CN113280787A - 一种基于对边高差测量的桥梁线形检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于对边高差测量的桥梁线形检测方法，属于桥梁工程技术领域。步骤S1获得桥面检测点之间的高差，步骤S2通过两个地面已知水准基点计算人为、环境及仪器等产生的高差的差分值，获得观测的任意两点的真实高差，然后将步骤S2获得的真实高差代入步骤S3，对桥面各个监测点的高差进行修正，得到各监测点的实际高程，并根据步骤S3获得的高程数据绘制对应桥面高程线形曲线图和桥面高程线形曲线表，直观显示测量结果。本发明有效解决了测量仪器频繁移动的难题，并且避免了由于桥梁振动引起的测量误差，提高了测量精度。另外，本检测方法可以设置多个棱镜，同时对各检测点进行自动化观测，大大缩减了桥面线形测量时间，提高了工作效率。

Description

一种基于对边高差测量的桥梁线形检测方法

技术领域

本发明涉及一种基于对边高差测量的桥梁线形检测方法，属于桥梁工程技术领域。

背景技术

各种类型的大中型桥梁结构中主梁是直接承受交通荷载的主要承重构件，主梁的内力、变形会随着活载的分布及其大小的不断变化产生相应的变化，并促使主桥桥面整个体系趋于新的平衡。营运期间活载及其他外力对主梁反复作用，容易使主桥箱梁产生疲劳破坏，影响结构的安全运营，因此，主梁受力情况及内力分布、材料性能的判别应是桥梁检测的一项主要内容。目前已建桥梁的主梁内力无法直接用测力仪器进行检测与评定，只能通过观测其结构变形程度来了解其受力状况及变化规律。桥梁主梁结构变形情况是反映其受力的一个重要参数，在桥梁检测中，对主梁进行标高测量，可以直接从桥面线形标高变化的检测数据中了解其总的线形、长轴向扭转变形情况，通过历次的标高变化数据掌握其挠度变化和发展趋势。

就变形而言，作为主要结构的主梁桥面变形是桥梁结构整体受力性能的主要表现，也是衡量桥梁整体刚度的重要标志，过大的桥面变形不仅影响行车安全，也会影响桥梁的使用寿命。桥面线形在车辆活载及温度荷载周期性作用下呈现周期性波动，引发桥梁裂缝的产生与发展，使主梁刚度减小、性能衰减，若桥面线形变化过大，甚至会造成桥梁约束条件破坏，使得桥梁结构受力体系发生改变，产生落梁事故。通过桥面线形观测，可以判断其是否超过正常使用范围，从而判断桥梁结构是否安全。

目前，在主桥箱梁线形(标高)观测中，常规的测量方法是挠度仪观测法和几何水准测量法，在大跨径或超大跨径的桥梁线形观测时，挠度仪观测法根本无法实现，只能采用几何水准测量法，按照《建筑变形测量规范》(JGJ 8-2016)技术要求，桥面线形测量通常执行国家二等水准测量技术要求。

几何水准测量法需要在桥梁处于静止状态时进行检测，但是，在高速公路桥梁检测时，高速公路上很难暂停交通，在汽车活载、温度变化及其他外力对主梁的反复作用下，桥面始终处于振动状态，在高速公路桥梁上使用几何水准测量会违反《建筑变形测量规范》的技术要求，且观测精度达不到国家二等水准测量技术要求。同时，由于无法暂停交通，各种行驶汽车对桥面上进行水准测量的人员和仪器带来很大安全隐患，严重影响测量人员的生命安全。

另外，目前几何水准测量很难实现自动化，按照规范要求，必须进行后后前前或后前前后的逐站观测程序，每站至少三人配合，人工观测、人工立尺，观测时间长，且影响测量精度的因素较多，需要大量人物财力。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于对边高差测量的桥梁线形检测方法，在地面自由设置观测站，利用全站仪的自动观测系统，逐个观测桥面上的棱镜与仪器的倾斜距离和天顶距，计算桥面上两棱镜之间的高差，获取桥面上各检测点的标高，从而求得本次观测的桥面线形，通过历次的标高比较掌握其挠度变化和发展趋势。有效解决了测量仪器频繁移动的难题，并且避免了由于桥梁振动引起的测量误差，提高了测量精度。另外本测量方法可以设置多个棱镜，同时对各检测点进行自动化观测，大大缩减了桥面线形测量时间，提高了工作效率。

术语解释：

水准基点：水准点BM。

本发明的技术方案如下：

一种基于对边高差测量的桥梁线形检测方法，步骤如下：

S1.设定桥梁以外(0#台以外)稳定地面上的水准基点B₁、B₂，桥面上设定线形检测点X₁、X₂、X₃、……、X_n，设定P为自由设站点，在P点安置全站仪，在水准基点B₁及检测点X₁、X₂、X₃、……、X_n上方分别设置棱镜，观测P点到水准基点B₁和检测点X₁、X₂、X₃、……、X_n的倾斜距离S_B1、S_X1、S_X2、S_X3、……、S_Xn及P点到水准基点B₁和检测点X₁、X₂、X₃、……、X_n的天顶距V_B1、V_X1、V_X2、V_X3、……、V_Xn，根据公式(1)、(2)得到水准基点B₁到检测点X₁之间的高差h_B1X1、检测点X₁、X₂之间的高差h_X1X2、X₂、X₃之间的高差h_X2X3、……和X_n-1、X_n之间的高差h_Xn-1Xn，即：

其中，γ_B1、γ_X1、γ_X2、γ_X3、……、γ_Xn为检测点B₁、X₁、X₂、X₃、……、X_n上的棱镜高。

S2.观测2个水准基点B₁和B₂，在历次桥面线形观测时两个水准基点B₁和B₂的理论高差h_B1B2是不变的，但在每次线形观测时，由于受到温度、大气折光及仪器操作等人为和环境的影响，其水准基点B₁和B₂的高差h_B1B2是不同的，其差值δ＝Δh_B1B2≠0，将δ作为高差的差分值，根据等影响原则，将同时观测的任意两点的高差观测值减去差分值δ，即可得到同一时间观测的任意两点的真实高差，即:

S3.水准基点B₁的高程已知，设定水准基点B₁的高程为H_B1，则：

X₁、X₂、X₃、……、X_n点的高程分别为

S4.通过步骤S3获得的检测点高程数据绘制桥面高程线形曲线图和桥面高程线形曲线表；

S5.根据历次观测的检测点高程数据，绘制桥面线形变化图和桥面线形变化表，获得桥梁的线性变化情况。

优选的，步骤S1中，若水准基点B₁、检测点X₁、X₂、X₃、……、X_n上方设置的棱镜高度相同，即γ_B1＝γ_X1＝γ_X2＝γ_X3＝…＝γ_Xn，则公式(2)为：

h_B1X1＝S_X1 cos V_X1-S_B1 cos V_B1

h_X1X2＝S_X2 cos V_X2-S_X1 cos V_X1

h_X2X3＝S_X3 cos V_X3-S_X2 cos V_X2

h_Xn-1Xn＝S_Xn cos V_Xn-S_Xn-1cos V_Xn-1

优选的，步骤S1中倾斜距离S_B1、S_X1、S_X2、S_X3、……、S_Xn及天顶距V_B1、V_X1、V_X2、V_X3、……、V_Xn的观测精度采用三等沉降观测三角高程测量技要求：一测回测角中误差：≤1.0"，测距中误差≤(1.0mm+1.0ppm)。

优选的，步骤S4中桥面高程线形曲线图绘制方式如下：以检测点为横坐标，检测点高程为纵坐标，用柱状高度标示检测点的高程，将各检测点的高程以折线连接，直观显示测量结果；

桥面高程线形曲线表绘制方式如下：以各检测点为表头，在表头下行标注对应的高程数据。

优选的，步骤S5中的桥面线形变化图绘制方式如下：以检测点为横坐标，检测点高程为纵坐标，将历次观测的检测点高程数据标注于对应的检测点，将各检测点同一次的高程数据以折线连接，直观显示桥梁线性变化情况；

桥面线形变化表绘制方式如下：以各检测点为表头，在表头下行标注历次观测的高程数据。

本发明的有益效果在于：

本发明提供一种基于对边高差测量的桥梁线形检测方法，有效解决了测量仪器频繁移动的难题，并且避免了由于桥梁振动引起的测量误差，提高了测量精度。另外，本检测方法可以设置多个棱镜，同时对各检测点进行自动化观测，大大缩减了桥面线形测量时间，提高了工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例1的检测点设置示意图；

图2为本发明实施例1的水准基点观测示意图；

图3为本发明实施例2中的桥面高程线形曲线图；

图4为本发明实施例2中的的桥面线形变化图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1-2所示，本实施例提供一种基于对边高差测量的桥梁线形检测方法，在桥面上设定3个检测点，步骤如下：

S1.设定桥梁以外(0#台以外)稳定地面上的水准基点B₁、B₂，桥面上设定线形检测点X₁、X₂和X₃，设定P为自由设站点，在P点安置全站仪，在水准基点B₁及检测点X₁、X₂、X₃上方分别设置棱镜，观测P点到水准基点B₁和检测点X₁、X₂、X₃的倾斜距离S_B1、S_X1、S_X2、S_X3及P点到水准基点B₁和检测点X₁、X₂、X₃的天顶距V_B1、V_X1、V_X2、V_X3，根据公式(1)、(2)得到水准基点B₁到检测点X₁之间的高差h_B1X1、检测点X₁、X₂之间的高差h_X1X2和X₂、X₃之间的高差h_X2X3，即：

其中，γ_B1、γ_X1、γ_X2、γ_X3为检测点B₁、X₁、X₂及X₃上的棱镜高。

S2.观测2个水准基点B₁和B₂，在历次桥面线形观测时两个水准基点B₁和B₂的理论高差h_B1B2是不变的，但在每次线形观测时，由于受到温度、大气折光及仪器操作等人为和环境的影响，其水准基点B₁和B₂的高差h_B1B2是不同的，其差值δ＝Δh_B1B2≠0，将δ作为高差的差分值，根据等影响原则，将同时观测的任意两点的高差观测值减去差分值δ，即可得到同一时间观测的任意两点的真实高差，即:

S3.水准基点B₁的高程已知，设定水准基点B₁的高程为H_B1，则：X₁、X₂、X₃点的高程分别为

S4.通过步骤S3获得的检测点高程数据绘制桥面高程线形曲线图和桥面高程线形曲线表；

S5.根据历次观测的检测点高程数据，绘制桥面线形变化图和桥面线形变化表，获得桥梁的线性变化情况。

步骤S1中，若水准基点B₁、检测点X₁、X₂及X₃上方设置的棱镜高度相同，即γ_B1＝γ_X1＝γ_X2＝γ_X3，则公式(2)为：

实施例2：

一种基于对边高差测量的桥梁线形观测方法，步骤如实施例1所述，不同之处在于，步骤S4中桥面高程线形曲线图绘制方式如下：以检测点为横坐标，检测点高程为纵坐标，用柱状高度标示检测点的高程，将各检测点的高程以折线连接，直观显示测量结果；

桥面高程线形曲线表绘制方式如下：以各检测点为表头，在表头下行标注对应的高程数据。

桥面高程线形曲线图如图3所示，桥面高程线形曲线表如表1所示；

表1：桥面高程线形曲线表

监测点	X1	X2	X3
				高程	18.4433	18.8786	18.9284

图3和表1中的数据为黄河大桥2019年的观测数据，仅供说明使用。

步骤S5中的桥面线形变化图绘制方式如下：以检测点为横坐标，检测点高程为纵坐标，将历次观测的检测点高程数据标注于对应的检测点，将各检测点同一次的高程数据以折线连接，直观显示桥梁线性变化情况；

桥面线形变化表绘制方式如下：以各检测点为表头，在表头下行标注历次观测的高程数据。

桥面线形变化图如图4所示，桥面线形变化表如表2所示。

表2：桥面线形变化表

监测点	X1	X2	X3
				2012年	-0.29	-0.37	-0.12
2013年	-0.51	-0.83	-0.09
				2014年	-0.69	-0.73	-1.26

图4和表2中的数据为黄河大桥历次的桥面线形变化对比数据，仅供说明使用。

实施例3：

一种基于对边高差测量的桥梁线形观测方法，步骤如实施例1所述，不同之处在于，步骤S1中倾斜距离S_B1、S_X1、S_X2、S_X3及天顶距V_B1、V_X1、V_X2、V_X3的观测精度采用三等沉降观测三角高程测量技要求：一测回测角中误差：≤1.0"，测距中误差≤(1.0mm+1.0ppm)。

Claims (5)

1.一种基于对边高差测量的桥梁线形检测方法，其特征在于，步骤如下：

S1.设定桥梁以外稳定地面上的水准基点B₁、B₂，桥面上设定线形检测点X₁、X₂、X₃、……、X_n，设定P点为自由设站点，在P点安置全站仪，在水准基点B₁及检测点X₁、X₂、X₃、……、X_n上方分别设置棱镜，观测P点到水准基点B₁和检测点X₁、X₂、X₃、……、X_n的倾斜距离S_B1、S_X1、S_X2、S_X3、……、S_Xn及P点到水准基点B₁和检测点X₁、X₂、X₃、……、X_n的天顶距V_B1、V_X1、V_X2、V_X3、……、V_Xn，根据公式(1)、(2)得到水准基点B₁到检测点X₁之间的高差h_B1X1、检测点X₁、X₂之间的高差h_X1X2、X₂、X₃之间的高差h_X2X3、……和X_n-1、X_n之间的高差h_Xn-1Xn即：

其中，γ_B1、γ_X1、γ_X2、γ_X3、……、γ_Xn为检测点B₁、X₁、X₂、X₃、……、X_n上的棱镜高；

S2.观测2个水准基点B₁和B₂，在历次桥面线形观测时两个水准基点B₁和B₂的理论高差h_B1B2是不变的，但在每次线形观测时，由于受到温度、大气折光及仪器操作等人为和环境的影响，其水准基点B₁和B₂的高差h_B1B2是不同的，其差值δ＝Δh_B1B2≠0，将δ作为高差的差分值，根据等影响原则，将同时观测的任意两点的高差观测值减去差分值δ，即可得到同一时间观测的任意两点的真实高差，即:

S3.水准基点B₁的高程已知，设定水准基点B₁的高程为H_B1，则：

X₁、X₂、X₃、……、X_n点的高程分别为

S4.通过步骤S3获得的检测点高程数据绘制桥面高程线形曲线图和桥面高程线形曲线表；

S5.根据历次观测的检测点高程数据，绘制桥面线形变化图和桥面线形变化表，获得桥梁的线性变化情况。

2.如权利要求1所述的基于对边高差测量的桥梁线形检测方法，其特征在于，步骤S1中，若水准基点B₁、检测点X₁、X₂、X₃、……、X_n上方设置的棱镜高度相同，即γ_B1＝γ_X1＝γ_X2＝γ_X3＝…＝γ_Xn，则公式(2)为：

h_B1X1＝S_X1cosV_X1-S_B1cosV_B1

h_X1X2＝S_X2cosV_X2-S_X1cosV_X1

h_X2X3＝S_X3cosV_X3-S_X2cosV_X2。

h_Xn-1Xn＝S_XncosV_Xn-S_Xn-1cosV_Xn-1

3.如权利要求1所述的基于对边高差测量的桥梁线形检测方法，其特征在于，步骤S1中倾斜距离S_B1、S_X1、S_X2、S_X3、……、S_Xn及天顶距V_B1、V_X1、V_X2、V_X3、……、V_Xn的观测精度采用三等沉降观测三角高程测量技要求：一测回测角中误差：≤1.0"，测距中误差≤(1.0mm+1.0ppm)。

4.如权利要求1所述的基于对边高差测量的桥梁线形检测方法，其特征在于，步骤S4中桥面高程线形曲线图绘制方式如下：以检测点为横坐标，检测点高程为纵坐标，用柱状高度标示检测点的高程，将各检测点的高程以折线连接，直观显示测量结果；

桥面高程线形曲线表绘制方式如下：以各检测点为表头，在表头下行标注对应的高程数据。

5.如权利要求1所述的基于对边高差测量的桥梁线形检测方法，其特征在于，步骤S5中的桥面线形变化图绘制方式如下：以检测点为横坐标，检测点高程为纵坐标，将历次观测的检测点高程数据标注于对应的检测点，将各检测点同一次的高程数据以折线连接，直观显示桥梁线性变化情况；

桥面线形变化表绘制方式如下：以各检测点为表头，在表头下行标注历次观测的高程数据。

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