正垂线法观测挠度在地铁1#线桥梁工程中的应用

胡军

摘要：随着经济的飞速发展，地铁已成了一种方便快捷的代步工具。地铁穿越的土体工程地质及水文地质条件复杂多变，桥梁结构类型多，有混凝土梁桥、铜箱梁桥、钢桁架桥、斜拉桥、u形梁桥等。本文主要概述了正垂线法观测桡度的主要设备及各设备的作用；正垂线法具体观测原理和观测方法的改进以反使用正垂线法应注意的事项。

关键词：荷载；挠度；监测分析；坐标仪器

前言

随着我国经济的不断发展，城市地铁也得到了迅速发展。地铁工程的设计贯穿于整个地铁工程项目，其覆盖项目的各个方面，可见地铁工程设计的重要性。就地铁工程设计的特点而言，其建设周期往往很长，并且投资很大，同时由于其沿线的方向上周边环境都在不断的变化，使得其规模要求也就不尽相同，设计中还必须关注施工技术是否具有很好的成熟性和可靠性等。桥梁结构在承受施工过程中的临时荷载时，梁体会因荷载作用而发生微量变形，由于一些荷载作用时间短、频率小、荷载局部集中，但又不属于活载类型，因而要对承力粱体进行区域内的挠度观测，观测方式的选择会直接关系到梁体变形观测的准确性，在进行这类荷载挠度观测时，即要考虑到荷载的特殊性、施工环境的特殊性，又要考虑到观测结果必须精确。

1挠度观测方式的选择

在进行地铁跨越海河大桥段高架桥钢结构的实施作业时，出现前述类型的荷载作用在东南半环海河大桥上的情形，则需要对海河大桥进行严密的变形监测，挠度监测是变形监测的重要部分。在进行挠度检测方式选择上侧重于两种检测方式：正垂线法；较为新型的OY偏角仪观测法。而实际上荷载作用于海河大桥上的时间段为1-2.5h，采用0Y偏角仪观测法根据工程的具体情况很不实际，所以采用了正垂线法对桥梁挠度进行了观测，效果非常理想，能够达到工程实际需要的期望值。

2正垂线法观测挠度介绍

（1）正垂线法的主要设备包括悬线装置、固定与活动夹线装置、观测墩、垂线、重锤、透明广口容量杯、清油。

（2）各个设备的具体原理：固定夹线装置是悬挂垂线的支点，该点在使用期间保持不变，若万一垂线受损而折断，支点应能保证所换垂线位置不变；活动夹线装置为多点夹线观测时的支点，其构造考虑不使垂线有突折变化，以免损伤垂线，同时也考虑在每次观测时都不改变原点位置；垂线采用高强度的金属丝，直径为1mm；重锤是使垂线保持铅垂状态的重物，重锤必须选用标准的金属垂球，这样才能保证观测的准确，当垂线的直径选用1mm时，重锤可选用10kg，重锤上设置止动叶，来加速垂线的静止；透明广口容量杯内装清油是使重锤保持垂直状态，不发生旋转或摆动。

（3）具体操作如下：a.因为正垂线法可以直接的得出挠度变化情况，所以布点要求均匀、密集，一般在荷载作用区域内每隔2-4m内进行布点.b在每个布点处用水泥钉打人固定点，用来固定观测设备的固定装置。调整好金属丝，下悬挂重锤，重锤下端没入透明广口容量杯佬刻度）的清油中，重锤的下端点也要在广口容量杯的刻度线上作好标识；c然后用坐标仪加紧金属丝。

（4）考虑到工程的具体情况，选用正垂线法观测挠度的方式为多点夹线法。操作原理为将坐标仪设在垂线的最低点观测时，由各高程上的测点N0，N1、N2……处的活动夹线装置将垂线自上而下依次夹紧，在坐标仪上得到的观测值（S0、S1、S2……）即为各点相对最低点的挠度值，见图1。

上述方法进行挠度观测时，一般只能够观测到受力点作用中心的挠度域跨中静挠度），对于动载一静载过程中粱体的挠度观测是很难作到的。

（5）采取改进的观测方式进行观测：

a由于采用了坐标仪这种较为精密的仪器，可以避免了采用水准等仪器带来的测量误差，也避免了传统垂球法必须存在基准点、只能够观测静载挠度以及垂球垂线不顺直等误差。当采用垂球配合坐标仪进行挠度观测时，需要設置多个观测点，在每个观测点都必须作好对垂线的检查记录，选用的垂线必须垂直。

b多个测点观测方式的改变，对每个测点均布置加紧装置，在未有荷载作用在结构上时，加紧装置呈现加紧状态，当有活载经过时，必须立即将测点上下的3个加紧装置松开，活载未完全经过时，必须迅速的将松开的3个加紧装置加紧。

c当活载呈现恒载作用在梁体的某个部位时，可以首先观察恒载挠度。观测方法是将坐标仪放置垂线的最低点，依次由上至下将活动夹线装置加紧，然后利用坐标仪观测偏离的相对值，则可以通过一线多点的方式很精确的得出恒载的相对挠度。

采用多点夹线法进行恒载挠度观测时，在各测点观测两个测回，在每个测回中，用坐标仪先后两次照准读数，保证其限差在士0.3mm之内时，取其平均值作为该测回的观测值。第二个测回开始前，需在测点上重新夹定垂线，在测站上重新调整坐标仪，测回误差控制在士0.3mm之内。

d对活载挠度的观测。b项中必须作到每一个活动夹线在活载经过时及时地将垂线加紧。这样可以将活载挠度体现在垂线上，而加紧的顺序是先下，再上，晟后是中间的加紧点，只有这样，方可将活载产生的舜时挠度变成为垂线上的伸缩变化量，还可以避免了垂线本身的变形对挠度观测的影响。最后用坐标仪对其转换后的挠度数值进行观测，则此时，活动装置的松夹顺序是由下至上，这样才能将挠度值进行保留。

3注意事项

（1）要对活载经过路线进行明确规定、恒载作用位置应准确。

（2）正垂线法进行挠度观测时，不适合净空过高的桥梁观测。

（3）选用的金属丝垂线必须是优质钢丝，在恒载作用的位置布设观测点位应加密，当出现两个测回误差超限时，此观测数据不能够作为评定依据。

4结语

随着城市人口的不断增长，现有的地面交通已经不能很好的满足人们的需求，在大城市修建地铁是我国今后的发展趋势之一。虽然城市轨道交通的建设费用十分巨大，但是其能够在很大程度上促进城市的整体经济增长。采用正垂线坐标仪法进行既有结构物变形挠度观测，对比实验结果和实际工程中应用表明，通过正垂线挠度观测方法测定桥梁的变形，而得到桥梁挠度的方法具有足够的精度，该方法克服了较为繁琐的应变实验布置程序，可以不受一些环境条件的影响，其最为关键的是可以适用于动荷载情形。应用该变形检测技术在地铁跨海河大桥段既有结构物的变形监测过程及变形控制整个程序过程中，体现了桥梁荷载变形监测包含静载及动载）的可靠度和实用性。根据该方法可以精确地绘制出结构变形曲线，而且还可以得出某一截面的变形曲率值，从而为桥梁的安全性评价提供依据，具有十分现实的经济和社会效益。