淺析橋梁工程中變形監(jiān)測的實例應(yīng)用畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）</p><p>　　題 目： 淺析橋梁工程中變形監(jiān)測的實例應(yīng)用</p><p>　　英文題目: Examples Application in the Deformation</p><p>　　Monitoring of Bridge Engineering</p><p><b

2、>　　摘 要</b></p><p>　　橋梁工程作為民生工程，在交通中一直扮演著重要的角色。而橋梁工程的變形也就成為了人們十分關(guān)心的重點問題。橋梁工程變形監(jiān)測就是針對它的柔性結(jié)構(gòu)及動態(tài)特性進(jìn)行的研究，為橋梁工程的“生命體征”提供診斷報告，使人們可以對癥下藥，避免重大安全事故的發(fā)生。</p><p>　　本文首先對橋梁工程變形監(jiān)測的發(fā)展及意義作了簡單的概述，并對橋梁工程

3、變形監(jiān)測中常用的幾種方法作了簡單的敘述。以位于江西省撫州市南豐縣儺鄉(xiāng)大橋的變形監(jiān)測為例，采用地面測量方法采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。針對儺鄉(xiāng)大橋的建設(shè)中及竣工期間的變形進(jìn)行監(jiān)測，真實而形象的描述了變形監(jiān)測在橋梁工程中的應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：橋梁工程； 變形監(jiān)測； 安全事故</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p&g

4、t;　　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 flexibl

5、e structure and its 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.</p

6、><p>　　Firstly, development and significance of bridge engineering deformation monitoring is summarized, and several methods of deformation monitoring of bridge engineering are briefly described. Through the st

7、udy 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 monitoring during t

8、he construction of Nanfeng County of Jiangxi province Fuzhou City Luo Xiang B</p><p>　　Key Words: Bridge Construction; Deformation Monitoring; Safety Misadventure</p><p><b>　　目 錄</b

9、></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 橋梁變形監(jiān)測發(fā)展歷程及意義1</p><p>　　1.2 橋梁變形監(jiān)測的主要方法和研究進(jìn)展1</p><p>　　1.3 橋梁變形觀測的主要內(nèi)容2</p><p>　　1.4 橋梁工程變形觀測

10、安排2</p><p>　　1.4.2 塔柱變形觀測2</p><p>　　1.4.3 橋面撓度觀測3</p><p>　　1.4.4 橋面水平位移觀測3</p><p>　　2 橋梁變形監(jiān)測4</p><p>　　2.1 變形監(jiān)測的原理4</p><p>　　2.1.1 統(tǒng)計分析法

11、4</p><p>　　2.1.2 確定函數(shù)法4</p><p>　　2.2 橋梁變形的限制5</p><p>　　2.2.1 主梁撓度變形限值5</p><p>　　2.2.2 墩臺沉降變形限值5</p><p>　　2.2.3橋梁變形的分類6</p><p>　　2.3 橋梁靜態(tài)

12、變形監(jiān)測6</p><p>　　2.4 系統(tǒng)布置6</p><p>　　2.4.1橋墩沉陷與橋面線形觀測點的布置6</p><p>　　2.4.2塔柱擺動觀測點布置6</p><p>　　2.4.3水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)點布置6</p><p>　　2.4.4垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)布置7</p><

13、;p>　　3 橋梁工程變形監(jiān)測具體實施方法與精度8</p><p>　　3.1 GPS定位系統(tǒng)測量平面基準(zhǔn)網(wǎng)8</p><p>　　3.2精密水準(zhǔn)測量建立高程基準(zhǔn)網(wǎng)和沉陷觀測8</p><p>　　3.3全站儀坐標(biāo)法觀測橫向水平位移8</p><p>　　3.4智能型全站儀(測量機器人）測定高塔柱的擺動8</p>

14、<p>　　4 南豐儺鄉(xiāng)大橋變形監(jiān)測實例10</p><p>　　4.1工程概況10</p><p>　　4.2監(jiān)測內(nèi)容和方法10</p><p>　　4.2.1索塔及基礎(chǔ)10</p><p>　　4.2.2橋面線形及撓度11</p><p>　　4.2.3主梁及主塔應(yīng)力13</p>

15、<p>　　4.2.4斜拉索索力13</p><p>　　4.3精度分析13</p><p>　　4.3.1全站儀測量的精度分析13</p><p>　　4.3.2沉降變形觀測的精度分析14</p><p>　　4.4部分觀測結(jié)果及其分析15</p><p>　　4.4.1南豐儺鄉(xiāng)大橋索塔變位

16、15</p><p>　　4.4.2南豐儺鄉(xiāng)大橋橋面線形（撓度）16</p><p><b>　　結(jié) 論18</b></p><p><b>　　致 謝19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><

17、;b>　　1 緒 論</b></p><p>　　1.1 橋梁變形監(jiān)測發(fā)展歷程及意義</p><p>　　大型橋梁，如斜拉橋、懸索橋自20世紀(jì)90年代初期以來在我國如雨后春筍般的發(fā)展。這種橋梁的結(jié)構(gòu)特點是跨度大、塔柱高，主跨段具有柔性特性。在這類橋梁的施工測量中，人們已針對動態(tài)施工測量作了很多研究并取得了大量經(jīng)驗。在竣工通車運營期間，針對它們的柔性結(jié)構(gòu)與動態(tài)特性如何進(jìn)

18、行監(jiān)測也是人們十分關(guān)心的一大問題。盡管目前有些橋梁已經(jīng)建立了解結(jié)構(gòu)內(nèi)部物理量的變化的“橋梁健康系統(tǒng)”，它對于分析橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化、分析變形原因有著十分重要的作用。然而，要真正達(dá)到橋梁安全監(jiān)測的目的，了解橋梁的變化情況，還必須及時測定它們幾何量的變化及大小。因此，在建立“橋梁健康系統(tǒng)”的同時，研究采用大地測量原理和各種專用的工程測量儀器和方法建立大跨度橋梁的監(jiān)測系統(tǒng)也是必要有效的[1]。</p><p>　　1.

19、2 橋梁變形監(jiān)測的主要方法和研究進(jìn)展</p><p>　　變形觀測方法一般分為4類，如表1-1所示。</p><p>　　表1-1 變形監(jiān)測方法</p><p>　　地面測量方法精度高，應(yīng)用靈活，適用于各種不同的變形體和不同的監(jiān)測環(huán)境，但野外工作量相對較大，目前也采用遙測系統(tǒng)?？臻g測量技術(shù)可提供大范圍的變形信息，但觀測環(huán)境影響大。用InSAR做地面變形監(jiān)測，存在地

20、面植被覆蓋對精度影響大。攝影測量外業(yè)工作量小，可以提供變形體表面上任意點的變形，但精度較低。近年來發(fā)展起來的地面激光掃描有類似于攝影測量的優(yōu)點，精度也可以達(dá)到幾個毫米，在變形觀測方面的應(yīng)用也剛剛開始。專門測量手段容易實現(xiàn)連續(xù)、自動監(jiān)測以及遙測遙控，而且相對精度較高，但它們提供的是局部變形信息。</p><p>　　橋梁工程變形監(jiān)測方案，一般采取地面測量方法和專門測量手段結(jié)合實施。這樣可以避免野外工作量大及專業(yè)手段

21、的局限性。最大限度的完成對于橋梁工程的變形監(jiān)測，除了用上述手段和方法采集幾何變形量外，也同時測量溫度、應(yīng)力、風(fēng)速、風(fēng)壓和風(fēng)振等物理參數(shù)。</p><p>　　1.3 橋梁變形觀測的主要內(nèi)容</p><p>　　根據(jù)我國最新頒發(fā)的“公路技術(shù)養(yǎng)護(hù)規(guī)范”中的有關(guān)規(guī)定和要求，以及大跨度橋梁塔柱高、跨度大和主跨梁段為柔性梁的特點，橋梁工程變形監(jiān)測的主要內(nèi)容包括：</p><p&

22、gt;　　1） 橋梁墩臺沉陷觀測、主梁橫向水平位移觀測、橋面線形與撓度觀測、高塔柱擺動觀測；</p><p>　　2） 為了進(jìn)行上述各項的測量，還必須建立相應(yīng)的水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)與沉陷基準(zhǔn)網(wǎng)觀測。</p><p>　　1.4 橋梁工程變形觀測安排</p><p>　　橋梁變形按其類型可分為靜態(tài)變形和動態(tài)變形，靜態(tài)變形是指變形觀測的結(jié)果只表示在某一期間內(nèi)的變形值，它是時

23、間的函數(shù)。動態(tài)變形是指在外力影響下而產(chǎn)生的變形，它是表示橋梁在某時刻的瞬時變形，是以外力為函數(shù)來表示的相對于時間的變化。橋梁墩臺的變形一般來說是靜態(tài)變形，而橋梁結(jié)構(gòu)的撓度變形則是動態(tài)變形[2]。</p><p>　　1.4.1 橋梁墩臺變形觀測</p><p>　　橋梁墩臺的變形觀測主要包括兩方面：</p><p>　?。?）墩臺的垂直位移觀測。主要包括墩臺特征位置

24、的垂直位移和沿橋軸線方向（或垂直橋軸線方向）的傾斜觀測。</p><p>　?。?）墩臺的水平位移觀測。其中各墩臺在上、下游的水平位移觀測稱為橫向位移觀測；各墩臺沿橋軸線方向的水平位移觀測稱為縱向位移觀測。兩者中，以橫向位移觀測更為重要。</p><p>　　1.4.2 塔柱變形觀測</p><p>　　塔柱在外界荷載的作用下會發(fā)生變形，及時而準(zhǔn)確地觀測塔柱的變形對

25、分析塔柱的受力狀態(tài)和評判橋梁的工作性態(tài)有十分重要的作用。塔柱變形觀測主要包括：</p><p>　　（1）塔柱頂部水平位移監(jiān)測</p><p>　?。?）塔柱整體傾斜觀測</p><p>　?。?）塔柱周日變形觀測</p><p>　?。?）塔柱體撓度觀測</p><p>　?。?）塔柱體伸縮量觀測</p>

26、<p>　　1.4.3 橋面撓度觀測</p><p>　　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，使橋梁的實際線形與設(shè)計線形產(chǎn)生差異，從而影響橋梁的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。過大的橋面線形變化不但影響行車的安全，而且對橋梁的使用壽命有直接的影響。</p><p>　　1.4.4 橋面水平位移觀測</p><p>　　橋面水平位移主要

27、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，對于大跨徑的斜拉索橋和懸索橋，風(fēng)荷載可使橋面產(chǎn)生大幅度的擺動，這對橋梁的安全運營十分不利。</p><p><b>　　2 橋梁變形監(jiān)測</b></p><p>　　2.1 變形監(jiān)測的原理</p><p>　　人類認(rèn)識世界的過程總是“實踐，

28、認(rèn)識，再實踐，再認(rèn)識”直至掌握客觀世界的變化規(guī)律，從而更好地應(yīng)用這些變化規(guī)律為人類服務(wù)?！胺彩骂A(yù)則立，不預(yù)則廢”和“人無遠(yuǎn)慮，必有近憂”等成語都說明預(yù)測的重要性。從大量的客觀事物觀察中，可以歸納出許多規(guī)律現(xiàn)象，如對稱性和周期性等，它們是對物體預(yù)測的基礎(chǔ)。變形預(yù)測通常是在數(shù)據(jù)序列里面找出信息來。一個預(yù)測模型的建立要盡可能符合實際體系，這個原則稱為擬合原則，符合程度可以有多種標(biāo)準(zhǔn)，如最小二乘法，最大似然法，最小絕對偏差等等。面對地震、滑坡以

29、及地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害，人們認(rèn)識到變形監(jiān)測只是手段，而科學(xué)預(yù)報才是目的。</p><p>　　引起變形體變形的原因很多，且變形過程很復(fù)雜。變形監(jiān)測常用兩種方法來確定變形體的變形和變形原因之間的關(guān)系。</p><p>　　2.1.1 統(tǒng)計分析法</p><p>　　變形體在荷載的作用下發(fā)生變形，如果只測量了變形的結(jié)果，那么只能進(jìn)行定性的物理解釋。一般來講，對變形觀測的結(jié)

30、果要先進(jìn)行幾何分析，目的是把變形的幾何信息從含有誤差的觀測值中分離出來，然后再作定性解釋。要進(jìn)行定量的物理解釋，必須同時測量產(chǎn)生變形的各種荷載以及變形結(jié)果。用回歸分析方法建立它們之間的函數(shù)關(guān)系（是相關(guān)關(guān)系非確定關(guān)系，是處理變量之間相關(guān)關(guān)系的一種數(shù)理統(tǒng)計方法），可預(yù)報變形。當(dāng)預(yù)報的變形值和實際觀測的結(jié)果相差較小時，一方面說明所建立的函數(shù)關(guān)系是正確的，另一方面也說明了變形體的變形規(guī)律和過去一樣。這是因為在建立荷載-變形之間的函數(shù)關(guān)系時，所用

31、到的是過去觀測的數(shù)據(jù)，所建立的模型反映了變形體過去的變形規(guī)律。如果差值較大，就需要尋找原因，修改模型。</p><p>　　2.1.2 確定函數(shù)法</p><p>　　利用變形體的力學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，通過應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系建立荷載與變形的函數(shù)模型，然后利用確定函數(shù)模型，預(yù)報在荷載作用下可能的變形。但由于組成變形體的巖石介質(zhì)不均勻、非連續(xù)，使得變形體不可能是完全的彈性體。所以，在應(yīng)用確定函數(shù)法中

32、，可能存在一系列的誤差；另一方面，變形體的變形是復(fù)雜多變的，有時很難用確定性的理論公式表達(dá)，這在某種程度上限制了確定函數(shù)法的廣泛應(yīng)用。</p><p>　　2.2 橋梁變形的限制</p><p>　　2.2.1 主梁撓度變形限值</p><p>　　對于橋梁的豎向撓度，《規(guī)范》規(guī)定：由于汽車荷載（不計沖擊力）所引起的豎向撓度不應(yīng)超過表2-1所列允許值。當(dāng)車輛荷載在一

33、個橋垮范圍內(nèi)移動，因而產(chǎn)生正負(fù)兩個方向的撓度時，計算撓度應(yīng)為正負(fù)撓度的最大絕對值之和。</p><p>　　表2-1 橋梁允許撓度值</p><p>　　注：L為橋梁的計算跨徑；L1為梁橋懸臂端長度。</p><p>　　對于拱橋，《規(guī)范》規(guī)定：汽車荷載（不計沖擊力）計算的拱橋上部結(jié)構(gòu)在一個橋垮范圍內(nèi)正負(fù)撓度的最大值之和不大于L/1000，用掛車或履帶車驗算時，上

34、述撓度可增加20%。</p><p>　　斜拉索橋的豎向撓度是指主梁在汽車荷載（不計沖擊力）的最大豎向撓度。應(yīng)為混凝土主梁時不應(yīng)大于L/500，當(dāng)為鋼主梁時不應(yīng)大于L/400（L為中跨跨徑）。用平板掛車或履帶車驗算時，上述限值可增加20%，如車輛荷載在一個橋垮范圍內(nèi)移動產(chǎn)生正負(fù)不同撓度時，計算撓度應(yīng)為正負(fù)撓度的最大絕對值之和。懸索橋的側(cè)向撓度是指懸索橋應(yīng)驗算風(fēng)力作用下的側(cè)向撓度，其在行車系的縱向平面內(nèi)的允許撓度規(guī)

35、定為跨徑的1/1000。</p><p>　　2.2.2 墩臺沉降變形限值</p><p>　　《規(guī)范》規(guī)定橋梁的墩臺沉降不宜超過下列限值：</p><p>　?。?）墩臺均勻總沉降值（不包括施工中的沉降）2.0 cm；</p><p>　?。?）相鄰墩臺均勻總沉降值（不包括施工中的沉降）1.0 cm；</p><p&g

36、t;　?。?）墩臺頂面水平位移值0.5cm；</p><p>　　其中L為相鄰墩臺間最小跨徑長度，以米計。大跨度橋梁在行車荷載、風(fēng)力、陣雨和溫度等外界因素，以及混凝土收縮徐變、鋼筋松弛銹蝕、墩臺基礎(chǔ)沉降等內(nèi)在因素的影響下，將產(chǎn)生幾何位置變化、內(nèi)力變化、應(yīng)力變化和索力變化等各種效應(yīng)，同時也會發(fā)生混凝土老化、碳化、鋼筋銹蝕和斜拉索銹蝕等現(xiàn)象。幾何位置變化（即結(jié)構(gòu)的變形）在反映橋梁狀況變化方面是一個較綜合的量，也是一個

37、便于監(jiān)測的直觀量。因此，通過監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的變形來掌握大橋的健康狀況，是確保大橋安全運營的重要手段。</p><p>　　2.2.3橋梁變形的分類</p><p>　　橋梁結(jié)構(gòu)在荷載和環(huán)境因素作用下所產(chǎn)生的變形可以分成兩類：一類變形反映結(jié)構(gòu)的整體工作狀況，如撓度、轉(zhuǎn)角、支座位移等，稱為整體變形。橋梁逐漸老化，表現(xiàn)最為明顯的是橋梁撓度變化，整體變形的能力能夠概況結(jié)構(gòu)整體工作的全貌。因此，在一切

38、觀測項目中，各種整體變形往往是最基本的；另一類變形能反映結(jié)構(gòu)的局部工作狀況，如纖維變形、裂縫、鋼筋的滑動等，這稱為局部變形。最能表現(xiàn)老化（或缺陷）的特征是裂縫，裂縫的部位、方向提示了橋梁老化（或缺陷）的部位和性質(zhì)。</p><p>　　2.3 橋梁靜態(tài)變形監(jiān)測</p><p>　　橋梁靜態(tài)變形監(jiān)測包括橋梁下部結(jié)構(gòu)監(jiān)測、橋梁上部結(jié)構(gòu)（主梁）監(jiān)測、環(huán)境參數(shù)變化監(jiān)測。橋梁下部結(jié)構(gòu)監(jiān)測主要包括橋墩

39、、橋臺、橋塔和樁基礎(chǔ)，這都是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分。上部主梁（或者拱橋的主拱助）是直接承受交通荷載承重構(gòu)件。主梁的內(nèi)力、變形量會隨著活荷載的分布及其大小的不斷變化產(chǎn)生相應(yīng)的變化，使主梁產(chǎn)生豎直及水平方向的撓度變形。環(huán)境參數(shù)變化監(jiān)測主要是橋址處溫度參數(shù)變化對大橋影響的監(jiān)測，其中包括：橋梁結(jié)構(gòu)在太陽照射下，混凝土陰陽面最大溫差可在20℃以上，日夜最大溫差可達(dá)25℃以上等。</p><p><b>　　2.4

40、 系統(tǒng)布置</b></p><p>　　2.4.1橋墩沉陷與橋面線形觀測點的布置</p><p>　　橋墩(臺）沉陷觀測點一般布置在與墩(臺）頂面對應(yīng)的橋面上；橋面線形與撓度觀測點布置在主梁上。對于大跨度的斜拉段，線形觀測點還與斜拉索錨固著力點位置對應(yīng)；橋面水平位移觀測點與橋軸線一側(cè)的橋面沉陷和線形觀測點共點。</p><p>　　2.4.2塔柱擺動觀測

41、點布置</p><p>　　塔柱擺動觀測點布置在主塔上塔柱的頂部、上橫梁頂面以上約1.5ｍ的上塔柱側(cè)壁上，每柱設(shè)2點。</p><p>　　2.4.3水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)點布置</p><p>　　水平位移觀測基準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)結(jié)合橋梁兩岸地形地質(zhì)條件和其他建筑物分布、水平位移觀測點的布置與觀測方法，以及基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測方法等因素確定，一般分兩級布設(shè)，基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)在岸上穩(wěn)定的地方并埋設(shè)

42、深埋鉆孔樁標(biāo)志；在橋面用橋墩水平位移觀測點作為工作基點，用它們測定橋面觀測點的水平位移。</p><p>　　2.4.4垂直位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)布置</p><p>　　為了便于觀測和使用方便，一般將岸上的平面基準(zhǔn)網(wǎng)點納入垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)中，同時還應(yīng)在較穩(wěn)定的地方增加深埋水準(zhǔn)點作為水準(zhǔn)基點，它們是大橋垂直位移監(jiān)測的基準(zhǔn)；為統(tǒng)一兩岸的高程系統(tǒng)，在兩岸的基準(zhǔn)點之間應(yīng)布置了一條過江水準(zhǔn)線路。</p

43、><p>　　3 橋梁工程變形監(jiān)測具體實施方法與精度</p><p>　　3.1 GPS定位系統(tǒng)測量平面基準(zhǔn)網(wǎng)</p><p>　　為了滿足變形觀測的技術(shù)要求，考慮到基準(zhǔn)網(wǎng)邊長相差懸殊，對基準(zhǔn)網(wǎng)邊長相對精度應(yīng)達(dá)到不低于1/120000和邊長誤差小于±5mm的雙控精度指標(biāo)；由于工作基點多位于大橋橋面，它們與基準(zhǔn)點之間難以全部通視，可采用GPS定位系統(tǒng)施測。為了在

44、觀測期間不中斷交通，且避開車輛通行引起儀器的抖動和干擾GPS接收機的信號接收，對設(shè)置在橋面工作基點的觀測時段應(yīng)安排在夜間作業(yè)，盡可能使其符合靜態(tài)作業(yè)條件以提高觀測精度。</p><p>　　3.2精密水準(zhǔn)測量建立高程基準(zhǔn)網(wǎng)和沉陷觀測</p><p>　　高程基準(zhǔn)網(wǎng)與橋面沉陷觀測均按照“國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范”的二等技術(shù)規(guī)定要求實施。并將垂直位移基準(zhǔn)網(wǎng)點、橋面沉陷點、過江水準(zhǔn)線路之間構(gòu)組成

45、多個環(huán)線。高程基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測采用精密水準(zhǔn)儀；高程基準(zhǔn)網(wǎng)中的過江水準(zhǔn)測量，可采用三角高程測量方法，用2臺精密全站儀同時對向觀測。</p><p>　　3.3全站儀坐標(biāo)法觀測橫向水平位移</p><p>　　眾所周知，直線型建筑物的水平位移常采用基準(zhǔn)線法觀測，它的實質(zhì)測定垂直于基準(zhǔn)線方向的偏離值。為充分發(fā)揮現(xiàn)代全站儀的優(yōu)點，橋面水平位移觀測可采用類似基準(zhǔn)線法原理的坐標(biāo)法，以直接測定觀測點的橫坐標(biāo)

46、。武漢長江二橋采用該法觀測橫向水平位移，根據(jù)對全橋136個觀測點的結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計分析，在未顧及視線長度不等對Ｙ坐標(biāo)的精度影響的條件下，求得Ｙ坐標(biāo)的精度為±0.48mm，遠(yuǎn)高于橋梁監(jiān)測技術(shù)中的精度要求(±3mm）。</p><p>　　3.4智能型全站儀(測量機器人）測定高塔柱的擺動</p><p>　　塔柱擺動可觀測采用當(dāng)代最先進(jìn)的智能型全站儀TCA2003，其標(biāo)稱精度

47、為0.5″，±(1mm+1×10-6D）。它可以實現(xiàn)自動尋找和精確照準(zhǔn)目標(biāo)，自動測定測站點至目標(biāo)點的距離、水平方向值和天頂距，計算出3維坐標(biāo)并記錄在內(nèi)置模塊或計算機內(nèi)。由于它不需要人工照準(zhǔn)、讀數(shù)、計算，有利于消除人差的影響、減少記錄計算出錯的幾率，特別是在夜間也不需要給標(biāo)志照明。該儀器每次觀測記錄一個目標(biāo)點不超過7ｓ，每點觀測4測回也僅30ｓ。一周期觀測10個點以內(nèi)一般不會超過5 min，其觀測速度之快是人工無法比擬

48、的。</p><p>　　武漢長江二橋采用該法測定高塔柱的擺動，為了評定該法的精度，利用車流量很少的夜間觀測成果進(jìn)行了統(tǒng)計分析。仿照橋面水平位移觀測的統(tǒng)計分析方法，對視線長度為800ｍ的觀測點，根據(jù)夜間6周期的觀測資料進(jìn)行了統(tǒng)計分析計算，求得mx=0.034mm、my=0.61mm，它表明該法具有較高的精度，可以滿足塔柱動態(tài)觀測的精度要求。</p><p>　　4 南豐儺鄉(xiāng)大橋變形監(jiān)測實例

49、</p><p><b>　　4.1工程概況</b></p><p>　　南豐儺鄉(xiāng)大橋是撫州市重點建設(shè)項目，位于江西省撫州市南豐縣盱江流經(jīng)南豐縣城的河段上，橋長307.4M，單跨30M，結(jié)構(gòu)形成為5×30M＋5×30M先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁斜拉橋，下部采用柱式橋墩，肋式橋臺，基礎(chǔ)采用鉆孔樁，橋面鋪裝為鋼筋混凝土。為了建立南豐儺鄉(xiāng)大橋全線結(jié)

50、構(gòu)物的竣工線型和位置基準(zhǔn)，并對重要路段、橋墩進(jìn)行位移監(jiān)測，為今后大橋維修、驗收等工作做準(zhǔn)備起始數(shù)據(jù)，需要對南豐儺鄉(xiāng)大橋進(jìn)行變形監(jiān)測。</p><p>　　4.2監(jiān)測內(nèi)容和方法</p><p>　　4.2.1索塔及基礎(chǔ)</p><p>　　對索塔主要監(jiān)測塔基礎(chǔ)位移（三維）和塔頂水平變化（二維）。對于南豐儺鄉(xiāng)大橋，塔基礎(chǔ)位移監(jiān)測點布置在約7m高程面的塔柱上，塔頂水平變化

51、監(jiān)測點布置在塔頂柱體上，上、下游塔柱和塔柱南北側(cè)各布置一測點，如圖4-1所示。南北塔共計布置17個監(jiān)測點，其中北塔為9個點；對于南豐儺鄉(xiāng)大橋，基礎(chǔ)位移監(jiān)測點設(shè)在盱江中1#、2#、3#、4#四個橋墩的墩柱上，每個橋墩的上、下游墩柱各布一個點，共計8個點 ，點位也設(shè)在約7m高程面上，如圖4-1所示。</p><p>　　索塔及基礎(chǔ)變位情況為每三個月觀測一期。測量使用德國萊卡高精度TS02全站儀，以三維前方交會法進(jìn)行角

52、度觀測四測回，觀測方法如圖4-1所示。儺鄉(xiāng)大橋以竣工時恢復(fù)的首級控制網(wǎng)為基準(zhǔn)，經(jīng)平差計算獲得三維坐標(biāo)，為便于塔柱變位方向分析，平差計算采用橋軸坐標(biāo)系。</p><p>　　4.2.2橋面線形及撓度</p><p>　　橋面線形包括橋面標(biāo)高及橋中線，在南豐儺鄉(xiāng)大橋主橋施工期間，南豐儺鄉(xiāng)大橋的軸線和標(biāo)高均控制在±5mm范圍內(nèi)，橋面上按一定的間距設(shè)有監(jiān)測點。橋面鋪裝完畢后，觀測點全部遭

53、埋沒。因此，必須重新建立橋面線型監(jiān)測點，并做周期性的監(jiān)測。</p><p>　　由于南豐儺鄉(xiāng)大橋橋軸線均是橋軸坐標(biāo)系的X軸，且當(dāng)時施工中的施工控制精度均較高，此外，南豐儺鄉(xiāng)大橋首級控制網(wǎng)已得到了全面恢復(fù)，因此，可以認(rèn)為南豐儺鄉(xiāng)大橋的橋軸線仍是橋軸坐標(biāo)的X軸。今后維修等工作若需檢測橋軸線，僅需通過首級控制網(wǎng)的控制點即可進(jìn)行檢查，橋軸線監(jiān)測點可不考慮恢復(fù)，僅需重新建立標(biāo)高（撓度）監(jiān)測點。</p><

54、;p>　　新建的橋面標(biāo)高監(jiān)測點沿全橋布設(shè)，每隔40米設(shè)一個點，主橋（鋼箱梁）段點位布在橋梁中央分隔帶護(hù)攔上，利用防護(hù)攔的鉚釘頭作為觀測標(biāo)志，共設(shè)28個點；引橋為上、下游結(jié)構(gòu)，因此，每隔40米上、下游各設(shè)一個點，點位設(shè)在大橋防撞護(hù)攔一側(cè)路邊上，采用圍棋子做測量標(biāo)點，用強力膠將其粘貼在路面上，四周用紅色油漆標(biāo)注。南引橋共布42個點，北引橋共布46個點。測點布設(shè)位置示意圖見圖4-2和圖4-3。</p><p>　

55、　橋面標(biāo)高為每三個月觀測一期。觀測采用精密幾何水準(zhǔn)測量方法，以二等水準(zhǔn)精度和要求進(jìn)行。水準(zhǔn)基點設(shè)在兩岸橋下墩臺上。</p><p>　　4.2.3主梁及主塔應(yīng)力</p><p>　　對橋梁施工時施工監(jiān)控時設(shè)置的應(yīng)力觀測斷面的觀測點繼續(xù)進(jìn)行應(yīng)力觀測，研究主梁及主塔的應(yīng)力變化[3]。</p><p>　　4.2.4斜拉索索力</p><p>　　

56、對全橋244根斜拉索用頻率法測量斜拉索索力變化情況。以上觀測項目在交工驗收后第1年內(nèi)每半年觀測1次，以后每年觀測1次。若出現(xiàn)地震、風(fēng)暴等特殊荷載或結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常情況，需增加觀測次數(shù)。</p><p><b>　　4.3精度分析</b></p><p>　　4.3.1全站儀測量的精度分析</p><p>　　全站儀測量空間點三維坐標(biāo)中誤差為：<

57、;/p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中符號及意義說明如下：</p><p>　?。?）Ｖ代表豎直角觀測值，Ａ為坐標(biāo)方位角，Ｓ為斜

58、距觀測值，Ｒ為地球半徑，ρ=206265″；</p><p>　?。?）MXP，MYP和MHP分別為觀測點ｐ的三維坐標(biāo)中誤差；</p><p>　?。?） MXN，MYN和MHN分別為測站三維坐標(biāo)中誤差的平面分量和高程分量，包括控制點本身點位中誤差和架設(shè)儀器誤差。由于每次觀測時都采用同一測站和后視方向，因此，控制點本身誤差不影響觀測點精度，同時在固定觀測墩上使用強制對中器，儀器對中誤差可控

59、制在0.1mm之內(nèi)，故該項誤差可忽略不計；</p><p>　?。?）MS為測距中誤差，由儀器標(biāo)稱精度確定： MS=a+b·S (ａ為固定誤差，ｂ為比例誤差系數(shù)）；</p><p>　?。?）MV和MA分別為豎直角和坐標(biāo)方位角中誤差，因全站儀具有豎軸補償器，故， ）MV=MA =Mβ (Mβ為水平角觀測中誤差， ，μ為儀器標(biāo)稱精度）沒；</p><p>　

60、?。?）ＭＫ為大氣折光系數(shù)代表性誤差，一般取MK =0.05；</p><p>　　（7）Mi為棱鏡對點中誤差，Mr為棱鏡高量測中誤差，因監(jiān)測點棱鏡用強制對中器固定在橋塔頂部，此兩項誤差可忽略不計，故Mi=Mr=0。</p><p>　　將上式中平面誤差部分合并得：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><

61、p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　當(dāng)取距離最大為500ｍ，豎直角最大為20°，采用測距標(biāo)稱精度為±(1+1×10-6·Ｓ）mm，測角標(biāo)稱精度為±1″，補償器精度為±0.3″的全站儀觀測一測回，代入上式計算，可以得出：MXY=±3.71mm，MH =±3.83mm。在實際工程中，全站儀實

62、際觀測精度一般要比標(biāo)稱精度低，若假定實際測角精度為±2″，測距精度為±(2+2×10-6·Ｓ）mm，補償器精度為±0.3″，觀測一測回，代入上式計算，可以得出： MXY =±7.41mm， MH =±6.82mm，若觀測二測回，則： MXY =±5.24mm， MH =±5.03mm?？梢姡黾佑^測測回數(shù)或縮短觀測距離，可以提高精度。</p&

63、gt;<p>　　4.3.2沉降變形觀測的精度分析</p><p>　　假設(shè)，和，分別為ｊ點和ｋ點在第ｉ和ｉ-1周期觀測所得的高程中誤差，則ｊ點和ｋ點的沉降量中誤差分別為：</p><p><b>　　（4-6）</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>

64、　　于是ｊ點和ｋ點不均勻沉降量的中誤差為：</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　由于每周期觀測時，均采用同一觀測方案，由同一臺儀器和同一組人員，在外界環(huán)境大致相同的條件下進(jìn)行觀測，故假設(shè)：</p><p><b>　?。?-9）</b></p><p><b&g

65、t;　　則有：</b></p><p>　　南豐儺鄉(xiāng)大橋塔基礎(chǔ)承臺上的監(jiān)測點距最遠(yuǎn)基準(zhǔn)點不超過600ｍ，精密水準(zhǔn)測量每測站水準(zhǔn)路線長一般不超過60ｍ，則由基準(zhǔn)點到監(jiān)測點的測站數(shù)為ｎ=600/60=10，所以：</p><p>　　式中Ｍ站為每一測站精密水準(zhǔn)所測高差的中誤差。</p><p>　　采用每公里觀測高差中誤差為±0.3的精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行

66、觀測，則：</p><p>　?。驼?±0.30×0.06=±0.018，</p><p>　　于是每一監(jiān)測點沉降量的中誤差為：</p><p>　　故采用每公里觀測高差中誤差為±0.3的精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測，符合《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》對儀器的要求，足以把大于±1.0的不均勻沉降量反映出來。</p>

67、<p>　　4.4部分觀測結(jié)果及其分析</p><p>　　4.4.1南豐儺鄉(xiāng)大橋索塔變位</p><p>　　觀測結(jié)果列于表4-1，從9期的坐標(biāo)變化量來看，塔頂變位較大，在2012年6月的測量中出現(xiàn)過最大變化量值：X方向（南北向）為+68.0mm（向南），Y方向（東西向）為＋63.7mm（向下游）。這是索塔柱受日照、風(fēng)力作用所至，屬正?，F(xiàn)象。</p><p

68、>　　對塔基礎(chǔ)9期監(jiān)測的坐標(biāo)（X、Y、Z）變化量均在±10.0mm以內(nèi)變動，但也偶而出現(xiàn)較大的最大變化量，其量值X方向為－11.0mm（向北），Y方向（東西向）為＋21.2mm（向上游），H方向（垂直向）為＋18.0mm（向下），該變化量主要由測量誤差引起，并非是塔基礎(chǔ)發(fā)生了位移。因為，在對橋墩所采用的前方交會測量方法雖是變形監(jiān)測中常規(guī)和有效的方法，對塔柱觀測所使用的儀器也是目前世界最高精度的測量儀器，但由于所監(jiān)測的點均

69、在江中，人無法直接到達(dá)，另外還存在許多不利因素，如交會角較小、交會距離長、大氣折光和水汽蒸發(fā)等等，這些因素均大大降低了測量精度。以“北塔南向下游梁下”點為例，監(jiān)測點離岸上兩控制點距離分別為1014m和1011m，交會角為16°，根據(jù)誤差理論分析可知，僅觀測誤差就達(dá)±12.2mm，若考慮大氣折光等其他因素，測量誤差還將更大些。因此，可以認(rèn)為南北索塔基礎(chǔ)未出現(xiàn)明顯變位。從對索塔下橫梁上門洞內(nèi)水準(zhǔn)點（鋼箱梁吊裝前建立的）聯(lián)

70、測結(jié)果，其差值較小，也可以認(rèn)為索塔基礎(chǔ)未出現(xiàn)沉降位移。</p><p>　　4.4.2南豐儺鄉(xiāng)大橋橋面線形（撓度）</p><p>　　表4-2為南豐儺鄉(xiāng)大橋的主橋段（鋼箱梁段）測點高程的各期觀測值。從8期結(jié)果比較可以看出，主橋段標(biāo)高變化在-23.4~+15.2mm之間。綜合8期的觀測結(jié)果可以看出，橋梁線形（標(biāo)高）明顯有季節(jié)性的變化規(guī)律，隨著環(huán)境溫度的變化而升降，這種變化量值在鋼箱梁段尤為

71、明顯，最大處近3cm。將各期觀測結(jié)果用Excel圖形顯示從橋面線形變化曲線可以看出，南豐儺鄉(xiāng)大橋橋面未產(chǎn)生撓曲變化。</p><p>　　表4-1 南豐儺鄉(xiāng)大橋索塔變位監(jiān)測數(shù)據(jù)</p><p><b>　　說明：</b></p><p>　?。?） 平面坐標(biāo)采用橋軸坐標(biāo)系，高程采用黃海高程；</p><p>　　（

72、2） X方向平面位移：“＋”表示向南岸位移，“－” 表示向北岸位移；</p><p>　?。?） Y方向平面位移：“＋”表示向上游位移，“－” 表示向下游位移；</p><p>　　（4） H方向垂直位移：“＋”表示下沉，“－” 表示上升。</p><p>　　表4-2 南豐儺鄉(xiāng)大橋主橋路面標(biāo)高監(jiān)測數(shù)據(jù)</p><p><b>

73、;　　說明：</b></p><p>　?。?） 點號“Z##”表示位于中央分隔帶護(hù)欄上的監(jiān)；</p><p>　?。?） 表中沉降量：“+”表示下沉，“-”表示上升；</p><p>　?。?） “NTX”位于南塔下游塔柱門洞內(nèi)，“BTS” 位于北塔上游塔柱門洞內(nèi)，“NTS”位于南塔上游塔柱門洞內(nèi)（本次未聯(lián)測）。這三點均為鋼箱梁吊裝前建立的水準(zhǔn)點，原始

74、高程值為：NTX：39.0130m； NTS：38.9441m； BTS：38.9766m。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　通過九期的觀測，我們看出塔頂?shù)淖兾惠^大，但綜合考慮九期數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)變位的原因是因為測量誤差造成的，基本可以認(rèn)定為偶然誤差，主要原因是氣候變化導(dǎo)致的大氣折光及水汽蒸發(fā)造成的觀測誤差，以及溫度變化引

75、起的熱脹冷縮。無論是索塔還是橋梁線形都有明顯的季節(jié)性變位。綜上所述，我們可以發(fā)現(xiàn)目前為止，整個南豐儺鄉(xiāng)大橋的“健康狀況”良好，在排除地震等不可抗拒因素的情況下，南豐儺鄉(xiāng)大橋達(dá)到了設(shè)計目標(biāo)。</p><p>　　也通過這次實習(xí)，讓我知道，箱梁結(jié)構(gòu)的橋梁在穩(wěn)定性上大于普通型橋梁。而在江中的控制點，也是變形監(jiān)測的難點。如遇漲潮期間，要重設(shè)控制點，在江兩岸觀測，這也不可避免的帶來了一定的誤差，就需要進(jìn)行多次的連續(xù)觀測，增

76、加了很多工作量。而在變形監(jiān)測工程中，GPS的應(yīng)用無疑可以減輕很多工作壓力，減少許多工作時間?？墒怯捎诮?jīng)費以及地域原因，我們?nèi)匀皇褂玫氖堑孛鏈y量。</p><p>　　而在這次橋梁變形監(jiān)測中我們發(fā)現(xiàn)，橋梁的索塔變形受環(huán)境因素影響最大，墩臺沉降及位移主要和當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況以及江水的流速有關(guān)。箱梁受溫度變化影響大，最大的變化值達(dá)到3cm。所以在橋梁建設(shè)設(shè)計中，我們應(yīng)綜合考慮各項因素，再決定所建橋梁結(jié)構(gòu)及類型。</p

77、><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　時光如梭，四年，轉(zhuǎn)眼即逝。往事追憶，點滴，心頭躍然。</p><p>　　回首這四年來，給與我支持和幫助的人，積萬語與一言，默默的從心靈深處感恩。</p><p>　　首先感謝我的父母，我的家人，這么多年來一直給與我的付出和支持，是你們的艱辛和汗水，造就了今天的我，

78、讓我能能夠一路順利的走到今天。</p><p>　　再者，我要感謝這幾年來授予我知識的老師們，是你們的辛勤付出和不懈努力，讓我受益匪淺，學(xué)到了那么多的東西。特別感謝我的導(dǎo)師xx老師，在這次的論文工作中，XX老師的細(xì)心指導(dǎo)讓我深受感觸，是她的認(rèn)真和嚴(yán)格，使我能夠順利完成這次的論文。</p><p>　　最后，我要感謝一直陪伴在我身邊的同學(xué)朋友們，謝謝你們一直以來對我的關(guān)系和幫助，一直以來對我

79、的支持，是你們帶給了我豐富的大學(xué)生活，陪我走出了失落的低谷。感謝你們一直對我的諒解，未來的路上，不管你們在哪，永遠(yuǎn)都是我最真心的朋友。</p><p>　　感謝所有關(guān)心和幫助過我的人，并致以最誠摯的祝福！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 吳棟才.大跨度斜拉橋變形監(jiān)測研究[J] .《測繪學(xué)報》.2002

80、年</p><p>　　[2] 馬真安.淺談橋梁施工和運營期的變形監(jiān)測[J] .《城市道橋余防洪》.2007年</p><p>　　[3] 賀志勇.番禹大橋變形監(jiān)測[J] . 《國外橋梁》.2002年</p><p>　　[4] 呂光明.變形監(jiān)測應(yīng)用于橋梁建設(shè)中的探討[J] . 《新疆有色金屬》.2008年</p><p>　　[5]

81、 張志紅.運營期橋梁結(jié)構(gòu)性能的檢測與評價[J] . 《科學(xué)之友》.2007年</p><p>　　[6] 樊澤恩.運營期橋梁結(jié)構(gòu)性能的檢測與評價[J] .《科技情報開發(fā)與經(jīng)濟》.2007年</p><p>　　[7] 伏曉寧.大跨度斜拉橋運營期的變形監(jiān)測[J] . 《中外公路》.2004年</p><p>　　[8] 侯建國，王騰軍.變形監(jiān)測理論與應(yīng)用[M]

82、. 北京:測繪出版社.2008年：181-189</p><p>　　[9] 李青岳，陳永奇.工程測量學(xué)[M] . 北京:測繪出版社.2008年：372-378</p><p>　　[10] DING Xiaoli，,LIU Guoxiang，LI Zhiwei，et al.2004.Pre-and Ground Settlement Monitoring in Hong Kong wi

83、th Satellite SAR Interferometry[J].Photogrammetric Engineering and Remote Sensing，70(10):1151-1156</p><p>　　[11] DING Xiaoli，CHEN Yongqi，HUANG Dingfa，et al.2000.Slope Monitoring Using GPS:a Multi-Antenna App