论文部分内容阅读
【摘要】：本文结合实际桥梁静动载试验，对采用精密水准测童方法测量挠度及应注意的问题进行了探讨。
【关键词】：水准测量 桥梁试验 挠度
随着国民经济的高速发展，近年来各地陆续修建了一批大桥和特大桥，桥梁的形式多种多样，有连续梁桥、悬臂梁桥、拱桥、刚架桥、悬索结构桥等。为检验桥梁结构的工作性能和施工是否达到设计要求，保证桥梁运营的可靠性，并为桥梁竣工验收提供依据，需对桥梁进行静动载试验。进行桥梁静动载试验时的一个重要内容是对结构的变形即挠度进行观测，目前挠度测量多采用水准测量的方法。
1精密水准测t的原理
如图1所示，要测定A、B两点间的高差hAB，可在A、B两点分别竖立水准尺，并在B之间安置一台水准仪，利用水准仪所能提供的一条水平视线，分别在A、B两尺上读取读数a和石，则A、B的高差为:
A、 若A点的高程为从，B点的高程为瑞，则
2挠度计算
假设桥梁在零荷载状态下某一观测点的高程为H，第I级荷载状态下的高程为H*，则桥梁在第I级荷载状态下的挠度(即变形)为:
进行桥梁检测试验时，每一级加载后，待结构变形稳定即可进行水准测量，获得每个观测点的高程，按上式计算出每个观测J电的挠度。
3精密水准测t的主要误差来源及其影响
在进行精密水准测量时，会受到各种误差的影响其中有仪器误差、由于外界因素影响而产生的误差和观测误差。下面对各种误差分别进行讨论。
3.1仪器误差
3.1.1视准轴与水准轴不平行的误差水准仪的视准轴与水准轴相互不平行，在垂直面上投影的交角，称为i角，它对水准测量将产生单向性的影响。虽然经过检验校正，但使两轴完全保持平行是困难的。因此，当水准气泡居中时，视准轴仍不能保持水平，使水准标尺上的读数产生误差，并且与视距成正比。
在图1中，假设仪器距前后标尺的距离下分别为S1和S2。由于i角的存在，并假设i角不变的情况下，对高差的误差影响为:
由此可见，在f角保持不变的情况下，一个测站卜的前后视距离相等，则在观测高差
中由于i角的误差影响可以得到消除。但在实际作业中，要求前后视距完全相等是困难的。下面讨论前后视距不等差的允许值。
设i=20”，如果要求玩对高差的影响小到可以忽略不计的程度，如为0.lmm，则前后视距之差可由上式算得，即:
3.1.2水准标尺每米长度误差的影响和水准标尺零点差的影响在水准测量作业中必须使用经过检验的水准标尺。由于桥梁检测试验中，使用同一把水准标尺，并目所测挠度值为相对变形，故此两项影响可忽略不计。
3.2由于外界因素影响而产生的误差
3.2.1温度变化对l’角的影响
在精密水准仪中，水准管的框架是同望远镜筒固连的。为了使水准轴与视准轴的联系比较稳固，这些部件是采用锢瓦合金钢制造的，并把镜筒和框架整体装置在一个隔热性能良好的套筒中，以防止由于温度的变化，使仪器有关部件产生不同程度的膨胀和收缩，而引起i角的变化。
但是当温度变化时，完全避免i角的变化是不可能的。并且温度的变化对i角的影响是极其复杂的。减弱这种误差影响最有效的办法是减少仪器受辐射热的影响，如观测时要打伞，避免日光直接照射仪器，选择阴天或夜间温度变化幅度较小的时段进行观测。
3.2.2大气垂直折光的影响
当视线通过近地面的大气层，由于近地面大气层的密度分布一般是随高度而变化，即近地面大气层的密度存在着梯度，因此，视线通过时就要在垂直方向上产生弯曲，并且弯向密度较大的一方，这补现象叫做大气垂直折光。观测时使前后视距离尽量相等，视线离地面应有足够的高度，并且选择在阴天或晚上进行观测，可以减弱垂直折光对观测高差的影响。
3.2.3仪器和水准标尺垂直位移的影响在水准测量时，当仪器的脚架随时间而逐渐下沉时，在读完后视读数转向前视标尺的时间内，由于仪器的下沉，视线将有下降，从而影响前视读数。假设仪器不动而标尺随时间下沉，同样也会影响读数，所以在实际桥梁检测时，要尽量设法减少仪器和标尺的垂直位移，如待结构稳定后再进行观测、将仪器及标尺设置在坚实的位置和使用自动安平水准仪进行观测。
3.3观测误差
精密水准测量的观测误差，主要有水准气泡居中的误差、照准水准标尺上分划的误差和读数误差，这些误差都是属于偶然性质的。由于精密水准仪器都具有倾斜螺旋和符合水准器，并有光学测微器装置，可以提高读数精度，同时用楔形丝照准水准标尺分划线，也可以减小照准水准标尺分划线的误差。
因此，这些误差影响都可以有效地控制在很小的范围内。
4桥梁静载试验时精密水准测量的内容
(1)结构的最大挠度和扭转变位(包括上、下游两侧挠度差及水平位移)。
(2)支点处梁体的沉降与偏转。
(3)沿桥长轴线的挠度分布曲线，要求在每个桥跨内布置不少于3个挠度觀测点，并设置支点下沉的观测点。
(4)检测控制截面的挠度。
(5)行车道板跨中和支点截面的挠度。对桥梁动载试验而言，需测量动力试验荷载作用下检测部位的变形(此变形可通过推算求得)。
5变形测t的目的
(l)每一载位各级荷载作用下，各挠度测点的实测值。
(2)满载时结构的挠度理论值与实测值比较，检验实测挠度与理论挠度的变化规律是否一致，结构的工作状态是否良好。
(3)关键断面各点荷载一挠度关系曲线，检验实测荷载一挠度曲线与理论计算的荷载-挠度曲线是否一致，荷载伸长与位移增长的线性关系如何，结构是否处于弹性工作状态。
6工程实例
如某扩建工程主桥，采用三跨双向预应力钢筋混凝土连续箱梁，跨径组合为54m+74m+54m，设计载荷为汽车—超20级，挂车—120，人群35kN/m2，采用了悬臂拼装施工。静动载试验于工程完工后进行。
6.1载荷及加载方式
静载试验按控制断面的设计活载产生的控制内力为加载依据，根据工地现场条件，第一载位采用10部重30kN的汽车偏心加载，加载分4级单次逐级递增至最大荷载，满载后观测至变形稳定即卸载，卸载分两次卸完。
6.2挠度测t与分析
沿试验跨及相邻跨的桥面两侧防撞栏各布置11个挠度测点，并在中跨中防撞栏侧布置一个挠度测点，挠度测点布置见图2。
7结论
根据桥梁静动载实验的特点，在以下诸方面应特别注意。以保证测量精度满足实验要求。
（1） 水准测量仪器应选择精密水准仪，测微器度数应精确到0.1mm，估读至0.01mm。
（2） 由于桥梁静动实验多要求测量的，挠度为各级荷载作用下的相对变形，所以在选着基点和挠度测点时，基点的选着不能太远。
（3） 每级荷载加载完毕，待带变形稳定后立即开始测量，测量结束，马上算出最大变形处挠度与理论值进行比对，供技术人员参考决定是否进行下级加载。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】：水准测量 桥梁试验 挠度
随着国民经济的高速发展，近年来各地陆续修建了一批大桥和特大桥，桥梁的形式多种多样，有连续梁桥、悬臂梁桥、拱桥、刚架桥、悬索结构桥等。为检验桥梁结构的工作性能和施工是否达到设计要求，保证桥梁运营的可靠性，并为桥梁竣工验收提供依据，需对桥梁进行静动载试验。进行桥梁静动载试验时的一个重要内容是对结构的变形即挠度进行观测，目前挠度测量多采用水准测量的方法。
1精密水准测t的原理
如图1所示，要测定A、B两点间的高差hAB，可在A、B两点分别竖立水准尺，并在B之间安置一台水准仪，利用水准仪所能提供的一条水平视线，分别在A、B两尺上读取读数a和石，则A、B的高差为:
A、 若A点的高程为从，B点的高程为瑞，则
2挠度计算
假设桥梁在零荷载状态下某一观测点的高程为H，第I级荷载状态下的高程为H*，则桥梁在第I级荷载状态下的挠度(即变形)为:
进行桥梁检测试验时，每一级加载后，待结构变形稳定即可进行水准测量，获得每个观测点的高程，按上式计算出每个观测J电的挠度。
3精密水准测t的主要误差来源及其影响
在进行精密水准测量时，会受到各种误差的影响其中有仪器误差、由于外界因素影响而产生的误差和观测误差。下面对各种误差分别进行讨论。
3.1仪器误差
3.1.1视准轴与水准轴不平行的误差水准仪的视准轴与水准轴相互不平行，在垂直面上投影的交角，称为i角，它对水准测量将产生单向性的影响。虽然经过检验校正，但使两轴完全保持平行是困难的。因此，当水准气泡居中时，视准轴仍不能保持水平，使水准标尺上的读数产生误差，并且与视距成正比。
在图1中，假设仪器距前后标尺的距离下分别为S1和S2。由于i角的存在，并假设i角不变的情况下，对高差的误差影响为:
由此可见，在f角保持不变的情况下，一个测站卜的前后视距离相等，则在观测高差
中由于i角的误差影响可以得到消除。但在实际作业中，要求前后视距完全相等是困难的。下面讨论前后视距不等差的允许值。
设i=20”，如果要求玩对高差的影响小到可以忽略不计的程度，如为0.lmm，则前后视距之差可由上式算得，即:
3.1.2水准标尺每米长度误差的影响和水准标尺零点差的影响在水准测量作业中必须使用经过检验的水准标尺。由于桥梁检测试验中，使用同一把水准标尺，并目所测挠度值为相对变形，故此两项影响可忽略不计。
3.2由于外界因素影响而产生的误差
3.2.1温度变化对l’角的影响
在精密水准仪中，水准管的框架是同望远镜筒固连的。为了使水准轴与视准轴的联系比较稳固，这些部件是采用锢瓦合金钢制造的，并把镜筒和框架整体装置在一个隔热性能良好的套筒中，以防止由于温度的变化，使仪器有关部件产生不同程度的膨胀和收缩，而引起i角的变化。
但是当温度变化时，完全避免i角的变化是不可能的。并且温度的变化对i角的影响是极其复杂的。减弱这种误差影响最有效的办法是减少仪器受辐射热的影响，如观测时要打伞，避免日光直接照射仪器，选择阴天或夜间温度变化幅度较小的时段进行观测。
3.2.2大气垂直折光的影响
当视线通过近地面的大气层，由于近地面大气层的密度分布一般是随高度而变化，即近地面大气层的密度存在着梯度，因此，视线通过时就要在垂直方向上产生弯曲，并且弯向密度较大的一方，这补现象叫做大气垂直折光。观测时使前后视距离尽量相等，视线离地面应有足够的高度，并且选择在阴天或晚上进行观测，可以减弱垂直折光对观测高差的影响。
3.2.3仪器和水准标尺垂直位移的影响在水准测量时，当仪器的脚架随时间而逐渐下沉时，在读完后视读数转向前视标尺的时间内，由于仪器的下沉，视线将有下降，从而影响前视读数。假设仪器不动而标尺随时间下沉，同样也会影响读数，所以在实际桥梁检测时，要尽量设法减少仪器和标尺的垂直位移，如待结构稳定后再进行观测、将仪器及标尺设置在坚实的位置和使用自动安平水准仪进行观测。
3.3观测误差
精密水准测量的观测误差，主要有水准气泡居中的误差、照准水准标尺上分划的误差和读数误差，这些误差都是属于偶然性质的。由于精密水准仪器都具有倾斜螺旋和符合水准器，并有光学测微器装置，可以提高读数精度，同时用楔形丝照准水准标尺分划线，也可以减小照准水准标尺分划线的误差。
因此，这些误差影响都可以有效地控制在很小的范围内。
4桥梁静载试验时精密水准测量的内容
(1)结构的最大挠度和扭转变位(包括上、下游两侧挠度差及水平位移)。
(2)支点处梁体的沉降与偏转。
(3)沿桥长轴线的挠度分布曲线，要求在每个桥跨内布置不少于3个挠度觀测点，并设置支点下沉的观测点。
(4)检测控制截面的挠度。
(5)行车道板跨中和支点截面的挠度。对桥梁动载试验而言，需测量动力试验荷载作用下检测部位的变形(此变形可通过推算求得)。
5变形测t的目的
(l)每一载位各级荷载作用下，各挠度测点的实测值。
(2)满载时结构的挠度理论值与实测值比较，检验实测挠度与理论挠度的变化规律是否一致，结构的工作状态是否良好。
(3)关键断面各点荷载一挠度关系曲线，检验实测荷载一挠度曲线与理论计算的荷载-挠度曲线是否一致，荷载伸长与位移增长的线性关系如何，结构是否处于弹性工作状态。
6工程实例
如某扩建工程主桥，采用三跨双向预应力钢筋混凝土连续箱梁，跨径组合为54m+74m+54m，设计载荷为汽车—超20级，挂车—120，人群35kN/m2，采用了悬臂拼装施工。静动载试验于工程完工后进行。
6.1载荷及加载方式
静载试验按控制断面的设计活载产生的控制内力为加载依据，根据工地现场条件，第一载位采用10部重30kN的汽车偏心加载，加载分4级单次逐级递增至最大荷载，满载后观测至变形稳定即卸载，卸载分两次卸完。
6.2挠度测t与分析
沿试验跨及相邻跨的桥面两侧防撞栏各布置11个挠度测点，并在中跨中防撞栏侧布置一个挠度测点，挠度测点布置见图2。
7结论
根据桥梁静动载实验的特点，在以下诸方面应特别注意。以保证测量精度满足实验要求。
（1） 水准测量仪器应选择精密水准仪，测微器度数应精确到0.1mm，估读至0.01mm。
（2） 由于桥梁静动实验多要求测量的，挠度为各级荷载作用下的相对变形，所以在选着基点和挠度测点时，基点的选着不能太远。
（3） 每级荷载加载完毕，待带变形稳定后立即开始测量，测量结束，马上算出最大变形处挠度与理论值进行比对，供技术人员参考决定是否进行下级加载。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。