大跨度斜拉桥变形监测研究.doc

现代大跨度斜拉桥变形监测研究吴弘（长沙理工大学交通运送工程学院湖南长沙）摘要：随着大跨度桥梁的大量建设，桥梁结构安全受到前所未有的重视。大跨度斜拉桥的长度与跨径较大，具有较好的跨越能力，方便通航，但大型桥梁事故容易导致重大生命和财产损失。在介绍现代大跨度桥梁变形监测的内容、变形监测的方案与资料分析的同时，结合对某跨越长江的斜拉桥的监测实践，指出运用现代测量仪器和技术，如GPS定位系统、测量机器人等不仅完全可以满足大跨度桥梁管理部门提出的规定，并且还可以提高测量速度，其测量成果也具有很高的精度。关键词：斜拉桥；动态特性；变形监测；监测体系1概述大型斜拉桥是近代发展起来的新型桥梁，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，斜拉段具有柔性特性。在这类桥梁的施工测量中，人们已针对动态施工测量作了一些研究并取得了一些经验。在竣工通车运营期间，如何针对它们的柔性结构与动态特性进行监测是人们十分关心的另一问题。尽管目前有些桥梁已建立了了解结构内部物理量的变化的桥梁健康系统，它对于了解桥梁结构内力的变化、分析变形因素无疑有着十分重要的作用。然而,要真正达成桥梁安全监测之目的，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十分必要的。本文结合已通车运营的某长江大桥进行变形监测的实践介绍了相应的变形监测系统。2变形机理与监测内容桥梁产生变形的因素，归结起来有以下几类：（1）自然条件及其变化，即桥墩台地基的工程地质、水文地质、土壤物理性质、大气温度、水位变化及地震等。（2）与桥梁自身相联系的因素，动荷载和风力等。车辆动荷载和人群动荷载，本质上是逼迫共振现象，桥梁结构振动影响桥面行车的舒适与安全，加大振动变形，甚至使桥梁完全破坏；洪水、船舶、水中悬浮物、北方河中浮冰等等，都也许对桥墩产生撞击，而使桥梁产生局部变形。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监测的结果在某一周期的变形值，也就是说，它只是时间的函数。动态变形是指在外力影响下产生的变形，它是以外力为函数，表达动态系统对于时间的变化，其监测结果表达桥梁在某时刻的瞬时变形。桥梁结构在荷载和环境因素作用下产生的变形提成两类：一类变形能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；整体变形的能力可以概括结构整个工作的全貌，因此，在所有监测项目中，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，称为局部变形。最能表现老化(或缺陷)的特性是裂缝，裂缝的部位、方向揭示桥梁老化(或缺陷)部位和性质。桥梁工程监测分为施工监测和运营监测。大跨度桥梁监测是桥梁施工和运营的重要组成部分，不管何种类型的桥梁，其施工监测一般涉及几何参数监测，重要为桥梁上部结构的扰度、线形、倾斜及下部结构的位移、沉降变形监测等，结构物理参数监测涉及桥梁各部分的应力、应变、徐变、混凝土温度等参数的监测，环境参数监测涉及有风力、风向、温度、地震、交通荷载等因素监测。对斜拉桥索塔的变形监测,现行城市桥梁养护技术规范只规定对斜拉桥的墩、台身及索塔的沉降量进行监测，而现行公路桥涵养护规范则不仅规定对墩、台身及索塔的高程进行监测，并且还规定监测墩、台身及索塔的倾斜度。考虑到特大型、大型桥梁的重要性，不管是公路桥梁还是城市桥梁，在控制检测中一般规定检测墩、台身及索塔高程和倾斜度。3变形观测系统的布置3.1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)顶面相应的桥面上；桥面线形与挠度观测点布置在主梁上。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相应;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。3.2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1.5m的上塔柱侧壁上,每柱两点。3.3水平位移监测桥面水平位移重要是指垂直于桥轴线方向的水平位移。重要由基础位移、倾斜及外界荷载(风、日照、车辆等)等引起，对大跨径斜拉桥和悬索桥，风荷载可使桥面产生大幅度摆动，对桥梁安全运营十分不利。测定水平位移的方法与桥梁形状有关：直线形桥梁，一般采用基准线法、测小角法等；曲线桥梁，一般采用三角测量法、交会法、导线测量法等。结合桥梁两岸地形地质条件和其他建筑物分布、水平位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，水平位移观测基准网分两极布设，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，用它们测定桥面观测点的水平位移。3.4垂直位移监测为了便于观测和使用方便，一般将