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        銅陵長江大橋線形測量與分析

        2018-02-28 03:36:48魏海偉鄭華凱
        西部交通科技 2018年11期
        關(guān)鍵詞:索塔主橋橋墩

        魏海偉,鄭華凱

        (1.中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司,北京 100088;2.江蘇省交通工程建設(shè)局,江蘇 南京 210000)

        0 引言

        銅陵長江公路大橋位于安徽省銅陵市羊山磯下游600m處,是國家“八五”計劃的重點工程,是當時世界上同類型的第三大跨徑橋梁,也是安徽省境內(nèi)第一座長江大橋,于1991年12月開工建設(shè),1995-12-26竣工通車。

        為了解橋梁結(jié)構(gòu)使用狀況和工作性能,同時為結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護管理提供科學依據(jù),確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全和運營的暢通,銅陵長江公路大橋進行了連續(xù)四年的空間測量。通過對測量數(shù)據(jù)的分析,反映橋梁的空間變形情況,評估橋梁的運營狀況[1-3]。

        1 橋梁概況

        銅陵長江公路大橋全長2 592m,其中主橋長1 152m,為主跨432m的雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。橋跨布置為80m+90m+190m+432m+190m+90m+80m,橋型布置如圖1所示。

        圖1 橋型布置圖(cm)

        2 測量內(nèi)容

        橋梁的線形反映了橋梁的整體工作狀態(tài),當出現(xiàn)剛度削減后,其空間變形會增大,超出設(shè)計允許值[4-6]。本次觀測為第四期觀測,監(jiān)測內(nèi)容為:(1)南北引橋及主橋梁段橋面撓度監(jiān)測,主要反映橋梁主梁的剛度;(2)索塔空間位置監(jiān)測,主要反映索塔的剛度和索力變化;(3)江北橋墩間距、梁長測量。

        3 方案

        3.1 基準點

        為使本期撓度監(jiān)測成果能夠與成橋線形對比分析,保證基準點的穩(wěn)定性、可靠性和監(jiān)測成果的持續(xù)性,主橋及引橋橋面撓度監(jiān)測的基準點采用大橋建設(shè)期間控制點TQ05(高程:17.633 3m,本次測量中將其命名為G01)作為水準測量起算數(shù)據(jù),并按照國家二等水準精度要求對全橋高程控制網(wǎng)進行加密。在南引橋起始端加密布設(shè)點G02、點G03,南塔承臺加密布設(shè)點G04,北塔承臺加密布設(shè)點G05及北引橋終止端加密布設(shè)點G08、點G09,共計6個控制基準點。在全橋加密控制測量成果滿足國家二等水準精度要求后,平差計算得加密點的高程成果,用于撓度變形監(jiān)測。

        南北索塔空間平面位置變形監(jiān)測時,由于建橋期間控制點遭到破壞而無法恢復(fù)使用,因此本次監(jiān)測延用上期布設(shè)點PM01(架站點,位于大橋公園水文觀測站平臺上)和點PM02(后視定向點,南引橋第19#橋墩承臺上)作為控制基點,坐標系接近于橋軸坐標系。以橋軸中心線為X軸,方向為北岸指向南岸;由下游指向上游并垂直于X軸,方向為Y軸。測量時,首先選定主橋直線段某點(LS1)為假設(shè)基準點,并假定坐標為(1 000,1 000),橋軸方向方位角為(0°),測量得控制點PM01的坐標值。完成點PM01的坐標采集后,搬站至點PM01,并以點LS1為后視方位,測量得點PM02的坐標值。至此,完成橋軸坐標系的恢復(fù),并建立南北索塔空間平面位置變形監(jiān)測時所需控制點:點PM01、點PM02。

        3.2 監(jiān)測點

        3.2.1 南、北引橋及主橋鋼箱梁段橋面撓度監(jiān)測點

        橋面撓度變形是通過監(jiān)測橋面的標高變化來分析的,主要是監(jiān)測順橋向的撓度變形,因此監(jiān)測點沿橋面縱向布設(shè)。

        全橋橋段為上、下游幅結(jié)構(gòu),監(jiān)測點沿引橋兩側(cè)布設(shè),分別在每跨的端頭和跨中的防撞護攔墻壁上布設(shè)監(jiān)測點。南引橋共布設(shè)48×2=96個點,北引橋共布設(shè)41×2=82個點,主橋共布設(shè)58×2=116個點。全橋的上游撓度監(jiān)測點編號為NS01~NS147,下游撓度監(jiān)測點編號為NX01~NX147,測點布設(shè)位置如圖2所示。

        圖2 橋面撓度監(jiān)測點布設(shè)示意圖

        3.2.2 索塔空間位置監(jiān)測點

        南、北索塔空間位置監(jiān)測點布設(shè)在索塔頂部,上、下游塔柱頂部各布設(shè)一個監(jiān)測點,共計4個監(jiān)測點,分別為NTS、NTX和BTS、BTX。測量時,在控制點上插入棱鏡,用全站儀測量出其空間平面位置,與以往各期測量成果進行比較,從而掌握索塔空間位置變形情況。測點布設(shè)位置如圖3所示。

        圖3 索塔空間位置監(jiān)測點布設(shè)示意圖

        3.2.3 江北引橋橋墩間距、梁長及垂直度監(jiān)測點

        北引橋橋墩墩間距測量采用的方法是在北側(cè)江堤上架設(shè)高精度免棱鏡全站儀,分別測量出每個橋墩頂部、底部表面點(≥20個)的坐標,用MATLAB程序擬合出橋墩形狀,從而計算出兩個橋墩頂部或者底部中心位置的距離,即為橋墩墩間距。由于在橋墩上難以布設(shè)監(jiān)測點,所以本次測量采用免棱鏡模式,在每個橋墩的頂端和底部順著橋墩的表面從左向右觀測20個點以上。為了減少誤差以及方便以后的數(shù)據(jù)對比,在觀測上、下游的兩個橋墩時盡量保持在同一個高度上,即測量時全站儀垂直角不變,且底端也在同一個高度。

        北引橋梁長測量時,在主橋1#橋墩上游側(cè)架設(shè)高精度免棱鏡全站儀,分別測量出與主橋1#橋墩上梁段的起始截面及引橋19#橋墩上梁段終止截面的水平距離,兩個距離之差即為梁長。因此,只需在主橋1#橋墩上選定穩(wěn)定的基準點,并標示出主橋1#橋墩的起始截面和引橋19#橋墩的終止截面。

        4 測量結(jié)果與分析

        4.1 橋面撓度監(jiān)測結(jié)果與分析

        橋梁撓度的變化與溫差、混凝土徐變以及橋面長期荷載有直接的關(guān)系。以第一期監(jiān)測結(jié)果為初值,將后續(xù)三期的高程減去第一期高程結(jié)果,繪制出最新三期橋梁的主梁變形圖,具體見圖4。

        圖4 橋面豎向變形累計變化曲線圖

        結(jié)合前三次測量結(jié)果分別對南引橋、北引橋、主橋測量結(jié)果進行分析:

        南引橋的上下游高程變化值趨勢基本一致,線性非常吻合,上游與下游一樣,高程有一些小幅波動??紤]到本次測量和上期測量橋梁所處的溫差,加上測量的誤差等外界綜合因素的影響,從總體上看,南引橋橋面未發(fā)生明顯下?lián)献冃危ㄈ鐖D5所示)。

        圖5 南引橋橋面撓度變化曲線圖

        北引橋上下游沉降總的趨勢是一樣的,由近主橋處向遠離主橋方向高程變化值是逐漸減小的,沒有高程突然變化很大的點。上下游的線性非常對稱,上下游變化趨勢一致,較上期監(jiān)測成果,北引橋整體呈現(xiàn)小幅下沉趨勢,綜合考慮溫差等外界條件對橋梁的影響以及測量誤差,可認為北引橋線性保持良好(如圖6所示)。

        圖6 北引橋橋面撓度變化曲線圖

        主橋的變化量相對引橋變化量要大,但上下游變化趨勢基本一致,本期高程變化量較上期略微增大,平均變化量相對于上期在減小,累計變化量也在減小,綜合分析可認為主橋未發(fā)生明顯下?lián)献冃巍躄/1 000的現(xiàn)象(如圖7所示)。

        綜合現(xiàn)場因素分析,造成本次測量主橋變化偏大的主要原因為:本次測量天氣情況較好,風力較小,而上期監(jiān)測的現(xiàn)場環(huán)境風力較大。以往試驗證明橋梁在大風中狀態(tài)是不穩(wěn)定的,橋梁受風力影響可能會產(chǎn)生一些晃動,風也會對橋面的溫度場產(chǎn)生一定的影響,造成溫度應(yīng)力從而影響橋面的撓度。

        圖7 主橋橋面撓度變化曲線圖

        4.2 索塔空間位置監(jiān)測結(jié)果與分析(見表1)

        表1 索塔空間位置坐標值監(jiān)測結(jié)果表

        由測量結(jié)果分析可得:

        (1)空間X向,第四期測量變化范圍為-9.5~35.8mm,在 往 期 測 量 最 大 變 化 范 圍 -65.2~66.4mm之間。四次測量變化值在該狀況下設(shè)計允許范圍-10.96~11.08cm之內(nèi),索塔在該方向處于安全狀態(tài);

        (2)空間Y向,第四期測量變化范圍為-56.4~-8.0mm,超出以往測量最大 變化范 圍-35.0~15.7mm,索塔BTX各次測量變化值為-13.8mm、-12.8mm、-8.0mm,存在單向偏離的情況,需后續(xù)加強觀測。

        4.3 江北橋墩間距、梁長(見圖8~9和表2)

        圖8 橋墩間距示意圖

        表2 橋墩間距測量值監(jiān)測結(jié)果表

        由本次測量結(jié)果分析:上游2個橋墩頂部的距離為50.684 3m,變 化 量 為1.2mm,底 部 距 離 為50.584 5m,變化量為-1.7mm;下游2個橋墩頂部距離為50.625 6m,變化量為3.5mm,底部距離為50.544 5m,變化量為1.4mm。本次所測出的間距變化很小,說明橋墩間距沒有相對位移。

        圖9 梁長間距示意圖

        本次所測出的梁長為49.903m,變化量為3mm,可以認為梁長沒有發(fā)生變化。

        5 結(jié)語

        通過對銅陵長江大橋進行線形測量和分析,由歷次監(jiān)測結(jié)果分析可得如下結(jié)論:

        (1)南北引橋高程變化有正有負且變化量絕對值相對較小,表明橋面相對上期較穩(wěn)定,總體變化很小。南北引橋的上、下游監(jiān)測點從南向北高程變化趨勢基本一樣,沒有突變的點,橋的線性和上期測量時基本吻合。南引橋和北引橋的橋面有小幅的下沉,由于受到溫差和測量誤差的綜合影響,可認為南引橋和北引橋橋面未發(fā)生下?lián)献冃巍?/p>

        (2)主橋的上下游高程變化一開始都是變化增大,且變化由負轉(zhuǎn)正表明橋面存在一定的起伏,不是相對均勻沉降。主橋的高程有不小的變化,但上下游的變化趨勢基本一致,上下游非常對稱,且主橋兩側(cè)的變化都非常對稱,考慮到溫差和測量誤差等綜合因素的影響,可認為主橋未發(fā)生下?lián)献冃巍?/p>

        (3)索塔的空間位置與測量時的溫度、日照、風速以及車輛荷載等因素均有關(guān)系,本期監(jiān)測結(jié)果顯示索塔產(chǎn)生了較大的位移變化。但由于涉及諸多影響因素,對索塔空間位置的分析應(yīng)結(jié)合長期密集監(jiān)測的結(jié)果,且在后期測量中密切關(guān)注本期變化量較大的點位和方向。

        (4)本次梁長和橋墩間距變化都很小,考慮到測量時的溫度、日照、氣壓、風速以及車輛荷載等因素,可認為梁長和橋墩間距沒有發(fā)生明顯變化,且變化都在正常范圍之內(nèi)。

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