一种桥梁变形监测方法及测点设置装置与流程

本发明涉及桥梁工程技术领域，具体涉及一种桥梁变形监测方法及测点设置装置。

背景技术：

在桥梁工程中，为了保证桥梁的安全性需要经常对桥梁进行变形监测（包括对桥梁施工期和运营期的变形监测），以达到掌握桥梁的变形情况的目的。

现有的监测方式为：在桥梁的桥面布设监测点，对桥梁在施工和使用期间分别进行变形监测。现有的监测方式对桥梁施工期、运营期监测工作不够连续，施工期结束后需要重新布设位移监测点；由于将监测点设置在桥梁的表面，监测点容易受到环境影响和遭受外界破坏（如车辆荷载、使用期养护施工、人为破坏、非结构变形（沉降）等），导致测量的数据不准确无法准确评估和真实反映桥梁的变形情况，从而导致无法对桥梁的现状作出准确的判断存在安全隐患。

综上所述，急需一种桥梁变形监测方法及测点设置装置以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种桥梁变形监测方法及测点设置装置，具体技术方案如下：

一种桥梁变形监测方法，在桥梁主梁箱室内的墩顶位置设置永久性水准基点，在各节段梁内部设置截面测点；利用水准仪测得各节段梁中截面测点与水准基点之间的高差，从而计算得到各节段梁中截面测点的标高；通过比较每次测量各节段梁中截面测点的标高数值即能掌握各节段梁的变形情况，从而实现对桥梁的变形情况进行连续监测的目的，监测结果还能够作为桥梁结构施工质量的评定依据。

以上技术方案中优选的，包括以下步骤（针对桥梁包括至少两个节段梁以上，实现对桥梁从施工到运营进行连续监测）：

步骤s01：在桥梁主梁箱室内的墩顶位置设置永久性水准基点，其水准基点的标高h1设为已知；

步骤s02：桥梁的施工过程中，节段梁拆除内模后在梁段的箱室内部设置截面测点，具体是：在箱室两侧的腹板上设置测点c、测点d；在箱室悬臂端的底部设置梁底测点a、梁底测点b；

步骤s03：使用水准仪测量水准基点与梁底测点a、梁底测点b、测点c以及测点d之间的高差ha、hb、hc以及hd；

步骤s04：计算梁底测点a、梁底测点b、测点c以及测点d的标高，即梁底标高ha、梁底标高hb、测点标高hc以及测点标高hd；

步骤s05：计算测点c与梁底测点a以及测点d与梁底测点b的高差hca、hdb，建立起该节段梁中测点c与梁底测点a、测点d与梁底测点b的对应高差关系；

步骤s06：桥梁在施工各节段梁的过程中，重复步骤s02-步骤s05，测得各节段梁中测点c与梁底测点a、测点d与梁底测点b的对应高差关系以及各节段梁中梁底测点a、梁底测点b、测点c以及测点d的标高；

步骤s07：桥梁在施工某个节段梁的过程中，根据步骤s03测量已经施工完毕的各节段梁中测点c、测点d与水准基点之间的高差hc^’、hd^’；根据步骤s04计算已经施工完毕的各节段梁中测点c、测点d的标高hc^’、hd^’；根据步骤s06所得的对应节段梁中的对应高差关系计算已经施工完毕的各节段梁中梁底测点a、梁底测点b的梁底标高ha^’、hb^’；将桥梁在施工某个节段梁的过程中所测得的已经施工完毕的各节段梁的ha^’、hb^’、hc^’以及hd^’与前期测得的对应节段梁的ha、hb、hc以及hd相对比即得到各节段梁在施工过程中的变形量；

步骤s08：桥梁施工完成后，重复步骤s07，将桥梁施工完成后所测得的各节段梁的ha^’、hb^’、hc^’以及hd^’与前期测得的各节段梁的标高数据相对比即得到施工期中整个桥梁结构的变形特性。

以上技术方案中优选的，在桥梁运营期中，重复步骤s08得到运营期中各节段梁中测点c、测点d、梁底测点a以及梁底测点b的标高数值，将所测得的标高数值与前期测量的标高数据进行对比即得到桥梁的累积变形量。

以上技术方案中优选的，所述监测方法包括以下步骤（针对只有一个节段梁的桥梁或者是在运营期内的桥梁进行监测）：

步骤s01：在桥梁主梁箱室内的墩顶位置设置永久性水准基点，其水准基点的标高h1设为已知；

步骤s02：在桥梁各个梁段的箱室内部设置截面测点，具体是：在箱室两侧的腹板上设置测点c、测点d；

步骤s03：使用水准仪测量水准基点与各个梁段内测点c、测点d之间的高差hc、hd；

步骤s04：计算各个梁段内测点c以及测点d的标高，即测点标高hc以及测点标高hd；具体是：；；

步骤s05：按照规定的监测周期对桥梁进行监测，重复步骤s03以及步骤s04测得水准基点与各个梁段内测点c、测点d的高差hc^’、hd^’，并计算各个梁段中测点c、测点d的测点标高hc^’、hd^’（具体是：，）并与前期测得的hc、hd进行比较得出桥梁的变形量。

以上技术方案中优选的，所述测点c、测点d距箱室悬臂端的距离x为100-500mm、距箱室底面的距离h为200-1000mm；

所述测点c、测点d能够根据节段梁中的箱室数量对应设置。

以上技术方案中优选的，所述测点c与测点d的使用寿命与桥梁的使用寿命相同。

应用本发明的监测方法，具有以下有益效果：

（1）本发明的监测方法能精确反映出各监测期内桥梁结构的变形情况和完整反映出桥梁结构随时间的变形情况；利用本发明的监测方法可实现对桥梁施工期和运营期进行连续监测，及时发现桥梁在施工过程中和运营中的异常情况便于及时修复；使用该方法对桥梁进行监测其数据具有连贯性，可从桥梁施工开始直至桥梁寿命结束，很好的反应了桥梁在各个时期的变形情况，对评估桥梁的安全性能起到重要的作用，对桥梁的维护提供有力的参考。

（2）本发明的监测方法便于及时发现桥梁的缺陷和便于管理人员采取科学合理的管养措施以及采取合理的措施对桥梁的缺陷进行修复；同时，获得的变形监测数据可以作为桥梁结构施工质量的评定依据，也可以作为桥梁结构变形趋势的判别依据，还可以为完善设计理论和施工工艺积累经验。

（3）本发明的监测方法将测点设置在桥梁箱室的腹板上，不会受到外界环境的影响而造成数据失真，可靠性高；且测点的使用寿命与桥梁的使用寿命相同，使得测试得出的数据能够直接与往期的测量数据进行比较，极具参考意义。

（4）本发明的监测方法易于实施，使用水准仪以及相关配件即可实现测量，且利用水准仪配合本发明的变形监测方法测量精度可达0.1mm，测量结果精度高且易于推广，具有重要的利用价值。

本发明还公开了一种如上述权利要求所述的桥梁变形监测方法所采用的测点设置装置，包括支撑件，所述支撑件设置于各节段梁箱室内的两侧腹板上用于设置测点；所述支撑件上设有安装槽，通过安装槽实现将支撑件水平安装在腹板上和防止所述支撑件出现旋转导致影响监测成果准确度的情况。

以上技术方案中优选的，所述支撑件包括支撑件本体ⅰ和圆顶凸点，所述支撑件本体ⅰ为l型，所述支撑件本体ⅰ的一个面上设有两个用于固定支撑件本体ⅰ的安装槽，另一个面上设有圆顶凸点。

以上技术方案中优选的，所述支撑件包括支撑件本体ⅱ和圆棒；所述支撑件本体ⅱ上设有两个用于固定支撑件本体ⅱ的安装槽，所述圆棒设置在所述支撑件本体ⅱ上。

以上技术方案中优选的，所述支撑件通过膨胀螺栓安装到混凝土结构的桥梁上；或者是，采用焊接方式将支撑件焊接在钢结构的桥梁上；或者是，采用结构胶将支撑件粘贴在桥梁上。

本发明的测点设置装置结构简单可靠，易于安装，保证测点相对于桥梁固定且能够实现与桥梁使用寿命相等，有效的保障了测量数据的真实性和准确性。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例1的监测方法（施工期）截面视图；

图2是图1中的监测方法（施工期）侧面视图；

图3是本发明优选实施例1的监测方法（运营期）侧面视图；

图4图3中的监测方法（运营期）截面视图；

图5（a）是本发明优选实施例1中支撑件的正视图；

图5（b）是图5（a）中支撑件侧视图；

图6（a）是本发明优选实施例1中支撑件（第二种结构）的正视图；

图6（b）是图6（a）中支撑件的侧视图；

图7是本发明优选实施例2中张拉中跨（跨度80m）合龙段预应力钢束前后梁底标高示意图；

图8是图7中张拉中跨（跨度80m）合龙段预应力钢束工况梁段变形值示意图；

其中，1、水准仪，2、水准尺，3、支撑件，3.1、支撑件本体ⅰ，3.2、圆顶凸点，3.3、v形槽，3.4、支撑件本体ⅱ，3.5、z型钢棒，4、桥身。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

参见图1-6，一种桥梁变形监测方法，尤其适用于箱梁结构的桥梁（采用挂篮悬臂浇筑法施工，各节段梁分段浇筑构成桥身4）变形监测方法，在桥梁主梁箱室内的墩顶位置设置永久性水准基点，在各节段梁内部设置截面测点；利用水准仪1（优选为精密水准仪）以及配套水准尺2测得各节段梁中截面测点与水准基点之间的高差，从而计算得到各节段梁中截面测点的标高；通过比较每次测量各节段梁中截面测点的标高数值即可掌握各节段梁的变形情况，从而实现对桥梁的变形情况进行连续监测的目的，监测结果还能够作为桥梁结构施工质量的评定依据。本实施例监测方法采用的装置如下：

参见图5（a）和图5（b），一种测点设置装置，包括支撑件3，所述支撑件3设置于桥身4中各节段梁箱室内的两侧腹板上用于设置测点；所述支撑件上设有安装槽，优选为v形槽3.3，除此之外还可以是腰型孔；通过v形槽实现将支撑件水平安装在腹板上和防止所述支撑件出现旋转导致影响监测成果准确度的情况。

本实施例中优选，所述支撑件3包括支撑件本体ⅰ3.1和圆顶凸点3.2，所述支撑件本体ⅰ3.1为l型，优选为角钢；所述角钢的一个面上设有两个用于固定支撑件本体ⅰ的v形槽3.3，另一个面上设有圆顶凸点，所述圆顶凸点3.2焊接在角钢上。

除此之外还可以是：所述支撑件3包括支撑件本体ⅱ3.4和圆棒，所述圆棒优选为z型钢棒3.5，参见图6（a）和图6（b）；所述支撑件本体上设有两个用于固定支撑件本体ⅱ的v形槽3.3，所述z型钢棒焊接在所述支撑件本体ⅱ上。

所述支撑件3通过膨胀螺栓安装到混凝土结构的桥梁上；或者是，采用焊接方式将支撑件焊接在钢结构的桥梁上；或者是，采用结构胶将支撑件粘贴在桥梁上。

针对采用挂篮悬臂浇筑法施工的桥梁，本实施例中优选所述支撑通过膨胀螺栓安装到混凝土结构的桥梁上。

所述桥梁变形监测方法具体包括以下步骤：

步骤s01：参见图1、图2，在桥梁主梁箱室内的墩顶位置设置永久性水准基点，其水准基点的标高h1设为已知；

步骤s02：桥梁的施工过程中，节段梁拆除内模后在梁段的箱室内部设置截面测点，具体是：在箱室两侧的腹板上设置测点c、测点d（具体是通过测点设置装置设置，保证测点相对于桥梁固定，支撑件上的圆顶凸点即为测点，该测点耐久性强，测点使用寿命与桥梁寿命相等）；在箱室悬臂端的底部设置梁底测点a、梁底测点b；

步骤s03：使用水准仪以及配套水准尺测量水准基点与梁底测点a、梁底测点b、测点c以及测点d之间的高差ha、hb、hc以及hd；

步骤s04：计算梁底测点a、梁底测点b、测点c以及测点d的标高，即梁底标高ha、梁底标高hb、测点标高hc以及测点标高hd；具体是：；；；；

步骤s05：计算测点c与梁底测点a以及测点d与梁底测点b的高差hca、hdb，建立起该节段梁中测点c与梁底测点a、测点d与梁底测点b的对应高差关系；具体是：；。

步骤s06：桥梁在施工各节段梁的过程中，具体是在节段梁拆除内膜后，重复步骤s02-步骤s05，测得各节段梁中测点c与梁底测点a、测点d与梁底测点b的对应高差关系（在各节段梁中测点c与梁底测点a以及测点d与梁底测点b的高差hca、hdb始终为定值）以及各节段梁中梁底测点a、梁底测点b、测点c以及测点d的标高；

步骤s07：参见图2，桥梁在施工某个节段梁的过程中，根据步骤s03测量已经施工完毕的各节段梁（例如：在施工9#节段梁的过程中，需测量在9#节段梁之前已经完成的1#至8#节段梁）中测点c、测点d与水准基点之间的高差hc^’、hd^’；根据步骤s04计算已经施工完毕的各节段梁中测点c、测点d的标高hc^’、hd^’，具体是：，；

根据步骤s06所得的对应节段梁中的对应高差关系计算已经施工完毕的各节段梁中梁底测点a、梁底测点b的梁底标高ha^’、hb^’，具体是：；；将桥梁在施工某个节段梁的过程中所测得的已经施工完毕的各节段梁的ha^’、hb^’、hc^’以及hd^’与前期测得的对应节段梁ha、hb、hc以及hd相对比即可得到各节段梁在施工过程中的变形量；

步骤s08：桥梁施工完成后，重复步骤s07，将桥梁施工完成后所测得的各节段梁的ha^’、hb^’、hc^’以及hd^’与前期测得的各节段梁的标高数据相对比即得到施工期中整个桥梁结构的变形特性。

参见图3、图4，在桥梁运营期中，重复步骤s08得到运营期中各节段梁中测点c、测点d、梁底测点a以及梁底测点b的标高数值，将所测得的标高数值与前期测量的标高数据进行对比即可得到桥梁的累积变形量。

参见图2，所述测点c、测点d距箱室悬臂端的距离x为100-500mm、距箱室底面的距离h为200-1000mm；本实施例中优选测点c、测点d距箱室悬臂端的距离为200mm，测点c、测点d距箱室底面的距离可以根据实际情况设置，只需满足方便对测点进行测量即可。

由于梁底测点a、梁底测点b设置于箱室悬臂端底部，因此梁底测点a与测点c之间以及梁底测点b与测点d之间的纵向距离（即沿桥梁长度方向的距离）为100-500mm，其纵向距离小，梁体腹板的梁体刚度可以保证各组对应测点在竖平面内同步变形（位移），因此梁底测点a和测点c之间以及梁底测点b和测点d之间不会出现竖直平面内的相对位移，所以高差hca、hdb始终为定值。

因此在本发明的监测方法中，测点c、测点d距箱室的悬臂端距离非常关键，过大会导致梁底测点a和测点c之间以及梁底测点b和测点d之间出现竖平面内的不同步位移，从而导致高差hca、hdb会随着时间出现变化，甚至导致监测的数据不准确。

此处需要注意的是，梁底测点a和梁底测点b的标高为梁底标高，在本领域内梁底标高为桥梁交竣工验收是否合格的判定标准之一，因此需要测量梁底标高；通过高差hca、hdb始终为定值的关系可以在后续施工或者是施工完成后推算出已经施工完成梁段的梁底标高，从而实现对桥梁施工质量进行监测和判定桥梁梁底标高是否满足设计要求。

所述测点c、测点d能够根据节段梁中的箱室数量对应设置，具体是：桥梁为单箱室结构设置一组测点c、测点d即可；桥梁为多箱室结构则可在每个箱室内均设置测点c、测点d。

优选的，所述水准仪型号为ds05。

应用本实施例的技术方案，具体是：

以某大桥主桥上部结构为单箱单室变截面连续箱梁结构为例，该大桥采用挂篮悬臂浇筑法施工，主梁共分为10个悬浇节段，其具体实施方式如下：

步骤1）：在桥梁箱室内的墩顶位置布设永久性水准基点(水准基点的标高已知)；以1#节段施工为例，浇筑1#节段梁混凝土拆除内模后，在箱室内两侧腹板上均钻2个用于安装支撑件的安装孔，将支撑件通过膨胀螺栓安装到腹板上（需保证支撑件水平安装，不可出现倾斜，设置在箱室内两侧腹板上的两件支撑件用来设置测点c、测点d）；

步骤2）：按照步骤s01-步骤s05，使用ds05型水准仪以及配套的水准尺2对截面测点进行测量，测量得到梁底标高ha、梁底标高hb、测点标高hc以及测点标高hd；以及测点c、测点d与该节段梁梁底标高ha、梁底标高hb的对应高差关系；

步骤3）：在分别施工2#至10#节段梁的过程中，重复步骤1）、步骤2）对2#至10#节段进行测量，得出各节段的对应高差关系以及梁底标高ha、梁底标高hb、测点标高hc以及测点标高hd；

步骤4）：在施工2#至10#节段梁中任意一段节段梁的过程中，根据步骤s07测得已经施工完毕的各节段梁中ha^’、hb^’、hc^’以及hd^’并与步骤2）、步骤3）中测得的已经施工完毕的各节段梁中的ha、hb、hc以及hd相对比得出桥梁在施工过程中各节段梁的变形量；

步骤5）：桥梁施工完成后，根据步骤s08测得桥梁施工完成后的1#至10#节段梁的ha^’、hb^’、hc^’以及hd^’；将桥梁施工完成后所测得的1#至10#节段梁的ha^’、hb^’、hc^’以及hd^’与施工期测得的1#至10#节段梁的ha、hb、hc以及hd相对比即可得到施工期中整个桥梁结构的变形特性。

步骤6）：在桥梁运营期中，重复步骤s08得到运营期中各节段梁中测点c、测点d、梁底测点a以及梁底测点b的标高数值，将所测得的标高数值与前期测量的标高数据进行对比即可得到桥梁的累积变形量。

实施例2：

本实施例中的监测方法和装置与实施例1相同。

以某特大桥梁为监测对象，大桥结构组成为12×45m（预应力t梁）+85+2×150+85m（预应力悬臂浇筑连续箱梁）+50+2×80+50m（预应力悬臂浇筑连续箱梁）+17×25m（预应力t梁），全长1704.62m。

采用本发明的监测方法对（85+2×150+85m（预应力悬臂浇筑连续箱梁））+（50+2×80+50m（预应力悬臂浇筑连续箱梁））悬臂浇筑法施工主梁进行变形监测；

其中（50+2×80+50m（预应力悬臂浇筑连续箱梁））中的左幅17-18#孔主梁（跨度80m，该桥跨主梁共20个节段梁，位于17#墩、18#墩顶的0#梁段共计2个采用支架现浇，各墩其余各9个梁段共计18个节段梁采用挂篮悬浇法对称施工）在张拉中跨合龙段预应力钢束施工阶段的变形监测数据如图7和图8所示。

从本案例中可以看出，采用本发明的监测方法受干扰小、可靠性高，能够准确的反映大桥主梁在张拉中跨合龙段预应力钢束施工阶段的变形值；由图8可知中跨的变形值最大为11mm，中跨的其他节段梁部分的变形值表现出良好的对称性；通过本发明的监测方法所监测的数据亦可作为桥梁结构施工质量的评定依据。

应用本发明的技术方案，效果是：

利用本发明的监测方法可实现对施工期和运营期连续监测，测点使用寿命与桥梁结构寿命保持一致；测点不易受外界环境的影响而导致数值失真，能精确反映出各监测期内桥梁结构的变形情况和完整反映出桥梁结构寿命期内随时间的变形情况（具体是：通过对比不同时期各节段梁中测点的标高得到测点的位移变化情况，从而得出桥梁的变形情况，对保障桥梁安全起到重要作用；本发明的测点设置装置结构简单，易于制造，与桥梁结构寿命保持一致，有效的保障数据的准确性。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（jtgd62-2004）第6.5.3条“钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件的长期挠度值，在消除结构自重产生的长期挠度后梁式桥主梁的最大挠度处不应超过计算跨径的1/600；梁式桥主梁的悬臂端不应超过悬臂长度的1/300。”应用本发明的监测方法和装置可以连续的、可靠的对桥梁的变形进行监测，可以准确的判断桥梁在运营期内的长期变形是否在规定的范围之内，若超过上述设计规范变形值要求则可起到预警作用，为相关部门提供依据对桥梁结构采取加固或改造措施等，为桥梁安全运营提供可靠依据；或者为相关部门决策是否对桥梁实行拆除重建提供数据支撑，意义重大。而现有监测方式中布置在桥面的监测点容易受到桥面施工、环境影响（如腐蚀）和遭受外界破坏（如车辆荷载、使用期养护施工、人为破坏、非结构变形（沉降）等）难以达到上述要求。

桥梁在投入运营后的寿命期内，桥面铺装层一般因车辙、桥头跳车、伸缩缝破坏引起连锁破坏等各种原因导致破坏而需要反复整修，现有的监测方式布置在桥面铺装层的监测点一般都容易被破坏或者受机械碾压而变形，导致每次对桥面进行铺装层翻修后都需要重新设置监测点，因此现有的监测方式布置在桥面铺装层的监测点在桥梁整个寿命期内的变形监测不能连续，数据对比性不强，变形监测数据的使用效果受限。

本发明的监测方法完全规避了现有监测方式中测点所受到的不利影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。