是针对它的柔性结构及 动态特性进行的研究，为桥梁工程的“生命体征”提供诊断报告，使人们可以对症下 药，避免重大安全事故的发生。 本文首先对桥梁工程变形监测的发展及意义作了简单的概述，并对桥梁工程变 形监测中常用的几种方法作了简单的叙述。以位于江西省抚州市南丰县傩乡大桥的 变形监测为例，采用地面测量方法采集数据并进行分析。针对傩乡大桥的建设中及 竣工期间的变形进行监测，真实而形象的描述了变形监测在桥梁工程中

3、的应用。 关键词：桥梁工程； 变形监测； 安全事故 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） ABSTRACT II ABSTRACT Bridge engineering as a livelihood project, in traffic plays an important role. Deformation of bridge engineering also become the focus of concern. Research on bridge engineering deformation monitoring is the flexible structure and it

4、s dynamic characteristics are, diagnosis report for Bridge Engineering “signs of life“, so that people can be an antidote against the disease, to avoid the occurrence of major accidents. Firstly, development and significance of bridge engineering deformation monitoring is summarized, and several met

5、hods of deformation monitoring of bridge engineering are briefly described. Through the study of deformation monitoring for Nanfeng County of Jiangxi province Fuzhou City Nuo Xiang Bridge and its data， using ground survey method of data collection and analysis. According to the deformation monitorin

6、g during the construction of Nanfeng County of Jiangxi province Fuzhou City Luo Xiang Bridge and the completion of the. The real and vivid description of the application of deformation monitoring in the bridge construction. Key Words: Bridge Construction; Deformation Monitoring; Safety Misadventure

7、东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 目 录 目 录 1 绪 论1 1.1 桥梁变形监测发展历程及意义1 1.2 桥梁变形监测的主要方法和研究进展1 1.3 桥梁变形观测的主要内容2 1.4 桥梁工程变形观测安排2 1.4.2 塔柱变形观测2 1.4.3 桥面挠度观测3 1.4.4 桥面水平位移观测3 2 桥梁变形监测4 2.1 变形监测的原理.4 2.1.1 统计分析法4 2.1.2 确定函数法4 2.2 桥梁变形的限制.5 2.2.1 主梁挠度变形限值5 2.2.2 墩台沉降变形限值5 2.2.3 桥梁变形的分类.6 2.3 桥梁静态变形监测.6 2.4 系统布置.6 2.4.1 桥墩沉陷

8、与桥面线形观测点的布置.6 2.4.2 塔柱摆动观测点布置.6 2.4.3 水平位移监测基准点布置.6 2.4.4 垂直位移监测基准网布置.7 3 桥梁工程变形监测具体实施方法与精度8 3.1 GPS 定位系统测量平面基准网8 3.2 精密水准测量建立高程基准网和沉陷观测8 3.3 全站仪坐标法观测横向水平位移8 3.4 智能型全站仪(测量机器人）测定高塔柱的摆动8 4 南丰傩乡大桥变形监测实例10 4.1 工程概况.10 4.2 监测内容和方法.10 4.2.1 索塔及基础.10 4.2.2 桥面线形及挠度.11 4.2.3 主梁及主塔应力.13 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 目 录

9、 4.2.4 斜拉索索力.13 4.3 精度分析.13 4.3.1 全站仪测量的精度分析.13 4.3.2 沉降变形观测的精度分析.14 4.4 部分观测结果及其分析.15 4.4.1 南丰傩乡大桥索塔变位.15 4.4.2 南丰傩乡大桥桥面线形（挠度）.16 结 论.18 致 谢19 参考文献20 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪 论 1 1 绪 论 1.1 桥梁变形监测发展历程及意义 大型桥梁，如斜拉桥、悬索桥自 20 世纪 90 年代初期以来在我国如雨后春笋般 的发展。这种桥梁的结构特点是跨度大、塔柱高，主跨段具有柔性特性。在这类桥 梁的施工测量中，人们已针对动态施工测量作了很多

10、研究并取得了大量经验。在竣 工通车运营期间，针对它们的柔性结构与动态特性如何进行监测也是人们十分关心 的一大问题。尽管目前有些桥梁已经建立了解结构内部物理量的变化的“桥梁健康系 统”，它对于分析桥梁结构内力的变化、分析变形原因有着十分重要的作用。然而， 要真正达到桥梁安全监测的目的，了解桥梁的变化情况，还必须及时测定它们几何 量的变化及大小。因此，在建立“桥梁健康系统”的同时，研究采用大地测量原理和 各种专用的工程测量仪器和方法建立大跨度桥梁的监测系统也是必要有效的1。 1.2 桥梁变形监测的主要方法和研究进展 变形观测方法一般分为 4 类，如表 1-1 所示。 表表 1-1 变形监测方法变形

11、监测方法 地面测量方法地面测量方法空间测量技术空间测量技术摄影测量摄影测量专门测量手段专门测量手段 几何水准测量空间卫星定位摄影测量准直测量 三角高程测量合成孔径雷达干涉地面激光扫描倾斜仪监测 方向和角度测量应变测量 距离测量 地面测量方法精度高，应用灵活，适用于各种不同的变形体和不同的监测环境， 但野外工作量相对较大，目前也采用遥测系统。空间测量技术可提供大范围的变形 信息，但观测环境影响大。用 InSAR 做地面变形监测，存在地面植被覆盖对精度影 响大。摄影测量外业工作量小，可以提供变形体表面上任意点的变形，但精度较低。 近年来发展起来的地面激光扫描有类似于摄影测量的优点，精度也可以达到几

12、个毫 米，在变形观测方面的应用也刚刚开始。专门测量手段容易实现连续、自动监测以 及遥测遥控，而且相对精度较高，但它们提供的是局部变形信息。 桥梁工程变形监测方案，一般采取地面测量方法和专门测量手段结合实施。这 样可以避免野外工作量大及专业手段的局限性。最大限度的完成对于桥梁工程的变 形监测，除了用上述手段和方法采集几何变形量外，也同时测量温度、应力、风速、 风压和风振等物理参数。 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪 论 2 1.3 桥梁变形观测的主要内容 根据我国最新颁发的“公路技术养护规范”中的有关规定和要求，以及大跨度桥 梁塔柱高、跨度大和主跨梁段为柔性梁的特点，桥梁工程变形监测的主

13、要内容包括： 1） 桥梁墩台沉陷观测、主梁横向水平位移观测、桥面线形与挠度观测、高塔 柱摆动观测； 2） 为了进行上述各项的测量，还必须建立相应的水平位移基准网与沉陷基准 网观测。 1.4 桥梁工程变形观测安排 桥梁变形按其类型可分为静态变形和动态变形，静态变形是指变形观测的结果 只表示在某一期间内的变形值，它是时间的函数。动态变形是指在外力影响下而产 生的变形，它是表示桥梁在某时刻的瞬时变形，是以外力为函数来表示的相对于时 间的变化。桥梁墩台的变形一般来说是静态变形，而桥梁结构的挠度变形则是动态 变形2。 1.4.1 桥梁墩台变形观测 桥梁墩台的变形观测主要包括两方面： （1）墩台的垂直位移

14、观测。主要包括墩台特征位置的垂直位移和沿桥轴线方向 （或垂直桥轴线方向）的倾斜观测。 （2）墩台的水平位移观测。其中各墩台在上、下游的水平位移观测称为横向位 移观测；各墩台沿桥轴线方向的水平位移观测称为纵向位移观测。两者中，以横向 位移观测更为重要。 1.4.2 塔柱变形观测 塔柱在外界荷载的作用下会发生变形，及时而准确地观测塔柱的变形对分析塔 柱的受力状态和评判桥梁的工作性态有十分重要的作用。塔柱变形观测主要包括： （1）塔柱顶部水平位移监测 （2）塔柱整体倾斜观测 （3）塔柱周日变形观测 （4）塔柱体挠度观测 （5）塔柱体伸缩量观测 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 绪 论 3 1.4

15、.3 桥面挠度观测 桥面挠度是指桥面沿轴线的垂直位移情况。桥面在外界荷载的作用下将发生变 形，使桥梁的实际线形与设计线形产生差异，从而影响桥梁的内部应力状态。过大 的桥面线形变化不但影响行车的安全，而且对桥梁的使用寿命有直接的影响。 1.4.4 桥面水平位移观测 桥面水平位移主要是指垂直于桥轴线方向的水平位移。桥梁水平位移主要由基 础的位移、倾斜以及外界荷载（风、日照、车辆等）等引起，对于大跨径的斜拉索 桥和悬索桥，风荷载可使桥面产生大幅度的摆动，这对桥梁的安全运营十分不利。 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 桥梁变形监 测 4 2 桥梁变形监测 2.1 变形监测的原理 人类认识世界的过程

16、总是“实践，认识，再实践，再认识”直至掌握客观世界的 变化规律，从而更好地应用这些变化规律为人类服务。 “凡事预则立，不预则废”和 “人无远虑，必有近忧”等成语都说明预测的重要性。从大量的客观事物观察中，可 以归纳出许多规律现象，如对称性和周期性等，它们是对物体预测的基础。变形预 测通常是在数据序列里面找出信息来。一个预测模型的建立要尽可能符合实际体系， 这个原则称为拟合原则，符合程度可以有多种标准，如最小二乘法，最大似然法， 最小绝对偏差等等。面对地震、滑坡以及地面沉降等地质灾害，人们认识到变形监 测只是手段，而科学预报才是目的。 引起变形体变形的原因很多，且变形过程很复杂。变形监测常用两种

17、方法来确 定变形体的变形和变形原因之间的关系。 2.1.1 统计分析法 变形体在荷载的作用下发生变形，如果只测量了变形的结果，那么只能进行定 性的物理解释。一般来讲，对变形观测的结果要先进行几何分析，目的是把变形的 几何信息从含有误差的观测值中分离出来，然后再作定性解释。要进行定量的物理 解释，必须同时测量产生变形的各种荷载以及变形结果。用回归分析方法建立它们 之间的函数关系（是相关关系非确定关系，是处理变量之间相关关系的一种数理统 计方法） ，可预报变形。当预报的变形值和实际观测的结果相差较小时，一方面说明 所建立的函数关系是正确的，另一方面也说明了变形体的变形规律和过去一样。这 是因为在建

18、立荷载-变形之间的函数关系时，所用到的是过去观测的数据，所建立的 模型反映了变形体过去的变形规律。如果差值较大，就需要寻找原因，修改模型。 2.1.2 确定函数法 利用变形体的力学性质和物理性质，通过应力与应变关系建立荷载与变形的函 数模型，然后利用确定函数模型，预报在荷载作用下可能的变形。但由于组成变形 体的岩石介质不均匀、非连续，使得变形体不可能是完全的弹性体。所以，在应用 确定函数法中，可能存在一系列的误差；另一方面，变形体的变形是复杂多变的， 有时很难用确定性的理论公式表达，这在某种程度上限制了确定函数法的广泛应用。 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 桥梁变形监 测 5 2.2 桥

19、梁变形的限制 2.2.1 主梁挠度变形限值 对于桥梁的竖向挠度， 规范规定：由于汽车荷载（不计冲击力）所引起的竖 向挠度不应超过表 2-1 所列允许值。当车辆荷载在一个桥垮范围内移动，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。 表表 2-1 桥梁允许挠度值桥梁允许挠度值 桥梁结构形式允许挠度值桥梁结构形式允许挠度值 简支或连续桁架L/800梁的悬臂端L1/600 简支或连续板桥L/600悬索桥L/600 注：L 为桥梁的计算跨径；L1为梁桥悬臂端长度。 对于拱桥， 规范规定：汽车荷载（不计冲击力）计算的拱桥上部结构在一个 桥垮范围内正负挠度的最大值之和不大于 L/1

20、000，用挂车或履带车验算时，上述挠 度可增加 20%。 斜拉索桥的竖向挠度是指主梁在汽车荷载（不计冲击力）的最大竖向挠度。应 为混凝土主梁时不应大于 L/500，当为钢主梁时不应大于 L/400（L 为中跨跨径） 。 用平板挂车或履带车验算时，上述限值可增加 20%，如车辆荷载在一个桥垮范围内 移动产生正负不同挠度时，计算挠度应为正负挠度的最大绝对值之和。悬索桥的侧 向挠度是指悬索桥应验算风力作用下的侧向挠度，其在行车系的纵向平面内的允许 挠度规定为跨径的 1/1000。 2.2.2 墩台沉降变形限值 规范规定桥梁的墩台沉降不宜超过下列限值： （1）墩台均匀总沉降值（不包括施工中的沉降）2.

21、0 cm；l （2）相邻墩台均匀总沉降值（不包括施工中的沉降）1.0 cm；l （3）墩台顶面水平位移值 0.5cm；l 其中 L 为相邻墩台间最小跨径长度，以米计。大跨度桥梁在行车荷载、风力、 阵雨和温度等外界因素，以及混凝土收缩徐变、钢筋松弛锈蚀、墩台基础沉降等内 在因素的影响下，将产生几何位置变化、内力变化、应力变化和索力变化等各种效 应，同时也会发生混凝土老化、碳化、钢筋锈蚀和斜拉索锈蚀等现象。几何位置变 化（即结构的变形）在反映桥梁状况变化方面是一个较综合的量，也是一个便于监 测的直观量。因此，通过监测桥梁结构的变形来掌握大桥的健康状况，是确保大桥 东华理工大学长江学院毕业设计（论文

22、） 桥梁变形监 测 6 安全运营的重要手段。 2.2.3 桥梁变形的分类 桥梁结构在荷载和环境因素作用下所产生的变形可以分成两类：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， 表现最为明显的是桥梁挠度变化，整体变形的能力能够概况结构整体工作的全貌。 因此，在一切观测项目中，各种整体变形往往是最基本的；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）的特征是裂缝，裂缝的部位、方向提示了桥梁老化（或缺陷）的部 位和性质。 2.3 桥梁静态变形监测 桥梁静态变形监测包括桥梁下部结构监测、桥梁上部

23、结构（主梁）监测、环境 参数变化监测。桥梁下部结构监测主要包括桥墩、桥台、桥塔和桩基础，这都是桥 梁结构的重要组成部分。上部主梁（或者拱桥的主拱助）是直接承受交通荷载承重 构件。主梁的内力、变形量会随着活荷载的分布及其大小的不断变化产生相应的变 化，使主梁产生竖直及水平方向的挠度变形。环境参数变化监测主要是桥址处温度 参数变化对大桥影响的监测，其中包括：桥梁结构在太阳照射下，混凝土阴阳面最 大温差可在 20以上，日夜最大温差可达 25以上等。 2.4 系统布置 2.4.1 桥墩沉陷与桥面线形观测点的布置 桥墩(台）沉陷观测点一般布置在与墩(台）顶面对应的桥面上；桥面线形与挠度 观测点布置在主梁

24、上。对于大跨度的斜拉段，线形观测点还与斜拉索锚固着力点位 置对应；桥面水平位移观测点与桥轴线一侧的桥面沉陷和线形观测点共点。 2.4.2 塔柱摆动观测点布置 塔柱摆动观测点布置在主塔上塔柱的顶部、上横梁顶面以上约 1.5的上塔柱侧 壁上，每柱设 2 点。 2.4.3 水平位移监测基准点布置 水平位移观测基准网应结合桥梁两岸地形地质条件和其他建筑物分布、水平位 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 桥梁变形监 测 7 移观测点的布置与观测方法，以及基准网的观测方法等因素确定，一般分两级布设， 基准网布设在岸上稳定的地方并埋设深埋钻孔桩标志；在桥面用桥墩水平位移观测 点作为工作基点，用它们测定桥面

25、观测点的水平位移。 2.4.4 垂直位移监测基准网布置 为了便于观测和使用方便，一般将岸上的平面基准网点纳入垂直位移基准网中， 同时还应在较稳定的地方增加深埋水准点作为水准基点，它们是大桥垂直位移监测 的基准；为统一两岸的高程系统，在两岸的基准点之间应布置了一条过江水准线路。 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 桥梁工程变形监测具体实施方法与精 度 8 3 桥梁工程变形监测具体实施方法与精度 3.1 GPS 定位系统测量平面基准网 为了满足变形观测的技术要求，考虑到基准网边长相差悬殊，对基准网边长相 对精度应达到不低于 1/120000 和边长误差小于5mm 的双控精度指标；由于工作基 点多

26、位于大桥桥面，它们与基准点之间难以全部通视，可采用 GPS 定位系统施测。 为了在观测期间不中断交通，且避开车辆通行引起仪器的抖动和干扰 GPS 接收机的 信号接收，对设置在桥面工作基点的观测时段应安排在夜间作业，尽可能使其符合 静态作业条件以提高观测精度。 3.2 精密水准测量建立高程基准网和沉陷观测 高程基准网与桥面沉陷观测均按照“国家一、二等水准测量规范”的二等技术规 定要求实施。并将垂直位移基准网点、桥面沉陷点、过江水准线路之间构组成多个 环线。高程基准网的观测采用精密水准仪；高程基准网中的过江水准测量，可采用 三角高程测量方法，用 2 台精密全站仪同时对向观测。 3.3 全站仪坐标法

27、观测横向水平位移 众所周知，直线型建筑物的水平位移常采用基准线法观测，它的实质测定垂直 于基准线方向的偏离值。为充分发挥现代全站仪的优点，桥面水平位移观测可采用 类似基准线法原理的坐标法，以直接测定观测点的横坐标。武汉长江二桥采用该法 观测横向水平位移，根据对全桥 136 个观测点的结果进行了统计分析，在未顾及视 线长度不等对坐标的精度影响的条件下，求得坐标的精度为0.48mm，远高于 桥梁监测技术中的精度要求(3mm） 。 3.4 智能型全站仪(测量机器人）测定高塔柱的摆动 塔柱摆动可观测采用当代最先进的智能型全站仪 TCA2003，其标称精度为 0.5，(1mm+110-6D） 。它可以实

28、现自动寻找和精确照准目标，自动测定测站点至 目标点的距离、水平方向值和天顶距，计算出 3 维坐标并记录在内置模块或计算机 内。由于它不需要人工照准、读数、计算，有利于消除人差的影响、减少记录计算 出错的几率，特别是在夜间也不需要给标志照明。该仪器每次观测记录一个目标点 不超过 7，每点观测 4 测回也仅 30。一周期观测 10 个点以内一般不会超过 5 min，其观测速度之快是人工无法比拟的。 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 桥梁工程变形监测具体实施方法与精 度 9 武汉长江二桥采用该法测定高塔柱的摆动，为了评定该法的精度，利用车流量 很少的夜间观测成果进行了统计分析。仿照桥面水平位移观

29、测的统计分析方法，对 视线长度为 800的观测点，根据夜间 6 周期的观测资料进行了统计分析计算，求 得 mx=0.034mm、my=0.61mm，它表明该法具有较高的精度，可以满足塔柱动态观 测的精度要求。 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实 例 10 4 南丰傩乡大桥变形监测实例 4.1 工程概况 南丰傩乡大桥是抚州市重点建设项目，位于江西省抚州市南丰县盱江流经南丰 县城的河段上，桥长 307.4M，单跨 30M，结构形成为 530M530M 先简支后连 续预应力钢筋混凝土箱梁斜拉桥，下部采用柱式桥墩，肋式桥台，基础采用钻孔桩， 桥面铺装为钢筋混凝土。为了建立南丰

30、傩乡大桥全线结构物的竣工线型和位置基准， 并对重要路段、桥墩进行位移监测，为今后大桥维修、验收等工作做准备起始数据， 需要对南丰傩乡大桥进行变形监测。 4.2 监测内容和方法 4.2.1 索塔及基础 对索塔主要监测塔基础位移（三维）和塔顶水平变化（二维） 。对于南丰傩乡大 桥，塔基础位移监测点布置在约 7m 高程面的塔柱上，塔顶水平变化监测点布置在 塔顶柱体上，上、下游塔柱和塔柱南北侧各布置一测点，如图 4-1 所示。南北塔共 计布置 17 个监测点，其中北塔为 9 个点；对于南丰傩乡大桥，基础位移监测点设在 盱江中 1#、2#、3#、4#四个桥墩的墩柱上，每个桥墩的上、下游墩柱各布一个点，

31、共计 8 个点 ，点位也设在约 7m 高程面上，如图 4-1 所示。 索塔及基础变位情况为每三个月观测一期。测量使用德国莱卡高精度 TS02 全站 仪，以三维前方交会法进行角度观测四测回，观测方法如图 4-1 所示。傩乡大桥以 竣工时恢复的首级控制网为基准，经平差计算获得三维坐标，为便于塔柱变位方向 分析，平差计算采用桥轴坐标系。 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实 例 11 4.2.2 桥面线形及挠度 桥面线形包括桥面标高及桥中线，在南丰傩乡大桥主桥施工期间，南丰傩乡大 桥的轴线和标高均控制在5mm 范围内，桥面上按一定的间距设有监测点。桥面铺 装完毕后，观测点全部

32、遭埋没。因此，必须重新建立桥面线型监测点，并做周期性 的监测。 由于南丰傩乡大桥桥轴线均是桥轴坐标系的 X 轴，且当时施工中的施工控制精 度均较高，此外，南丰傩乡大桥首级控制网已得到了全面恢复，因此，可以认为南 丰傩乡大桥的桥轴线仍是桥轴坐标的 X 轴。今后维修等工作若需检测桥轴线，仅需 通过首级控制网的控制点即可进行检查，桥轴线监测点可不考虑恢复，仅需重新建 立标高（挠度）监测点。 新建的桥面标高监测点沿全桥布设，每隔 40 米设一个点，主桥（钢箱梁）段点 位布在桥梁中央分隔带护拦上，利用防护拦的铆钉头作为观测标志，共设 28 个点； 引桥为上、下游结构，因此，每隔 40 米上、下游各设一个

33、点，点位设在大桥防撞护 图 4-1南丰傩乡大桥索塔变位监测点位置及观测示意图 梁下监测点标志 塔顶监测点 水面 南塔 长江 监测点标志 北塔 1 2 3# 4# 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实 例 12 拦一侧路边上，采用围棋子做测量标点，用强力胶将其粘贴在路面上，四周用红色 油漆标注。南引桥共布 42 个点，北引桥共布 46 个点。测点布设位置示意图见图 4-2 和图 4-3。 桥面标高为每三个月观测一期。观测采用精密几何水准测量方法，以二等水准 精度和要求进行。水准基点设在两岸桥下墩台上。 图 4-2 南丰傩乡大桥桥面挠度监测点位置示意图 注： 间隔点每隔一个

34、 表示监测点 长 江 八 卦 洲 北引桥段钢箱梁段 北 塔 水面 南 塔 南引桥段 南 引 线 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实 例 13 4.2.3 主梁及主塔应力 对桥梁施工时施工监控时设置的应力观测断面的观测点继续进行应力观测，研 究主梁及主塔的应力变化3。 4.2.4 斜拉索索力 对全桥 244 根斜拉索用频率法测量斜拉索索力变化情况。以上观测项目在交工 验收后第 1 年内每半年观测 1 次，以后每年观测 1 次。若出现地震、风暴等特殊荷 载或结构出现异常情况，需增加观测次数。 4.3 精度分析 4.3.1 全站仪测量的精度分析 全站仪测量空间点三维坐标中误

35、差为： （4-1） 2 2222 2 2222 22222 coscoscossin coscos AVMSAVMS AVMMM AV SXNXP （4-2） 2 2222 2 2222 22222 coscossinsin sincos AVMSAVMS AVMMM AV SYNYP （4-3） 22 22 4 2 222 2222 4 cos sin ri K V SHNHP MM MR SVMS VMMM 图 4-3 傩乡大桥桥面挠度监测点位置示意图 北 引 线 八 卦 洲 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实 例 14 式中符号及意义说明如下： （1）代表竖直角

36、观测值，为坐标方位角，为斜距观测值，为地球半径， =206265； （2）MXP，MYP 和 MHP 分别为观测点的三维坐标中误差； （3） MXN，MYN 和 MHN 分别为测站三维坐标中误差的平面分量和高程分量， 包括控制点本身点位中误差和架设仪器误差。由于每次观测时都采用同一测站和后 视方向，因此，控制点本身误差不影响观测点精度，同时在固定观测墩上使用强制 对中器，仪器对中误差可控制在 0.1mm 之内，故该项误差可忽略不计； （4）MS 为测距中误差，由仪器标称精度确定： MS=a+bS (为固定误差， 为比例误差系数） ； （5）MV 和 MA 分别为竖直角和坐标方位角中误差，因全站

37、仪具有竖轴补偿器， 故， ）MV=MA =M (M 为水平角观测中误差， ， 为仪器标称精度） uM2 没； （6）为大气折光系数代表性误差，一般取 MK =0.05； （7）Mi 为棱镜对点中误差，Mr 为棱镜高量测中误差，因监测点棱镜用强制对 中器固定在桥塔顶部，此两项误差可忽略不计，故 Mi=Mr=0。 将上式中平面误差部分合并得： （4-4） 2 22 222 , cos MS VMM SYX （4-5） 22 4 2 222 222 4 cos sin K V SH MR SVMS VMM 当取距离最大为 500，竖直角最大为 20，采用测距标称精度为(1+110- 6）mm，测角标

38、称精度为1，补偿器精度为0.3的全站仪观测一测回，代入上 式计算，可以得出：MXY=3.71mm，MH =3.83mm。在实际工程中，全站仪实际 观测精度一般要比标称精度低，若假定实际测角精度为2，测距精度为(2+210- 6）mm，补偿器精度为0.3，观测一测回，代入上式计算，可以得出： MXY =7.41mm， MH =6.82mm，若观测二测回，则： MXY =5.24mm， MH =5.03mm。可见，增加观测测回数或缩短观测距离，可以提高精度。 4.3.2 沉降变形观测的精度分析 假设，和，分别为点和点在第和-1 周期观测所得 j Hi M j Hi M 1 k Hi M k Hi

39、M 1 的高程中误差，则点和点的沉降量中误差分别为： 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实 例 15 （4-6） 222 )()()( 1 j H j H j H ii MMM （4-7） 222 )()()( 1 k H k H K H i i MMM 于是点和点不均匀沉降量的中误差为： （4-8） 22222 )()()()()( 11 K H K H j H j HH iiiijK MMMMM 由于每周期观测时，均采用同一观测方案，由同一台仪器和同一组人员，在外 界环境大致相同的条件下进行观测，故假设： （4-9） H K H K H j H j H MMMMM

40、iiii 11 则有： 22 4)( HH MM jK HH MM jK 2 南丰傩乡大桥塔基础承台上的监测点距最远基准点不超过 600，精密水准测量 每测站水准路线长一般不超过 60，则由基准点到监测点的测站数为 =600/60=10，所以： nMMH 站 式中站为每一测站精密水准所测高差的中误差。 采用每公里观测高差中误差为0.3的精密水准仪进行观测，则：mm 站=0.300.06=0.018，mmmm 于是每一监测点沉降量的中误差为： mmmmMM HHij 11 . 0 )018 . 0 (1022 故采用每公里观测高差中误差为0.3的精密水准仪进行观测，符合国家一、mm 二等水准测量

41、规范对仪器的要求，足以把大于1.0的不均匀沉降量反映出来。mm 4.4 部分观测结果及其分析 4.4.1 南丰傩乡大桥索塔变位 观测结果列于表 4-1，从 9 期的坐标变化量来看，塔顶变位较大，在 2012 年 6 月的测量中出现过最大变化量值：X 方向（南北向）为+68.0mm（向南） ，Y 方向 （东西向）为63.7mm（向下游） 。这是索塔柱受日照、风力作用所至，属正常现 象。 对塔基础 9 期监测的坐标（X、Y、Z）变化量均在10.0mm 以内变动，但也偶 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实 例 16 而出现较大的最大变化量，其量值 X 方向为11.0mm（向

42、北） ，Y 方向（东西向） 为21.2mm（向上游） ，H 方向（垂直向）为18.0mm（向下） ，该变化量主要由测 量误差引起，并非是塔基础发生了位移。因为，在对桥墩所采用的前方交会测量方 法虽是变形监测中常规和有效的方法，对塔柱观测所使用的仪器也是目前世界最高 精度的测量仪器，但由于所监测的点均在江中，人无法直接到达，另外还存在许多 不利因素，如交会角较小、交会距离长、大气折光和水汽蒸发等等，这些因素均大 大降低了测量精度。以“北塔南向下游梁下”点为例，监测点离岸上两控制点距离分 别为 1014m 和 1011m，交会角为 16，根据误差理论分析可知，仅观测误差就达 12.2mm，若考虑大

43、气折光等其他因素，测量误差还将更大些。因此，可以认为南 北索塔基础未出现明显变位。从对索塔下横梁上门洞内水准点（钢箱梁吊装前建立 的）联测结果，其差值较小，也可以认为索塔基础未出现沉降位移。 4.4.2 南丰傩乡大桥桥面线形（挠度） 表 4-2 为南丰傩乡大桥的主桥段（钢箱梁段）测点高程的各期观测值。从 8 期结 果比较可以看出，主桥段标高变化在-23.4+15.2mm 之间。综合 8 期的观测结果可 以看出，桥梁线形（标高）明显有季节性的变化规律，随着环境温度的变化而升降， 这种变化量值在钢箱梁段尤为明显，最大处近 3cm。将各期观测结果用 Excel 图形 显示从桥面线形变化曲线可以看出，

44、南丰傩乡大桥桥面未产生挠曲变化。 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 南丰傩乡大桥变形监测实 例 17 表表 4-1 南南丰丰傩傩乡乡大大桥桥索索塔塔变变位位监监测测数数据据 坐坐 标标 观观 测测 值值 （m） 点号点号位位 置置符号符号 第第 一一 期期 （2011 3） 第第 二二 期期 （20116 ） 第第 三三 期期 （2011 9） 第第 四四 期期 （20111 2） 第第 五五 期期 （20123 ） 第第 六六 期期 （20126 ） 第第 七七 期期 （2012 9） 第第 八八 期期 （20121 2） 第第 九九 期期 （20133 ） 本期本期 增量增量 （mm

45、） 累计累计 增量增量 （m m） X7465.614 4 7465.57107465.571 0 7465.57107465.65297465.5495 7465.59117465.62207465.585836.328.6N S 上上 南塔南向 上游塔顶Y2997.150 1 2997.13022997.130 2 2997.13022997.12072997.1122 2997.12102997.12092997.11654.333.6 X7465.614 5 7465.64737465.647 3 7465.64737465.64737465.5465 7465.61377465.63

46、057465.588542.026.0N S 下上 南塔南向 下游塔顶Y3003.013 4 3003.00433003.004 3 3003.00433003.00433002.9971 3003.00193003.00313003.00013.013.3 X7464.862 8 7464.86597464.860 0 7464.86147464.86207464.8562 7464.85997464.86097464.85862.44.2 Y2986.842 6 2986.83482986.838 0 2986.83452986.83162986.8295 2986.83192986.83

47、172986.83061.112.0 N S 上下 南塔南向 上游梁下 H13.996513.990113.991413.990513.990514.000113.993713.992113.9961-4.00.4 X7464.869 7 7464.87317464.866 0 7464.86887464.86737464.8566 7464.86427464.86587464.86124.68.5 Y3013.183 3 3013.17903013.177 0 3013.16453013.16163013.1620 3013.16273013.16223013.16210.121.2 N S

48、 下下 南塔南向 下游梁下 H14.133614.137514.134414.133614.135114.148214.155614.145414.1518-6.7-18.2 X7473.120 4 7473.11197473.140 7 7473.17597473.15807473.1309 7473.15497473.15657473.143712.8-23.3N N 上上 南塔北向 上游塔顶Y2996.987 9 2996.99482996.999 9 2996.98892996.96952996.9643 2996.97422996.97192996.96813.819.8 X7473.112 8 7473.10647473.143 8 7473.16907473.17987