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中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預(yù)警與評價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
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變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測橋梁檢測中的應(yīng)用
更新時(shí)間:2021-04-10 17:51
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隨著我國橋梁建設(shè)事業(yè)的迅猛發(fā)展,橋梁結(jié)構(gòu)和形勢日趨復(fù)雜,規(guī)模也越來越大,橋梁的施工正朝著超大化的方向發(fā)展,對其進(jìn)行變形監(jiān)測也就顯得尤為重要。本文進(jìn)一步分析了變形監(jiān)測技術(shù)在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用,以供參考。

橋梁的變形監(jiān)測是對橋梁整體性能的監(jiān)測,其基于工程測量的原理、技術(shù)和精密測量儀器,對橋梁在垂直方向和水平方向的位移變形進(jìn)行定期或?qū)崟r(shí)監(jiān)測,并通過繪制相應(yīng)的位移變形影響線或影響面來監(jiān)測橋梁各部位位移的變形狀態(tài),預(yù)測其變形規(guī)律,為橋梁的維修、養(yǎng)護(hù)和管理決策提供依據(jù)和指導(dǎo)。

根據(jù)橋梁的變形性質(zhì),將橋梁變形監(jiān)測分為:

1)橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)監(jiān)測。墩臺(tái)在地基環(huán)境和水流沖刷的影響下會(huì)發(fā)生沉降變形及水平位移,以沉降監(jiān)測為主。

2)橋梁主體結(jié)構(gòu)監(jiān)測。包括橋面垂直位移監(jiān)測、橋面水平位移監(jiān)測、橋面撓度監(jiān)測及斜拉橋塔柱的水平位移監(jiān)測、整體傾斜監(jiān)測、撓度監(jiān)測、伸縮量監(jiān)測等。橋面變形主要由橋墩的位移、傾斜及外界荷載等引起,直接影響過橋行車的安全,對橋梁的安全營運(yùn)十分重要;塔柱主要通過斜拉索支撐主體的荷載,變形主要由外界荷載產(chǎn)生,及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握塔柱的變形狀況對評判斜拉橋的安全狀態(tài)十分重要。

3)為完成上述監(jiān)測,需建立相應(yīng)的基礎(chǔ)控制網(wǎng),保證橋梁變形監(jiān)測的精度。

根據(jù)不同的測量要求和規(guī)范,橋梁變形測量的等級(jí)及精度要求也各不相同。在實(shí)際的工程監(jiān)測中,需要根據(jù)不同的規(guī)范要求實(shí)施監(jiān)測。

1)橋面沉降監(jiān)測主要是監(jiān)測橋梁在垂直方向上的變形。在沉降觀測中,需要始終遵循“五定原則”,即基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)、觀測點(diǎn)點(diǎn)位要穩(wěn)定;所用儀器、設(shè)備要穩(wěn)定;觀測人員要穩(wěn)定;觀測環(huán)境條件要一致;觀測路線、鏡位、程序和方法要固定。橋面沉降監(jiān)測的主要內(nèi)容包括:沉降觀測點(diǎn)布設(shè)及網(wǎng)的測量、沉降監(jiān)測、跨河橋沉降觀測等。沉降觀測網(wǎng)一般采用閉合水準(zhǔn)路線或附合水準(zhǔn)路線,用高精度數(shù)字水準(zhǔn)以進(jìn)行觀測。而對于跨河橋沉降觀測,由于橋墩在河中時(shí),觀測采用閉合水準(zhǔn)測量。在橋臺(tái)上架設(shè)儀器,觀測前后相鄰橋臺(tái)測點(diǎn),返測時(shí)測量往測時(shí)未測量的測點(diǎn),對于中間聯(lián)測部分,通過往測已測點(diǎn)來進(jìn)行觀測。

2)橋梁的水平監(jiān)測主要是通過監(jiān)測橋梁承臺(tái)的水平位移來對其進(jìn)行監(jiān)測,其監(jiān)測的主要內(nèi)容包括水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)觀測及水平位移觀測點(diǎn)測量兩個(gè)主要內(nèi)容。在實(shí)施承臺(tái)水平位移監(jiān)測的過程中,首先需要對控制網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)和校核,對只布設(shè)一條基準(zhǔn)線的大橋,只需進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)距離測量,但需要建立校核點(diǎn),作為檢核基準(zhǔn)線穩(wěn)定性的條件。對于多條基線的大橋,除上述檢核之外,還需進(jìn)行相鄰基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離及角度測量。在具體的水平位移觀測點(diǎn)觀測中,其觀測精度主要受測角誤差和測距誤差的影響。

橋梁變形監(jiān)測方法及技術(shù)分析

傳統(tǒng)橋梁變形監(jiān)測方法:與其他工程建筑物相比,橋梁構(gòu)造較復(fù)雜且細(xì)微的變形可能造成較大的應(yīng)力變化,因此對橋梁監(jiān)測精度要求較高。橋梁變形監(jiān)測方法有多種,常規(guī)大地測量法和物理傳感器法是獲取變形數(shù)據(jù)的主要手段,因其具有簡單、易行、成本低等優(yōu)點(diǎn),較適合大眾化監(jiān)測。

1)常規(guī)大地測量方法:常規(guī)大地測量法是20世紀(jì)80年代前最主要的橋梁變形測量方法,通常采用電子或光學(xué)測量儀器(包括水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、電磁測距儀、全站儀等),根據(jù)橋梁監(jiān)測需求,周期性、重復(fù)性地測量角度和距離等來獲取橋梁監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo),進(jìn)而確定橋梁結(jié)構(gòu)的垂直位移和水平位移。該方法具有較高的靈活性,測量精度高,隨著各種精密儀器的出現(xiàn),大地測量方法在橋梁監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用,能適用于多種不同結(jié)構(gòu)形式的橋梁變形監(jiān)測精度要求。但在實(shí)際工作中該方法監(jiān)測速度慢,自動(dòng)化程度較低,且需要投入大量的人力、物力,易受現(xiàn)場地形條件、天氣和通視等條件的影響。

2)物理傳感器方法:常規(guī)大地測量法只能獲取橋梁整體變形信息,而橋梁局部變形的監(jiān)測不容忽視,于是將物理傳感器引入局部橋梁監(jiān)測中。目前用來測定橋梁局部變形的物理傳感器主要包括測力計(jì)、應(yīng)變計(jì)、位移計(jì)、傾斜儀、重量動(dòng)態(tài)測量儀、銹蝕檢測儀、電子水平儀及振動(dòng)、溫度、風(fēng)力、壓力、濕度、雨量等傳感器。物理傳感器法的特點(diǎn)是能獲取觀測橋梁內(nèi)部的應(yīng)力、壓力、傾斜角度、溫度變化及高精度的局部變形信息,且能長期連續(xù)地自動(dòng)觀測。

近年來,隨著3S技術(shù)尤其是遙感技術(shù)和導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷發(fā)展,計(jì)算機(jī)技術(shù)和空間技術(shù)等的迅猛興起,變形測量技術(shù)發(fā)生了革命性的變化,推動(dòng)橋梁變形監(jiān)測技術(shù)從地面擴(kuò)展到空間、從靜態(tài)到動(dòng)態(tài),逐漸實(shí)現(xiàn)全天候、自動(dòng)化監(jiān)測。目前橋梁變形監(jiān)測中應(yīng)用較廣的3S技術(shù)包括攝影測量技術(shù)、GPS技術(shù)及雷達(dá)干涉測量技術(shù)。

1)攝影測量技術(shù):利用攝影測量技術(shù)進(jìn)行橋梁變形監(jiān)測可行,適合于大范圍地面變形監(jiān)測,但與全站儀監(jiān)測相比,該方法精度不是很高,且測量設(shè)備成本高,在橋梁的適用研究中還需進(jìn)一步探索。

2)GPS測量技術(shù):GPS技術(shù)應(yīng)用于橋梁變形監(jiān)測能達(dá)到毫米級(jí)的精度,大大減少了外業(yè)工作量,降低了人為因素的影響。然而對于部分橋梁,監(jiān)測點(diǎn)的天頂通視差,監(jiān)測精度受到影響,當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)較多時(shí)其成本較高;且與全站儀相比,其垂直位移監(jiān)測精度較低,還有待提高。

3)雷達(dá)干涉測量技術(shù):采用INSAR技術(shù)提取高程的精度可達(dá)數(shù)米,而運(yùn)用差分干涉手段(D-INSAR)可達(dá)到厘米級(jí)甚至毫米級(jí),對橋梁微小形變的監(jiān)測應(yīng)用潛力巨大。由意大利IDS公司與弗洛倫薩大學(xué)聯(lián)合研制的遙感干涉測量系統(tǒng)IBIS-S已應(yīng)用于大型橋梁及建筑物的變形監(jiān)測,錢塘江大橋、金沙江大橋、石崆山大橋的靜態(tài)監(jiān)測、動(dòng)態(tài)監(jiān)測及自振頻率監(jiān)測結(jié)果表明IBIS-S可以在較短時(shí)間內(nèi)獲取橋梁靜態(tài)、動(dòng)態(tài)撓度變化,擁有最高200Hz的自振頻率,靜態(tài)精度0.1mm,動(dòng)態(tài)精度0.01mm;利用IBIS-S和角反射器配合,可提取橋墩任意位置的微變形;在斜拉橋的應(yīng)用中,IBIS-S一次可對多根索同時(shí)進(jìn)行測量,無需阻斷交通。作為一種全新的變形測量技術(shù),其價(jià)格較昂貴,且無法直接獲取目標(biāo)物的三維信息,需通過投影獲得,若與三維激光掃描等技術(shù)結(jié)合,更能發(fā)揮其優(yōu)勢。

橋梁變形監(jiān)測涉及到橋梁的運(yùn)行、管理和維護(hù),因而在保證公共出行交通等方面具有重要的意義。因而,需要根據(jù)不同的實(shí)地觀測情況,做出具體的布設(shè)方案來解決實(shí)際工程應(yīng)用。

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