大跨度橋梁沉降觀測與線性控制

1、第一部分 大跨度橋梁沉降觀測第二部分 大跨度橋梁線形控制Haibo Liu PhD. SWJTU1.1 1.1 大跨度橋梁沉降觀測意義與目的大跨度橋梁沉降觀測意義與目的 1.2 1.2 橋梁沉降的危害橋梁沉降的危害 1.3 1.3 橋梁沉降產(chǎn)生的原因橋梁沉降產(chǎn)生的原因 1.4 1.4 沉降觀測的要求沉降觀測的要求 1.5 1.5 工后沉降的計(jì)算工后沉降的計(jì)算 1.61.6 橋梁沉降觀測的方法橋梁沉降觀測的方法 1.71.7 沉降評估技術(shù)沉降評估技術(shù) 第一部分第一部分 大跨度橋梁沉降觀測大跨度橋梁沉降觀測 Haibo Liu PhD. SWJTU1.1 大跨度橋梁沉降觀測意義與目的 客運(yùn)專線無碴

2、軌道的永久變形，通常只能通過扣件進(jìn)行調(diào)整以恢復(fù)其正常的幾何形狀，而扣件的調(diào)整量非常有限。 目前的要求是在無碴軌道施工完成后，墩臺均勻沉降量不超過20mm，相鄰墩臺的沉降差不超過5mm。 除了扣件調(diào)整外，還可以通過專門的無碴軌道特殊支座舉行調(diào)整，調(diào)整量可以達(dá)到數(shù)公分，但專門支座的成本較高。Haibo Liu PhD. SWJTU1.1 大跨度橋梁沉降觀測意義與目的 對于高速鐵路或客運(yùn)專線，橋涵后不均勻沉降量過大會造成線路的平順性較差，從而引起列車振動、輪軌動力作用增大，導(dǎo)致列車通過時(shí)產(chǎn)生巨大的沖擊力；在高速行車條件下，列車平穩(wěn)、舒適、安全性指標(biāo)方面下降嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致列車脫軌。 廣義上講，對大跨度

3、橋梁結(jié)構(gòu)，除了基礎(chǔ)、墩臺沉降會引起線路現(xiàn)行變化，還應(yīng)包括大跨混凝土結(jié)構(gòu)的溫度變形、長期收縮徐變等因素導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形。 Haibo Liu PhD. SWJTU1.1 大跨度橋梁沉降觀測意義與目的橋梁沉降監(jiān)測目的 針對大橋正常工作狀態(tài)下進(jìn)行定期沉降觀測，通過對各期監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理和分析，并借助橋梁結(jié)構(gòu)、工程地質(zhì)等資料，得出大橋正常運(yùn)營狀態(tài)下的下沉值，找出大橋下沉規(guī)律和趨勢，分析大橋下沉的原因。 為橋梁的運(yùn)營養(yǎng)護(hù)、線路標(biāo)高調(diào)整提供技術(shù)依據(jù)；同時(shí)檢查大橋設(shè)計(jì)，施工質(zhì)量，同時(shí)為科學(xué)研究提供相關(guān)信息。Haibo Liu PhD. SWJTU1.2 橋梁沉降的危害 1）引起鐵路線路的不平順）引起鐵路線路的不

4、平順 橋梁的不均勻沉降量過大會造成橋梁的不均勻沉降量過大會造成線路的平順性較差線路的平順性較差，從而引起從而引起列車振動、輪軌動力作用增大列車振動、輪軌動力作用增大，導(dǎo)致列車通過時(shí)，導(dǎo)致列車通過時(shí)產(chǎn)生巨大的沖擊力產(chǎn)生巨大的沖擊力；在高速行車條件下，；在高速行車條件下，列車平穩(wěn)、舒適、列車平穩(wěn)、舒適、安全性指標(biāo)方面下降嚴(yán)重安全性指標(biāo)方面下降嚴(yán)重，甚至導(dǎo)致，甚至導(dǎo)致列車脫軌列車脫軌。 Haibo Liu PhD. SWJTU1.2 橋梁沉降的危害 2）不均勻沉降裂縫）不均勻沉降裂縫 對于超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)承載力不均勻或結(jié)構(gòu)對于超靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)承載力不均勻或結(jié)構(gòu)在不同部位的荷載差異較大發(fā)生

5、不均勻沉降時(shí)，引起構(gòu)件在不同部位的荷載差異較大發(fā)生不均勻沉降時(shí)，引起構(gòu)件的約束變形，使結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生變化，當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力超的約束變形，使結(jié)構(gòu)內(nèi)力發(fā)生變化，當(dāng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力超過自身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，在結(jié)構(gòu)的薄弱部位就會過自身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，在結(jié)構(gòu)的薄弱部位就會產(chǎn)生沉降裂產(chǎn)生沉降裂縫縫。這類裂縫一般寬度大，數(shù)量少，多為深進(jìn)或貫穿性的，。這類裂縫一般寬度大，數(shù)量少，多為深進(jìn)或貫穿性的，其位置與沉降方向一致。其位置與沉降方向一致。 大跨度橋梁的墩臺沉降、收縮徐變，除了導(dǎo)致上述結(jié)果外，還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力體系發(fā)生明顯的變化。Haibo Liu PhD. SWJTU1.2 橋梁沉降的危害 3）公路橋梁的橋頭跳車）

6、公路橋梁的橋頭跳車 橋臺與路堤之間由于剛度的不同，往往出現(xiàn)非均勻橋臺與路堤之間由于剛度的不同，往往出現(xiàn)非均勻沉降，引起路面標(biāo)高突變，導(dǎo)致沉降，引起路面標(biāo)高突變，導(dǎo)致車輛通過時(shí)產(chǎn)生顛簸車輛通過時(shí)產(chǎn)生顛簸，這，這種現(xiàn)象即為橋頭跳車。種現(xiàn)象即為橋頭跳車。 橋頭跳車會使駕駛者及乘客產(chǎn)生不適感，影響道路橋頭跳車會使駕駛者及乘客產(chǎn)生不適感，影響道路服務(wù)水平；同時(shí)橋頭跳車對橋梁和道路產(chǎn)生附加沖擊荷載，服務(wù)水平；同時(shí)橋頭跳車對橋梁和道路產(chǎn)生附加沖擊荷載，會加速橋臺、橋頭搭板、支座和伸縮縫的損害。會加速橋臺、橋頭搭板、支座和伸縮縫的損害。 Haibo Liu PhD. SWJTU2.3 橋梁沉降產(chǎn)生的原因 按照

7、橋梁沉降主要來源及特征可分為橋梁內(nèi)部因素與外部因素引起的變形。 1）內(nèi)部因素引起的變形合理變形：荷載分布不均衡荷載分布不均衡 ，施工誤差變形施工誤差變形 ，混凝土結(jié)構(gòu)自身的收縮徐變等。，混凝土結(jié)構(gòu)自身的收縮徐變等。 2）外部因素引起的變形：基礎(chǔ)形變，基礎(chǔ)下地質(zhì)構(gòu)造不均勻，季節(jié)性和周期性的溫度和地下水的變化引起以及受風(fēng)力引起的擺動等 Haibo Liu PhD. SWJTU1.3 橋梁沉降產(chǎn)生的原因 大跨度橋梁不均勻沉降的原因主要可以分為以下幾種 ：（1）地質(zhì)勘察精度不夠、試驗(yàn)資料不準(zhǔn)。）地質(zhì)勘察精度不夠、試驗(yàn)資料不準(zhǔn)。 （2）地基地質(zhì)條件差異太大。）地基地質(zhì)條件差異太大。 （3）結(jié)構(gòu)荷載差異太

8、大。）結(jié)構(gòu)荷載差異太大。 （4）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別大。 （5）分期建造的基礎(chǔ)。）分期建造的基礎(chǔ)。 （6）地基凍脹。）地基凍脹。 （7）橋梁基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)時(shí)，可能造）橋梁基礎(chǔ)置于滑坡體、溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)時(shí)，可能造成不均勻沉降。成不均勻沉降。 （8）橋梁建成以后，原有地基條件變化。）橋梁建成以后，原有地基條件變化。 Haibo Liu PhD. SWJTU1.4 沉降觀測的要求 1）水準(zhǔn)基點(diǎn)設(shè)置要求 沉降觀測工作獨(dú)立建網(wǎng)，精度按二等精度控制，宜按國家一等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求施測。沉降觀測水準(zhǔn)基點(diǎn)從精密控制網(wǎng)最近的水準(zhǔn)基點(diǎn)引測，引測前應(yīng)對引用的水準(zhǔn)

9、基點(diǎn)進(jìn)行檢核。 沉降觀測標(biāo)志的設(shè)置：每個墩、臺均要進(jìn)行沉降觀測，觀測標(biāo)志應(yīng)盡量靠近地面(水面)。觀測點(diǎn)原則上應(yīng)設(shè)在墩身、臺上，每個墩、臺不少于4處，分別設(shè)在每個墩、臺的四角，觀測點(diǎn)距地面(水面)高度應(yīng)在1m左右。 對于長期收縮徐變引起的變形，觀測點(diǎn)應(yīng)該總體沿著橋跨方向等等間接布置。Haibo Liu PhD. SWJTU1.4 沉降觀測的要求 具體原則為“五定”：沉降觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)和被觀測物上的沉降觀測點(diǎn)要穩(wěn)定；所用儀器、設(shè)備要固定；觀測人員要固定；觀測時(shí)的環(huán)境條件基本一致；觀測路線、鏡位、程序和方法要固定。上述原則，皆為降低觀測誤差水平Haibo Liu PhD. SWJTU1.4

10、沉降觀測的要求 2）監(jiān)測儀器、人員 儀器設(shè)備要求：使用精度不低于DSZ1DSZ1的自動安平水準(zhǔn)儀或DS1的氣泡式水準(zhǔn)儀，水準(zhǔn)標(biāo)尺應(yīng)采用與之配套的帶有兩排分劃的線條式銦瓦合金標(biāo)尺，水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)標(biāo)尺各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范(GB 12897-91)有關(guān)規(guī)定，在沉降觀測前和沉降觀測過程中的規(guī)定時(shí)間段應(yīng)對儀器和標(biāo)尺進(jìn)行檢定。 人員應(yīng)具備相關(guān)資質(zhì)，構(gòu)成專業(yè)結(jié)構(gòu)合理，且工作經(jīng)驗(yàn)豐富，確保監(jiān)測工作的順利進(jìn)行。Haibo Liu PhD. SWJTU1.4 沉降觀測的要求 3）沉降觀測周期的確定 應(yīng)以能系統(tǒng)反應(yīng)所測沉降的變化過程而又不遺漏其變化時(shí)刻為原則，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)沉降量大小及外界影響程

11、度來確定。另外，沉降觀測周期的長短與勞動成本密切相關(guān)。 沉降觀測周期的計(jì)算方法：沉降觀測的周期決定于變形值的大小和變形速度，以及觀測的目的。當(dāng)沉降點(diǎn)的高程沉降量沉降量大于或等于沉降點(diǎn)的高程測量誤差測量誤差的若干倍時(shí)，沉降觀測成果才可靠。 Haibo Liu PhD. SWJTU1.4 沉降觀測的要求 特殊情況下沉降觀測周期的確定：在特殊情況下，很難掌握沉降變化速率，如周邊施工地基開挖、地下水處理、基坑維護(hù)等，必須縮短觀測周期縮短觀測周期，以利于監(jiān)測沉降變化規(guī)律。 修復(fù)分類 修復(fù)階段 觀測周期 塌方清理及緊急維護(hù) 1h河岸中央部分 河岸基礎(chǔ)建設(shè) 3h 岸體建設(shè) 1d 塌方清理及緊急維護(hù) 3h河岸

12、兩段部分 河岸基礎(chǔ)建設(shè) 6h 岸體建設(shè) 2d河岸穩(wěn)定期 視沉降量大小調(diào)整為3d、5d、10d等不同周期Haibo Liu PhD. SWJTU1.4 沉降觀測的要求 4）沉降觀測各項(xiàng)限差規(guī)定及精度要求 水準(zhǔn)視線長度、視距差及視線高度要求見下表。觀測的各項(xiàng)精度要求為:1)每測站高差中誤差0. 5 mm；2)沉降觀測點(diǎn)相對于水準(zhǔn)基點(diǎn)高差中誤差1. 0 mm。Haibo Liu PhD. SWJTU1.5 工后沉降的計(jì)算 京滬高速鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定對工后沉降的定義為：工后沉降等于“基礎(chǔ)設(shè)施的最終沉降量與鋪軌時(shí)的沉降量之差”。 橋梁基礎(chǔ)工后沉降可按恒載作用下從鋪軌開始時(shí)基礎(chǔ)產(chǎn)生的固結(jié)沉降來計(jì)算。工后沉降

13、Sgh可表示為 式中Sgh-工后沉降；S-最終沉降(總沉降)；Se-瞬時(shí)沉降；St-至鋪軌時(shí)產(chǎn)生的固結(jié)沉降。 Haibo Liu PhD. SWJTU1.5 工后沉降的實(shí)測與計(jì)算 京滬高速鐵路滬寧段蘊(yùn)藻浜特大橋某墩群樁基礎(chǔ)。蘊(yùn)藻浜特大橋跨吳凇江橋群，6橋10線并行，大跨度連續(xù)梁，工藝復(fù)雜，直接導(dǎo)致有相當(dāng)數(shù)量的簡支梁需由“場制機(jī)架法”改為現(xiàn)澆法施工，是橋涵基礎(chǔ)沉降監(jiān)控的關(guān)鍵部位和受力復(fù)雜的區(qū)段。計(jì)算參數(shù)：承臺尺寸8.5m10.2m3，12根(34)鉆孔灌注樁、樁徑1.0m、樁長43.0m、樁的縱向間距2.7m、橫向間距3.2m。 Haibo Liu PhD. SWJTU1.2 橋梁沉降的危害 圖

14、2 蘊(yùn)藻浜特大橋某墩沉降實(shí)測、計(jì)算與預(yù)測對比圖Haibo Liu PhD. SWJTU1.6 橋梁沉降觀測的方法 1.6.1 水準(zhǔn)測量方法1）建立固定的觀測路線 2）觀測方法及要求 (1)支路線法支路線法:當(dāng)沉降觀測點(diǎn)距引測的水準(zhǔn)基點(diǎn)較近，且高差也相近時(shí)，應(yīng)盡可能一次置鏡測得沉降觀測點(diǎn)與水準(zhǔn)基點(diǎn)之間的高差。(2)附合水準(zhǔn)路線法附合水準(zhǔn)路線法:附合水準(zhǔn)路線法往返測的高差之差及附合路線閉合差均應(yīng)小于規(guī)定值。(3)沉降觀測每測站觀測程序及具體要求參照國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范(GB12897-91)有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。 Haibo Liu PhD. SWJTU1.6 橋梁沉降觀測的方法 1.6.1 水準(zhǔn)測量

15、方法3）沉降觀測數(shù)據(jù)處理 沉降觀測數(shù)據(jù)處理和計(jì)算主要包括:沉降觀測手簿的計(jì)算；沉降觀測成果的質(zhì)量評定(計(jì)算每千米或每測站水準(zhǔn)測量偶然中誤差)；沉降觀測點(diǎn)每期沉降量、累計(jì)沉降量的計(jì)算和繪制p-T-S(荷載、時(shí)間、沉降量)，U-T-S(沉降速度、時(shí)間、沉降量)曲線；沉降趨勢分析和預(yù)測；橋梁鋪設(shè)時(shí)機(jī)、線路調(diào)整時(shí)機(jī)的評估。Haibo Liu PhD. SWJTU1.6 橋梁沉降觀測的方法 圖京津城際鐵路楊村特大橋991號墩p-T-S圖Haibo Liu PhD. SWJTU1.6 橋梁沉降觀測的方法 1.6.2 其他測量方法1）GPS測量方法 利用GPS接收器布置于相應(yīng)測點(diǎn)，進(jìn)行相對位移自動在線測試。

16、已在超大型橋梁健康監(jiān)測中廣泛應(yīng)用，但費(fèi)用較為昂貴。2）連通管測量沉降 利用連通器中液體等高的原理，進(jìn)行測點(diǎn)的人工或自動測試。已在南京長江三橋(公路橋)的健康監(jiān)測中應(yīng)用。Haibo Liu PhD. SWJTU1.7 沉降評估技術(shù)1.7.1 沉降評估數(shù)學(xué)模型的建立 目前，在沉降過程回歸分析中使用雙曲線函數(shù)等一元非線性函數(shù)作為沉降過程回歸分析的基本數(shù)學(xué)模型。在算法上，一元非線性函數(shù)回歸分析比較復(fù)雜，但可以經(jīng)過變量代換轉(zhuǎn)換為簡單的一元線性回歸函數(shù)解算回歸系數(shù)。 1）通用一元線性回歸函數(shù)模型: yi=a+bxi-vii=1，2，.，n (1) 式(1)中，y為與沉降量有關(guān)的因變量，x為與時(shí)間有關(guān)的自變

17、量，v為隨機(jī)因素對y的影響的總和(改正數(shù))，a，b為系數(shù)。Haibo Liu PhD. SWJTU1.7 沉降評估技術(shù) 2）評估方法曲線回歸(雙曲線法) 雙曲線方程為 St=S0+t/a+bt Sf=S0+1/b (6) 式中，St為時(shí)刻t的沉降量；Sf為最終沉降量(t=)；S0為初期沉降量(t=0)；a，b為將荷載不再改變以后的實(shí)測數(shù)據(jù)經(jīng)過回歸求得的系數(shù)。Haibo Liu PhD. SWJTU1.7 沉降評估技術(shù)圖1 沉降與時(shí)間關(guān)系曲線Haibo Liu PhD. SWJTU1.7 沉降評估技術(shù)2）分析評估前的資料收集(1)橋梁沉降及變形觀測資料。(2)橋梁地段線路縱斷面圖、工程地質(zhì)縱橫斷

18、面圖、橋梁設(shè)計(jì)圖紙和說明書、沉降計(jì)算報(bào)告等相關(guān)設(shè)計(jì)資料。(3)施工過程、施工核查、施工記錄和原材料檢驗(yàn)情況等施工資料。(4)施工質(zhì)量控制過程和抽檢情況等監(jiān)理資料。Haibo Liu PhD. SWJTU1.7 沉降評估技術(shù)3）評估分析方法橋梁基礎(chǔ)沉降分析評估應(yīng)采用曲線回歸法。對于預(yù)制梁橋，基礎(chǔ)沉降應(yīng)按墩臺混凝土施工后、架梁前及架梁后3個階段進(jìn)行；對于原位施工的橋梁，基礎(chǔ)沉降應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工狀態(tài)及荷載變化情況劃分階段。根據(jù)橋梁實(shí)際荷載情況及觀測數(shù)據(jù)，應(yīng)作回歸分析及預(yù)測，綜合確定沉降變化的趨勢，曲線回歸的相關(guān)系數(shù)應(yīng)不低于0.92。首次回歸分析時(shí)，觀測期不應(yīng)少于橋梁主體工程完工后3個月；對于巖石地基等

19、良好地質(zhì)的橋梁，不應(yīng)少于1個月。Haibo Liu PhD. SWJTU1.7 沉降評估技術(shù)4）評估標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)實(shí)測沉降觀測資料推算的工后沉降，根據(jù)不同線路要求對應(yīng)不同的標(biāo)準(zhǔn)。如高速鐵路線路應(yīng)符合下列標(biāo)準(zhǔn):(1)橋墩臺均勻沉降量20 mm。(2)相臨墩臺沉降量之差5 mm。 Haibo Liu PhD. SWJTU第二部分第二部分 大跨度橋梁的線形控制大跨度橋梁的線形控制2.1 2.1 橋梁線形控制的意義及目的橋梁線形控制的意義及目的2.2 2.2 橋梁橋梁線形控制的工作流程線形控制的工作流程 2.3 2.3 橋梁橋梁線形測試截面及測點(diǎn)總體布置線形測試截面及測點(diǎn)總體布置2.4 2.4 橋梁橋梁線形

20、監(jiān)控方法線形監(jiān)控方法2.5 2.5 橋梁橋梁線形監(jiān)控影響因素線形監(jiān)控影響因素2.6 2.6 橋梁線形控制計(jì)算橋梁線形控制計(jì)算2.7 2.7 橋梁線形橋梁線形監(jiān)控要點(diǎn)監(jiān)控要點(diǎn)2.8 2.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹2.9 2.9 沙田贛江特大橋施工監(jiān)控實(shí)例沙田贛江特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹介紹Haibo Liu PhD. SWJTU2.1 橋梁線形控制橋梁線形控制的意義及目的 橋梁線形控制不僅是橋梁施工技術(shù)的重要組成部分，也是確保橋梁施工宏觀質(zhì)量控制的關(guān)鍵及橋梁建設(shè)的安全保證，它在施工過程中起著安全預(yù)警、施工指導(dǎo)以及及時(shí)為設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 任何體系的橋梁在每一個施工

21、階段的變形和內(nèi)力是可以預(yù)計(jì)的，因此當(dāng)施工中發(fā)現(xiàn)監(jiān)測的實(shí)際值和預(yù)計(jì)值相差過大時(shí)，隨即進(jìn)行檢查和分析，找出原因并排除問題后方可繼續(xù)施工，避免出現(xiàn)事故，造成不必要的損失。 Haibo Liu PhD. SWJTU1 ）通過各橋梁施工過程中的）通過各橋梁施工過程中的線形監(jiān)測線形監(jiān)測，及時(shí)掌握橋梁施工過程中，及時(shí)掌握橋梁施工過程中的線形狀態(tài)，了解施工過程中各關(guān)鍵截面的撓度變化。的線形狀態(tài)，了解施工過程中各關(guān)鍵截面的撓度變化。 2） 通過各橋梁施工過程中控制截面的通過各橋梁施工過程中控制截面的應(yīng)力測試應(yīng)力測試，及時(shí)跟蹤各施工，及時(shí)跟蹤各施工階段關(guān)鍵截面的應(yīng)力大小，了解橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀況。階段關(guān)鍵截面的應(yīng)力

22、大小，了解橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀況。 3 ）通過測定新型結(jié)構(gòu)橋梁施工過程中的）通過測定新型結(jié)構(gòu)橋梁施工過程中的溫度效應(yīng)溫度效應(yīng)、混凝土的收縮混凝土的收縮徐變效應(yīng)徐變效應(yīng)，為施工過程中的相關(guān)決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。，為施工過程中的相關(guān)決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。 4 ）通過對橋梁施工過程中關(guān)鍵工況的）通過對橋梁施工過程中關(guān)鍵工況的應(yīng)力及變形監(jiān)測應(yīng)力及變形監(jiān)測，吊桿力吊桿力、斜拉索力斜拉索力等的監(jiān)測，了解施工過程最不利工況下關(guān)鍵截面的受力等的監(jiān)測，了解施工過程最不利工況下關(guān)鍵截面的受力狀況、關(guān)鍵截面的撓度，并與理論計(jì)算結(jié)果作對比，評價(jià)施工工狀況、關(guān)鍵截面的撓度，并與理論計(jì)算結(jié)果作對比，評價(jià)施工工藝的可行性，并在必要時(shí)提

23、供改進(jìn)建議。藝的可行性，并在必要時(shí)提供改進(jìn)建議。2.1 橋梁線形控制橋梁線形控制的意義及目的 Haibo Liu PhD. SWJTU2.2 2.2 橋梁線形控制的工作流程橋梁線形控制的工作流程 一般大跨度橋梁的施工控制是一個施工施工量測量測識別識別修正修正預(yù)告預(yù)告施工施工的循環(huán)過程。該過程中需要對主梁標(biāo)高和應(yīng)力實(shí)行雙控標(biāo)高和應(yīng)力實(shí)行雙控。 它主要包括兩個部分：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，即在橋上埋設(shè)各類傳感器和設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，采集資料；資料分析仿真模擬系統(tǒng)，將采集到的資料進(jìn)行分析處理，以確定下一個施工階段的參數(shù)。 Haibo Liu PhD. SWJTU2.2 大跨度橋梁的施工控制大跨度橋梁的施工控制橋梁線

24、形、應(yīng)力等監(jiān)控系統(tǒng)框圖 Haibo Liu PhD. SWJTU2.3 橋梁線形測試截面及測點(diǎn)總體布置 橋梁結(jié)構(gòu)位移測試截面及測點(diǎn)布置如下：懸臂梁段的橋梁結(jié)構(gòu)位移測試截面及測點(diǎn)布置如下：懸臂梁段的各節(jié)段，拱、塔的位移控制斷面各節(jié)段，拱、塔的位移控制斷面. 在結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)位移測試位移測試的同時(shí)，通常進(jìn)行其他內(nèi)容的測試：的同時(shí)，通常進(jìn)行其他內(nèi)容的測試：1） 應(yīng)力測試應(yīng)力測試截面及測點(diǎn)布置：結(jié)構(gòu)控制截面、受力截面及測點(diǎn)布置：結(jié)構(gòu)控制截面、受力復(fù)雜位置。復(fù)雜位置。 2 ）溫度測點(diǎn)溫度測點(diǎn)布置：結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部、結(jié)構(gòu)外表、箱布置：結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部、結(jié)構(gòu)外表、箱梁內(nèi)等梁內(nèi)等3 ）斜拉索力、大纜索力、吊桿索力等）

25、斜拉索力、大纜索力、吊桿索力等內(nèi)力測試內(nèi)力測試。Haibo Liu PhD. SWJTU2.4 橋梁線形監(jiān)控方法1） 線形監(jiān)控測試系統(tǒng)線形監(jiān)控測試系統(tǒng) 線形是衡量橋梁施工質(zhì)量的宏觀要素，施工過程線形是衡量橋梁施工質(zhì)量的宏觀要素，施工過程中線形控制的質(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)中線形控制的質(zhì)量直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，也是，也是橋梁施工階段中能否橋梁施工階段中能否準(zhǔn)確合攏的關(guān)鍵因素準(zhǔn)確合攏的關(guān)鍵因素。為實(shí)現(xiàn)這。為實(shí)現(xiàn)這一目的，采用的線形測試系統(tǒng)如下：一目的，采用的線形測試系統(tǒng)如下：（a） 精密水準(zhǔn)儀量測系統(tǒng)。精密水準(zhǔn)儀量測系統(tǒng)。（b） 全站儀量測系統(tǒng)。全站儀量測系統(tǒng)。 在進(jìn)行線形監(jiān)控的同時(shí)，一般

26、還同步進(jìn)行應(yīng)力的測在進(jìn)行線形監(jiān)控的同時(shí)，一般還同步進(jìn)行應(yīng)力的測試。同樣應(yīng)力有其監(jiān)控系統(tǒng)。試。同樣應(yīng)力有其監(jiān)控系統(tǒng)。Haibo Liu PhD. SWJTU2） 線形監(jiān)控理論計(jì)算及校核計(jì)算軟件線形監(jiān)控理論計(jì)算及校核計(jì)算軟件 計(jì)算軟件采用平面橋梁專用分析軟件如：計(jì)算軟件采用平面橋梁專用分析軟件如：BSAS、橋梁博士、橋梁博士、MIDAS-Civil等。等。 并采用另一平面分析軟件，或空間有限元分析軟件并采用另一平面分析軟件，或空間有限元分析軟件如如ANSYS、Mark等等 作計(jì)算校核。作計(jì)算校核。 2.4 橋梁線形監(jiān)控方法Haibo Liu PhD. SWJTU4） 施工控制中的線形施工誤差調(diào)整理

27、論方法 結(jié)構(gòu)參數(shù)識別與修正法； 卡爾曼濾波法； 灰色系統(tǒng)法； 最小二乘法； 約束優(yōu)化反演法等 2.4 橋梁線形監(jiān)控方法Haibo Liu PhD. SWJTU1）結(jié)構(gòu)參數(shù)；）結(jié)構(gòu)參數(shù)；2）施工工藝；）施工工藝；3）監(jiān)測測試；）監(jiān)測測試；4）結(jié)構(gòu)計(jì)算分析模型；）結(jié)構(gòu)計(jì)算分析模型；5）溫度變化；）溫度變化；6）材料收縮；）材料收縮；7）施工監(jiān)控設(shè)施的保護(hù)。）施工監(jiān)控設(shè)施的保護(hù)。2.5 橋梁線形監(jiān)控影響因素Haibo Liu PhD. SWJTU2.6 橋梁線形控制計(jì)算1） 施工控制計(jì)算方法 正裝計(jì)算法/試算法； 倒裝計(jì)算法； 無應(yīng)力狀態(tài)法； Haibo Liu PhD. SWJTU2.6 橋梁線形

28、控制計(jì)算一、正裝計(jì)算法 按照施工階段來進(jìn)行模擬，結(jié)構(gòu)型式、邊界條件以及荷載在不斷發(fā)生變化，前期結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮徐變、撓度等的變化。后期計(jì)算需基于前期結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行。正裝計(jì)算模擬實(shí)際的施工過程，得到每個施工階段對應(yīng)的內(nèi)力、變形。也考慮與結(jié)構(gòu)形成過程有關(guān)的因素，如結(jié)構(gòu)的非線性問題以及混凝土的收縮徐變問題。需要通過正裝計(jì)算，解橋梁結(jié)構(gòu)在各個階段的內(nèi)力和變形情況。Haibo Liu PhD. SWJTU2.6 橋梁線形控制計(jì)算二、倒裝計(jì)算法 倒裝分析法由前西德的F.Leonhardt在20世紀(jì)60年代提出來的。簡單一點(diǎn)說，也就是從竣工后的設(shè)計(jì)理想狀態(tài)出發(fā)，按照與施工順序相反的倒拆順序，計(jì)算出理想施工條件下各

29、個施工階段的結(jié)構(gòu)理想狀態(tài)。 是為獲得橋梁在各個施工階段理想的安裝位置和理想的受力狀態(tài)。因?yàn)槲覀兛吹降脑O(shè)計(jì)圖紙，只是給出了最終成橋狀態(tài)的設(shè)計(jì)線形和設(shè)計(jì)標(biāo)高，而橋梁結(jié)構(gòu)各中間狀態(tài)的標(biāo)高并沒有明確給出。Haibo Liu PhD. SWJTU2.6 橋梁線形控制計(jì)算三、無應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算法 無應(yīng)力狀態(tài)計(jì)算法是以橋梁結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的無應(yīng)力長度和曲率不變?yōu)榛A(chǔ)，將橋梁結(jié)構(gòu)的成橋狀態(tài)和施工各階段的中間狀態(tài)聯(lián)系起來。 這種方法目前在大跨度拱橋、斜拉橋以及懸索橋上。中鐵大橋局根據(jù)自己施工大跨橋梁的經(jīng)驗(yàn)，。 由秦順全院士編寫的無應(yīng)力狀態(tài)法理論與實(shí)踐，對該方法有詳細(xì)的介紹。Haibo Liu PhD. SWJTU2.6

30、橋梁線形控制計(jì)算四、正裝計(jì)算法和倒裝計(jì)算法的比較 正裝法的優(yōu)勢在于能夠嚴(yán)格按照實(shí)際的施工步驟進(jìn)行分析，使控制更加具有針對性以及合理性；倒裝法存在兩個主要的問題：混凝土的收縮徐變、初始狀態(tài)的確定。 收縮徐變是不容忽視的，而收縮徐變屬于時(shí)變非線性的內(nèi)容，其計(jì)算只能按時(shí)間順序的正向進(jìn)行。而倒拆法雖然能夠倒拆結(jié)構(gòu)，卻無法倒拆時(shí)間，因此原則上來講，倒拆法是無法正常進(jìn)行收縮徐變的計(jì)算的。為了應(yīng)用倒拆法，必須要相應(yīng)地做一些處理才行。Haibo Liu PhD. SWJTU2.6 橋梁線形控制計(jì)算2） 施工控制計(jì)算過程 建立橋梁有限元模型及相應(yīng)施工工序工況； 采用相應(yīng)的方法進(jìn)行計(jì)算分析并提取結(jié)果； 將計(jì)算結(jié)果

31、處理為施工立模標(biāo)高及各階段高程結(jié)果。 Haibo Liu PhD. SWJTU1）測試元件設(shè)備的選用及檢驗(yàn)校核；）測試元件設(shè)備的選用及檢驗(yàn)校核；2）撓度、應(yīng)力等的測試應(yīng)在每天的同一時(shí)間，且應(yīng)）撓度、應(yīng)力等的測試應(yīng)在每天的同一時(shí)間，且應(yīng)該在每天的早晨日出之前完成測試工作。該在每天的早晨日出之前完成測試工作。3）及時(shí)處理測試數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，對下一步施工）及時(shí)處理測試數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，對下一步施工做出指導(dǎo)。做出指導(dǎo)。4）嚴(yán)格及時(shí)控制，減小偏差的積累。）嚴(yán)格及時(shí)控制，減小偏差的積累。5）施工誤差出現(xiàn)后的調(diào)整工作非常關(guān)鍵。）施工誤差出現(xiàn)后的調(diào)整工作非常關(guān)鍵。2.7 橋梁線形監(jiān)控要點(diǎn)Haibo Liu

32、PhD. SWJTUp工程簡介：工程簡介： 廣珠城際快速軌道交通工程設(shè)計(jì)旅客列車最高行車速度高達(dá)廣珠城際快速軌道交通工程設(shè)計(jì)旅客列車最高行車速度高達(dá)200km/h，站站停旅客列車的最高運(yùn)營速度為，站站停旅客列車的最高運(yùn)營速度為140km/h。廣珠城。廣珠城際快速軌道交通工程小欖水道特大橋，主跨為（際快速軌道交通工程小欖水道特大橋，主跨為（100+220+100）m V構(gòu)構(gòu)拱組合橋拱組合橋 。 斜腿采用單箱雙室箱形截面，橫橋向?qū)捫蓖炔捎脝蜗潆p室箱形截面，橫橋向?qū)?0m，高，高4m。主梁采用。主梁采用單箱雙室截面單箱雙室截面 ，主梁支點(diǎn)處梁高采用，主梁支點(diǎn)處梁高采用7.8m，主跨跨中和邊跨支座處，

33、主跨跨中和邊跨支座處梁高梁高3.8m，V構(gòu)內(nèi)部最小梁高采用構(gòu)內(nèi)部最小梁高采用4.8m；拱肋采用；拱肋采用N形桁架，形桁架， 在在靠近拱腳位置采用變高度啞鈴形截面?？拷澳_位置采用變高度啞鈴形截面。 2.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTU西東1936年建成1989年地震中損傷獨(dú)塔自錨式懸索橋，替代東側(cè)的桁架橋，2002年動工，由于經(jīng)濟(jì)原因，工程延誤，預(yù)計(jì)2012年完工signature span 廣珠城際鐵路小欖水道特大橋廣珠城際鐵路小欖水道特大橋主跨主跨220m ，已竣工，已竣工Haibo Liu PhD. SWJTU100

34、70主橋立面布置圖 主橋中心里程： DK43+018.42 主橋全長：421.7 m3478.7(鋼管拱軸線失高3500)22000292931.72130.64232.125啞鈴形拱肋段啞鈴形拱肋段1007030.64231.721 主橋中心里程： DK43+018.42 主橋全長：421.7 m2.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTU10070主橋立面布置圖 主橋中心里程： DK43+018.42 主橋全長：421.7 m3478.7(鋼管拱軸線失高3500)22000292931.72130.64232.125啞鈴形拱肋

35、段啞鈴形拱肋段1007030.64231.721 主橋中心里程： DK43+018.42 主橋全長：421.7 m2.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTUa剛構(gòu)典型截面吊桿剛構(gòu)主跨跨中截面吊桿拱肋截面型式2.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTUp斜腿及主梁線形測試截面及測點(diǎn)布置 立模標(biāo)高測點(diǎn)布置：斜腿及主梁立模標(biāo)高的測點(diǎn)位置為底板底部兩側(cè)兩個特定位置，如圖中“|”。 斜腿主梁2.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu

36、 PhD. SWJTU 標(biāo)高測點(diǎn)布置標(biāo)高測點(diǎn)布置：在內(nèi)外斜腿的頂部及斜腿墩高1/2處截面頂面兩側(cè)設(shè)立兩個標(biāo)高觀測點(diǎn)，主梁在每一梁段前端點(diǎn)頂板兩側(cè)設(shè)立3個標(biāo)高觀測點(diǎn)。測點(diǎn)用短鋼筋預(yù)埋設(shè)置或用紅油漆表明。如下圖所示： 斜腿主梁2.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTUp應(yīng)力測試截面及測點(diǎn)布置 小欖水道特大橋應(yīng)力測試截面共計(jì)28個，其中主梁15個測試截面，V型斜腿8個測試截面，拱肋5個測試截面，具體位置及各截面測點(diǎn)布置見下圖。此外針對197墩內(nèi)側(cè)斜腿節(jié)點(diǎn)處橫向的中部布置一定數(shù)量應(yīng)力測點(diǎn)以重點(diǎn)考察節(jié)點(diǎn)在施工過程中的應(yīng)力狀況。全橋應(yīng)力測點(diǎn)

37、總計(jì)172個。p溫度測試截面及測點(diǎn)布置 溫度測試截面與測點(diǎn)布置同應(yīng)力測點(diǎn)。溫度測試截面與測點(diǎn)布置同應(yīng)力測點(diǎn)。2.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTU1.5m1.5m1.5m1.5m33,0827,1416,7322,1816,9521,0734,4339,0339,2335,6919,6117,1522,1816,5331,1233,08L9L15L14L13L12L11L10L8L7L6L5L4L3L2L1196#墩項(xiàng)目部197#墩廣州珠海T8T8T5T5T1T1T4T431.72130.64230.642T2T2T3T3T

38、7T7T6T6G1G1G2G2G3G3G4G4G5G5測試節(jié)點(diǎn)2.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTU1.5m1.5m1.5m1.5m33,0827,1416,7322,1816,9521,0734,4339,0339,2335,6919,6117,1522,1816,5331,1233,08L9L15L14L13L12L11L10L8L7L6L5L4L3L2L1196#墩項(xiàng)目部197#墩廣州珠海T8T8T5T5T1T1T4T431.72130.64230.642T2T2T3T3T7T7T6T6G1G1G2G2G3G3G4G4

39、G5G5測試節(jié)點(diǎn)2.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTU截面 L3 L5其余梁截面截面L2 L6 L10 L14截面T2 T3 T6 T7截面T1 T4 T5 T82.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTU(吊桿)拱肋截面G4-G5拱肋截面G1-G3(吊桿)拱上 應(yīng)力測試截面及各截面測點(diǎn)1.5m197墩內(nèi)側(cè)節(jié)點(diǎn)處應(yīng)力測點(diǎn)布置圖2.8 小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹小欖水道特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTU2.2 大跨度橋梁的施工控制大

40、跨度橋梁的施工控制Haibo Liu PhD. SWJTU2.2 大跨度橋梁的施工控制大跨度橋梁的施工控制Haibo Liu PhD. SWJTU2.2 大跨度橋梁的施工控制大跨度橋梁的施工控制Haibo Liu PhD. SWJTU2.2 大跨度橋梁的施工控制大跨度橋梁的施工控制施工過程中施工過程中0號塊截面頂?shù)装鍛?yīng)力測試結(jié)果號塊截面頂?shù)装鍛?yīng)力測試結(jié)果說明：說明：1、工況數(shù)為應(yīng)力傳感器設(shè)置后的施工工況；、工況數(shù)為應(yīng)力傳感器設(shè)置后的施工工況； 2、“頂下頂下”為頂板上游側(cè)測點(diǎn)，其余同。為頂板上游側(cè)測點(diǎn)，其余同。Haibo Liu PhD. SWJTU沙田贛江特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹沙田贛江特大橋

41、施工監(jiān)控實(shí)例介紹2.9 沙田贛江特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹1、工程簡介： 改建鐵路南昌樞紐新建西環(huán)線沙田贛江特大橋主要跨越贛江、贛江大堤、富山大道以及南昌縣小蘭經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)規(guī)劃道路，主跨為120連續(xù)梁。主橋(69+4120+69) m連續(xù)梁梁體為單箱單室、變高度、變截面箱梁，梁體全長619.6m，中跨中部26m梁段和邊跨端部22.8m梁段為等高梁段，梁高5.4m；中墩處梁高為10m，其余梁段梁底下緣按二次拋物線Y=5.4+4.6X2/1901(m)變化Haibo Liu PhD. SWJTU2 計(jì)算程序及計(jì)算模型 計(jì)算程序采用橋梁博士對結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散，結(jié)構(gòu)包括主梁及墩柱，均采用梁單元，全橋主梁共劃分1

42、88個單元。全橋結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖5.1所示，單T構(gòu)最大懸臂狀態(tài)結(jié)構(gòu)模型如圖所示。 2.9 沙田贛江特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTU2 計(jì)算程序及計(jì)算模型 計(jì)算程序采用橋梁博士對結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散，結(jié)構(gòu)包括主梁及墩柱，均采用梁單元，全橋主梁共劃分188個單元。全橋結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖所示，單T構(gòu)最大懸臂狀態(tài)結(jié)構(gòu)模型如圖所示。 2.9 沙田贛江特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTU2 恒載撓度及組合撓度值 主橋考慮收縮徐變10年的恒載撓度見圖7.5.1所示?？梢钥闯鲋锌缈缰猩蠐献畲笾禐?.5cm，邊跨下?lián)献畲笾禐?4.8cm。圖 成橋10年時(shí)恒載撓度圖2.9 沙田贛江特大橋施工監(jiān)控實(shí)例介紹Haibo Liu PhD. SWJTU3 線形測點(diǎn)布置線形測點(diǎn)布置 在每一主梁節(jié)段上，均設(shè)置有高程測點(diǎn)。測點(diǎn)布置在