摘要变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的发展态势进行预测等的各项工作。桥梁变形可分为静态变形和动态变形。静态变形通常是指变形观测的结果只表示在某一期间内的变形值。动态变形是指在外力影响下而产生的变形,它是以外力为函数来表示的动态系统对于时间的变化,其观测结果是表示桥梁在某个时刻的瞬时变形。

关键词桥梁;变形;监控

1桥梁变形观测的几个概念

各桥墩台的沉降观测,这当中包含各墩台沿水流方向(或沿垂直于桥轴线方向)和沿桥轴线方向的倾斜观测,通称为垂直位移观测;各桥墩台在上下游方向上的水平位移观测,称之为横向位移观测;各桥墩台沿桥轴线方向的水平位移观测,称之为纵向位移观测;桥墩结构(如钢梁)在恒载或活载情况下的挠度观测,称之为挠度变形观测;水中桥墩基础周围河床演变情况的观测,即桥墩周围的水下地形测量。

2桥梁产生变形的原因

2.1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。

2.2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)。

2.3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。

3大型桥梁变形监控的内容和目的

3.1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。

3.2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。

4桥梁变形的观测方法

4.1大地测量方法

也叫做常规地面测量方法,它是变形观测的主要手段,垂直位移观测采用的是精密水准测量和精密跨河水准测量因横向位移观测中,遇到直线桥梁按基准线法观测,如测小角法和活觇牌法。如果是曲线桥梁,则应利用导线测量方法。纵向位移观测通常采用最精密的光电测距仪,如,由瑞士Kern厂生产的、测程可达2.5km的MekometerME3000,其精度为0.3mm1ppm;还有测程可达5.0km的ME 5000,其精度为0.2mm(0.2～1)ppm。如桥跨距较短,可用特制的因瓦线尺或钢线尺来测定相邻桥墩之间的跨距变化。桥跨结构的恒载和活载的挠度观测采用四等水准测量。该方法具有以下优点:1)可以提供桥墩,桥跨结构的变形状态;2)把观测量组成网的形式,便于进行测量结果的处理和精度评定;3)灵活性好,适用于各种结构形式的桥梁以及不同的外界条件和精度要求。其缺点是外业工作量大,作业时间长,很难解决连续监测及测量过程的自动化问题。

4.2特殊的测量方法

包括倾斜测量和激光准直测量。在垂直位移观测过程中,对于墩台本身的倾斜可使用短基线倾斜仪,如垂直摆锤式和水准气泡式倾斜仪来测定两点之间的高差变化;而对于相邻墩台的高差变化可使用长基线倾斜仪进行测定。长基线倾斜仪采用静力水准原理制成,其精度可达到10-6。在横向位移观测中,采用激光准直,如激光经纬仪准直和波带板激光准直来测量各桥墩上观测点与激光束的偏离值。在大气条件下,激光准直的精度为10-5～10-6。特殊测量方法同大地测量方法相比,具有以下优点:1)使测量过程简单化;2)容易解决连续监测和自动化观测的问题;3)可以提供局部的变形信息。

5注意事项

在桥梁变形测量中,确定合理的测量精度是至关重要的,精度要求过高会使测量工作变得复杂,经费大,时间长;精度太低又会增加变形分析的难度,所估计的变形参数误差变大,甚至得出不正确的结论。桥梁变形观测的精度取决于变形值的大小、变形速度、观测仪器和方法所能达到的实际精度,以及观测的目的等。一般情况,如果桥梁变形观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值,以确保桥梁的安全,则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10～1/20;如果观测的目的是为了研究其变形的过程,则其中误差应比上面这个数值小得多,甚至应采用目前测量手段和测量仪器所能达到的最高精度。桥梁变形观测的频率取决于变形值的大小、变形速度和观测的目的。一般要求观测次数既能反映出变化的过程,又不遗漏变化的时刻。具体地说,在桥梁建成初期,变形的速度比较快,观测频率要大一些。经过一段时间后,桥梁趋于稳定,可以减少观测次数,但一定要坚持定期观测。例如,武汉长江大桥每年四至五月份进行一次变形观测。

大型桥梁结构的安全状况一直是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.下载本文