11-第11章-桥梁工程测量

2020/6/121工程测量学第十一章桥梁工程测量主要内容：1、桥梁施工控制网的精度和布设2、悬索桥基准索股的垂度测量3、悬索桥的索塔变形监测4、连续刚构桥悬臂箱梁的挠度变形监测5、长悬臂箱梁标高的温度影响2020/6/122主要内容和重点主要内容和重点重点•桥梁施工控制网必须达到的精度分析•悬索桥基准索股的垂度测量•施工中索塔变形监测•连续刚构桥悬臂箱梁的挠度测量•长悬臂箱梁在施工期间温度变化对箱梁标高的影响。2020/6/123主要内容和重点难点•悬索桥索塔在施工期的变形监测•连续刚构桥悬臂箱梁的挠度测量和温度影响分析2020/6/12411.1桥梁工程测量概述•桥梁是为道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物2020/6/12511.1桥梁工程测量概述•桥梁的分类•按长度分特大桥、大桥和中小桥2020/6/12611.1桥梁工程测量概述特大桥（grandbridge）是指多孔跨径总长大于1000m或单孔跨径大于150m的桥梁，桥长大于500m以上的桥。2020/6/12711.1桥梁工程测量概述桥梁发展的现状•造型新颖、结构复杂、桥梁长、跨度大、桥塔高、施工难的斜拉桥、悬索桥、拱桥、连续钢构桥是桥梁的方向发展。•目前，我国长江上的桥梁就接近100座，高速铁路中的桥梁段可高达百分之五十，城市中的高架桥路比比皆是，桥梁工程已成为工程测量的重要组成部分。2020/6/12811.1桥梁工程测量概述•桥梁测量做什么？•桥梁工程的测量工作包括桥址陆地与水下地形测绘、水文测量、桥梁施工控制网测量、施工放样、竣工测量以及施工与运行期间的变形监测或健康检查。2020/6/1292020/6/121011.2桥梁施工控制网的精度和布设1根据具体桥梁的桥式桥型估算桥轴线的中误差(简支梁桥和预制梁桥)每一跨的梁长制造误差桥梁施工控制网精度计算方法2222121,21111()()()()2222SLLLNmmmmddd是桥轴线长度中误差其中12,,,Nddd2020/6/121111.2桥梁施工控制网的精度和布设2按墩台定位精度来确定桥梁施工控制网精度设容许误差是M，桥梁施工控制网最弱点坐标中误差为，最弱边中误差为。桥梁施工控制网精度计算方法,xymmSm0.40.4xymMmMSmM2020/6/121211.2桥梁施工控制网的精度和布设3按桥长确定桥梁施工控制网的必要精度可按照桥梁总长或桥中单跨的最大长度确定桥梁施工平面控制网的必要精度,只适合一般的大桥和中小桥梁桥梁施工控制网精度计算方法2020/6/121311.2桥梁施工控制网的精度和布设独立坐标系统：1以桥梁墩、台顶面平均高程面作为基准面2以桥轴线设计的坐标方位角作为起算方位角3以一个稳定的桥位点或勘测控制点作为起始点建网优势：1长度变形可忽略不计2桥梁墩台的设计坐标直接可用于施工放样桥梁施工控制网布设方法2020/6/121411.2桥梁施工控制网的精度和布设建立方法：1在桥轴线上和两侧应布设控制点2特大型和大型桥梁应首选卫星定位技术建立GNSS网大型桥梁和中小型桥梁采用全站仪建立边角控制网3GNSS网和边角网必须有足够的多余观测，一个点上应有三条边相交，采用强制对中装置2.2桥梁施工控制网布设方法2020/6/121511.2桥梁施工控制网的精度和布设桥梁高程控制测量的作用•统一本桥高程基准面；•在桥址附近设立基本高程控制点和施工高程控制点，以满足施工中高程放样和监测桥梁墩台垂直变形的需要。为了方便桥墩高程放样，在距水准点较远（一般大于1km）的情况下，应增设施工水准点。施工水准点可布设成附合水准路线。施工高程控制点在精度要求低于三等时，也可用三角高程建立。2.3桥梁高程控制网布设方法2020/6/121611.2桥梁施工控制网的精度和布设高程控制网的建立——跨河水准测量规范规定：当一、二等水准路线跨越江河、峡谷、湖泊、洼地等障碍物的视线长度在l00m以内时，可用一般观测方法进行施测，但在测站上应变换一次仪器高度，观测两次的高差之差应不超过1.5mm，取用两次观测的中数。若视线长度超过100m时，则应根据视线长度和仪器设备等情况，选用特殊的方法进行观测。2.3桥梁高程控制网布设方法跨河水准的必要性——•仪器角误差：由于跨越障碍物的视线较长，使观测时前后视线不能相等读数所得高差中包含有较大的i角误差影响•大气垂直折光：随着视线增长，以及地面覆盖物、水面情况和视线离水面的高度等因素的不同而不同，同时还随空气温度的变化而变化，因而也就随着时间而变化；•水准标尺上的分划看不清：视线长度的增大难以精确照准水准标尺分划和无法读数。11.2桥梁施工控制网的精度和布设跨河水准测量1）水准路线的选择11.2桥梁施工控制网的精度和布设2）施测方法（1）光学测微法——视线小于500m图5-272）施测方法（2）倾斜螺旋法——500m~2km（3）经纬仪倾角法——500m~3km2020/6/122111.3悬索桥施工中监控与监测主要内容：1悬索桥的简介2桥梁施工控制网的精度和布设3悬索桥基准索股的垂度测量4悬索桥的索塔变形监测11.3悬索桥施工中监控与监测2020/6/1222典型悬索桥虎门大桥11.3悬索桥施工中监控与监测2020/6/1223典型悬索桥汕头海湾大桥11.3悬索桥施工中监控与监测2020/6/1224典型悬索桥江阴长江大桥11.3悬索桥施工中监控与监测2020/6/1225典型悬索桥美国三藩市金门桥11.3悬索桥施工中监控与监测悬索桥特点1跨度大2灵活，适合大风和地震区的需要3坚固性不强4不宜作为重型铁路桥梁5塔架的地基必须非常大和相当昂贵6悬索桥的悬索锈蚀后不容易更换2020/6/122611.3.1桥梁简介2020/6/1227悬索桥构造11.3.2悬索桥基准索股的垂度测量•2.1主缆2020/6/122811.3.2悬索桥基准索股的垂度测量•2.2基准索股线性的决定因素1悬索桥两端锚碇索股出口点的标高2两索塔上两主鞍座顶的标高3中跨和两边跨跨中基准索股的垂度决定2020/6/122911.3.2悬索桥基准索股的垂度测量•2.3垂度测量的内容、要求和方法内容：1基准索股的绝对垂度2一般索股的相对垂度测量要求：1基准索股东、西边跨的垂度限差2中跨的垂度限差3上下游基准索股相对高差的误差4一般索股相对基准索股的高差误差方法：三角高程测量法2020/6/123011.3.2悬索桥基准索股的垂度测量2.4基于单向大气折光系数改正的垂度测量•K的计算方法：1根据单向三角高程测量高差与跨河水准测量高差的比较2同时对向三角高程测量的方法得到2020/6/123111.3.2悬索桥基准索股的垂度测量2.5垂度测量设计选点和布网原则：1高程控制点尽量少而精2视线尽可能高于水面3测站点到观测点距离尽可能近2020/6/123211.3.2悬索桥基准索股的垂度测量2.6垂度调整绝对垂度调节：根据实际垂度测量的结果和监控单位提供的设计垂度数据进行调整相对垂度调节：根据水位连通器原理，在中、边跨的跨中各铺设一条透明塑料软管，连接上下游的基准索股，两端竖管顶面在索股同一位置上，利用钢板尺，测量水管内液面距索股跨中点顶面的高度2020/6/123311.3.3悬索桥的索塔变形监测1日照温差影响2猫道施工3索股牵引4钢箱梁吊装2020/6/1234主要原因3.1引起索塔变形的原因11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12353.1日照温差影响的索塔静态变形监测影响方式：阳面的混凝土膨胀，阴面的混凝土收缩监测目的：掌握索塔静态变形的大小和规律，获取变形最小的时间段，此时段内在塔顶放样索塔的几何轴线，测量两锚跨和中跨的跨径，同时还在此时段内测量索塔顶监测点的基准坐标，作为以后不同工况下索塔变形量计算的依据11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12363.2猫道施工阶段的索塔变形监测11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12373.2猫道施工阶段的索塔变形监测理想状态：索塔塔顶两侧水平力相等实际情况：锚跨和中跨猫道索荷载不同受猫道索张拉力误差和应力测试误差结果：主塔会在顺桥向方向变形监测主要目的：监测索塔在猫道施工阶段的变形大小和方向，为猫道索力控制和垂度调整提供依据11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12383.3索股牵引阶段的索塔变形监测11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12393.3索股牵引阶段的索塔变形监测理想状态：使索股作用在索塔两侧的水平力相等监测时间：1在索股牵引过程中（动态监测）2在索股垂度调整阶段（静态监测）11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12403.4钢箱梁吊装阶段的索塔变形监测钢箱梁重达几百T吊装过程11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12413.4钢箱梁吊装阶段的索塔变形监测变形原因：1钢箱梁吊装过程中钢箱梁自重2悬索桥的中跨钢箱梁荷载与边跨钢箱梁荷载不对称解决办法：预偏主鞍座后逐步顶推主鞍座11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12423.4钢箱梁吊装阶段的索塔变形监测主鞍座11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12433.4钢箱梁吊装阶段的索塔变形监测顶推过程：1在吊装前预偏主鞍座，向两岸侧方向预偏2东、西塔同时向中跨方向顶推主鞍座，使主鞍座中心相对塔中心移动3吊装钢箱梁，重复第二步11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12443.4钢箱梁吊装阶段的索塔变形监测变形监测目的：1监测钢箱梁吊装过程中的索塔动态变形量，确定起吊速度和施工安全2监测索塔的累计变形量，确定顶推主鞍座的时间及顶推量的大小11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12453.5索塔变形的距离差监测法变形量二维变形量一维1日照温差影响2猫道施工3索股牵引4钢箱梁吊装11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12463.5索塔变形的距离差监测法距离差监测法1场地布设A、B基准点，B、C监测点11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12473.5索塔变形的距离差监测法距离差监测法2观测量两台全站仪同时测量，架设于A点和C点A测站的全站仪重复测量AB间的水平距离C测站上的全站仪重复测量BC和CD间的水平距离11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12483.5索塔变形的距离差监测法距离差监测法3变形量计算与观测数据的检核1)首先在空缆和裸塔状态测定AB、BC和CD间的距离，作为索塔变形监测的基准值2)不同施工阶段AB和CD的距离观测值西塔位移值：东塔位移值：当索塔向河侧位移，反之向岸侧位移。000,,ABBCCDSSS,iiABCDSS0iiABABSSS0iiCDCDSSS0iS11.3.3悬索桥的索塔变形监测2020/6/12493.5索塔变形的距离差监测法距离差监测法优点1）索塔的位移变形值为同一段距离的两次观测值之差，系统误差和部分偶然误差大部分可抵消，该法可监测2mm的索塔变形2）由于基准点和之间的距离为固定值可作为每一次索塔变形监测外业观测数据是否可靠的检核公式000iiiABBCCDABBCCDSSSSSSS11.4悬索桥的索塔变形监测1日照温差影响的索塔静态变形监测2猫道施工阶段的索塔变形监测3索股牵引阶段的索塔变形监测4钢箱梁吊装阶段的索塔变形监测5索塔变形的距离差监测法2020/6/125011.4.1日照温差影响的索塔静态变形监测索塔封顶后上部构造施工前，应该对索塔塔顶在日照温差作用下的静态变形进行监测。高度大于150m的塔状混凝土建筑物，由于日照方向的影响，阳面的混凝土温度比阴面混凝土温度高，该温差将导致阳面的混凝土膨胀，而阴面的混凝土收缩，使索塔顶部产生无外力作用下的扭转变形，随着一天中时间推移，日照的方向在周期性地变化，因此这种扭转变形在一日24h内呈周期性变化。2020/6/125111.4.1日照温差影响的索塔静态变形监测通过对日照温差影响的索塔静态变