第15章建筑物变形观测课件

第十五章第十五章建筑物的变形观测建筑物的变形观测第十五章第十五章 建筑物的变形观测建筑物的变形观测概 述；变形观测的精度和频率；基准点与变形点的构造与布设；垂直位移观测；水平位移观测；倾斜观测；挠度观测；变形观测的成果处理。概 述目的随时监视变形的发展变化；及时采取补救措施；检验设计的合理性，提高设计质量。原因1.外部因素地质条件；地震；荷载；外力作用的变化。2.建（构）筑物设计不合理；材料选择不当；施工方法不当或施工质量低劣。补充手段应力测定；建筑物变形，引起内部应力变化，当应力变化到极限值时，建筑物即遭到破坏；测定形变时，辅以应力测定。变形两类按变形性质，分为静态变形和动态变形。静态变形时间函数，观测结果只表示在某一期间内的变形；动态变形在外力作用下产生的变形，以外力为函数表示，对于时间的变化，其观测结果表示在某一时刻的瞬时变形。概 述观测1.静态变形变形随时间变化，要周期性重复观测，求两周期变化量。2.动态观测自动记录仪器记录其瞬时位置。建（构）筑物变形表现形式水平位移；垂直位移；倾斜；挠曲；扭转；裂缝。概 述变形相对于稳定点的空间位置的变化。稳定点基准点或控制点。原则从控制到碎部。结果分析1.变形继续扩大，且变形速率加快，说明破坏危险，发出警报；2.建筑物没有破坏，但变形超出允许值，妨碍建筑物正常使用；3.变形逐渐缩小，建筑物趋于稳定，达一定程度，可终止观测。概 述变形观测的精度和频率 精度1.视目的及变形值大小而异，很难有一个明确的规定；2.监视建筑物安全，精度要求稍低，满足预警需要即可；3.71年国际测量工作者联合会(FIG)建议 小于允许变形值的1/101/20；4.研究变形规律，精度尽可能高，精度会影响观测成果的可靠性；5.考虑设备条件、工作量情况。频率载荷变化；变形速率。变形观测的精度和频率 注意观测精度和频率相关，在一个周期内变形值远大于观测误差，结果才是可靠的。基准点与变形点的构造与布设 基准点稳固的控制点；选在变形区域以外；地质条件稳定；附近没有震动源。工作基点在变形点附近；相对稳定；直接对变形点进行观测，称过渡点。基准点与变形点的构造与布设 强制对中器减少仪器对中误差；埋设高度1.3m左右；墩顶安设仪器连接器；构造中间有一螺孔，用连接螺栓来固定仪器；也可将仪器的三个脚螺栓放置在互成120的槽内，以使仪器中心与三条槽的交会点对准。基准点与变形点的构造与布设 变形点在变形观测时，对建筑物选择的代表性点，也称为观测点。要求1.变形点要与建筑物固连，保证与建筑物一起变化；2.每次观测点位相同，设置观测标志；3.变形点的数量和位置，要能够全面反映建筑物变形的情况，顾及观测方便。n例如 n1.工业与民用建筑，在建筑物四角及荷载变化、楼层数变化以及地质条件变化处；n2.大型建筑物，沿周边每隔1020m处布设一点；n3.水准测量垂直位移，在墙体底部离地面0.8m左右处，埋设凸出墙面的金属观测标志。标志要与墙体内的钢筋焊在一起，以保证它们的整体性；n4.桥墩垂直位移观测，变形点宜布设在墩顶的四角，或垂直平分线的两端，以便于根据不均匀的垂直位移，推求桥墩的倾斜程度。基准点与变形点的构造与布设 基准点与变形点的构造与布设 水平位移变形点布设1.视建筑物的结构、观测方法及变形方向而异；2.位移原因地震；岩体滑动；侧向的土压力和水压力；水流的冲击。3.有些位移方向已知水坝；桥墩。4.有些不知道地震。基准点与变形点的构造与布设 对策1.不同情况，采用不同观测方法；2.变形点布设要求也不一样；3.变形点位置必须具有变形代表性；4.必须与建筑物固连；5.要与基准点或工作基点通视；6.如可安置觇标或仪器，应设置强制对中器；7.如不能安置觇标，应设置清晰、易于照准的目标，其颜色和图案的选择，应有利于提高照准的精度。基准点与变形点的构造与布设 垂直位移观测 原因地下水位升降；荷载的作用；地震。特点1。没其它外力作用时，多数呈下沉现象；（沉降观测）沉降观测）2。建筑物施工开挖基槽后，深部地层由于荷载减轻而升高，这种现象称为回弹。（回弹观测）垂直位移1。高程依据-水准基点；2。定期测出变形点相对于水准基点的高差；3。求出变形点高程；4。比较各周期的高程，得出变形点高程变化的大小及规律。水准基点组成垂直位移监测网，可布设成闭合环、结点或附合水准路线。等级相邻基准点高差中误差(mm)每站高差中误差(mm)往返较差、附合或环线闭合差(mm)检测已测高差较差(mm)使用仪器、观测方法及要求一等0.30.070.15n0.2n宜按国家一等水准测量的技术要求施测二等0.50.130.30n0.5n宜按国家一等水准测量的技术要求施测三等1.00.300.60n0.8n宜按国家二等水准测量的技术要求施测四等2.00.701.40n2.0n宜按国家三等水准测量的技术要求施测注：n为测段的测站数 垂直位移观测 工作基点观测1.每年12次与水准基点的联测，以检查工作基点是否发生变动；2.联测尽可选择固定的月份，即保证外界条件基本相同，以减少外界条件变化对成果的影响。垂直位移观测 等级高程中误差(mm)相邻点高差中误差(mm)观测方法往返较差、附合或环线闭合差(mm)一0.30.15除按国家一等水准技术要求施测外，尚需设双转点，视线15m，前后视距差0.3m，视距累计差1.5m0.15n二0.5030按国家一等水准技术要求施测0.30n三1.00.50按国家二等水准技术要求施测0.60n四2.01.00按国家三等水准技术要求施测1.40n注：n为测段的测站数 垂直位移观测方法有多种，最常用是水准测量，其精度等级和技术要求：垂直位移观测 多周期重复观测，精度高，为了避免误差的影响，尚需注意以下各点：1设置固定的测站与转点，使每次观测在固定的位置上进行；2人员固定，以减少人差的影响；3使用固定的仪器和水准尺，以减少仪器误差的影响。垂直位移观测 水平位移观测 水平位移监测网形式三角网；导线网；边角网；三边网；视准线。监测网坐标系统独立坐标系统。如大坝、桥梁以它的轴线方向作为x轴，而y坐标的变化，即是它的侧向位移。为使各控制点的精度一致，都采用一次布网。第十五章第十五章建筑物的变形观测建筑物的变形观测水平位移观测 水平位移监测网形式三角网；导线网；边角网；三边网；视准线。监测网坐标系统独立坐标系统。如大坝、桥梁以它的轴线方向作为x轴，而y坐标的变化，即是它的侧向位移。为使各控制点的精度一致，都采用一次布网。水平位移观测 监测网精度满足变形点观测精度要求。表水平位移监测网的主要技术要求等级相邻基准点的点位中误差(mm)平均边长(m)测角中误差()最弱边相对中误差作业要求一等1.53000.71/250 000按国家一等三角要求施测1501.01/120 000按国家二等三角要求施测二等3.03001.01/120 000按国家二等三角要求施测1501.81/70 000按国家三等三角要求施测三等6.03501.81/70 000按国家三等三角要求施测2002.51/40 000按国家四等三角要求施测四等12.04002.51/40 000按国家四等三角要求施测测角前方交会；后方交会；极坐标法；导线法；视准线法；引张线法。水平位移观测 水平位移观测 测角前方交会变形点不便架设仪器。m 测角中误差；D 已知点间距离；206 265。交会角宜在60120之间，以保证交会精度。pABD后方交会 变形点可架设仪器，与三个平面基准点通视。注意p点不能与A、B、C在同一圆周上，否则无定解。pABDaDcDbC极坐标法 光电测距仪，在变形点上可以安置反光镜，且与基准点通视即可。点位中误差的估算公式为：ABPD导线法 相邻变形点间可以通视，且在变形点上可以安置仪器进行测角、测距；通过各次观测所得的坐标值进行比较，便可得出点位位移的大小和方向；多用于非直线型建筑物的水平位移观测，如对弧形拱坝和曲线桥的水平位移观测。视准线法 适用线形建(构)筑物，如水坝、桥梁等。偏差烟囱高度的两倍；Ap、Bp方向大致垂直。前方交会法 若aa，bb，表示烟囱上下中心不在同一铅垂线上，即烟囱有倾斜。a=a-a，b=b-b，量出距离DA、DB，计算偏移量eA、eB：a bpPABDababDADBR前方交会法R为烟囱底部的半径，可量出底部的周长后求得。烟囱总的偏移量e为：根据a、b的正负号，还可以按下式计算出偏移的方向：为以Ap为0按顺时针方向计量的方位角。a bpPABDababeeAeBR垂准线法 悬吊垂球或铅垂仪(或称垂准仪)。垂球在高处，如墙角、建筑物的几何中心处悬挂垂球，垂球线长度应使垂球尖端刚刚不与底部接触，用尺子量出垂球尖至高处该点在底部的理论投影位置的距离，即为高处该点的水平位移值。铅垂仪仪器整平后，形成一条铅垂视线。如在目镜处加装激光器，可形成一条铅垂的可见光束，称为激光铅垂线。观测时，在底部安置仪器，顶部量取相应点的偏移距离。垂准仪 挠度观测 挠度建(构)筑物或其构件在水平方向或竖直方向上的弯曲值。梁的挠度观测在梁两端及中部设置三个变形观测点A、B及C，定期进行沉降观测，计算各期相对于首期的挠度值：ABCSASCSBLALBFe观测点间的距离观测点的沉降量沉降观测水准测量；三角高程。桥梁动荷载弹性挠度列车行驶在桥上产生弹性挠度，列车通过后，立即恢复原状；为能测得瞬时最大值，地面架设测距仪，用三角高程法观测，或用近景摄影测量法。高耸建(构)筑物竖直挠度测定不同高度几何中心或棱边等特殊点相对于底部几何中心或相应点的水平位移；将这些点在其扭曲方向的铅垂面上的投影绘成曲线，就是挠度曲线；可采用测角前方交会法、极坐标法或垂线法。挠度观测 变形观测的成果处理 观测手簿整理和检查；错误或误差超限，找出原因，及时补测；监测网点稳定性检查；定期复测；较差超限，应考虑变形影响；变形量计算，是首期观测成果为基础。列列 表表 各次观测成果依时间先后列表；每次观测点高程H，对照荷载情况，计算：沉降量s；累计沉降量s；平均沉降量；平均沉降速度等。表沉降观测成果表工程名称XX楼 仪器N3 No128544 观测XXX点号首期 95.3.4二期 95.5.8三期 95.7.2备注H0(m)H(m)S(mm)S(mm)H(m)S(mm)S(mm)117.59517.5905517.58827217.55517.5496617.54639二期观测为暴雨后317.57117.5656617.56328417.60417.6013317.60014静荷载 P3.0t/m24.5t/m28.1t/m2平均沉降量5.0mm2.0mm平均沉降速度0.078mm/d0.037mm/d作作 图图 表示荷载、时间与沉降量的关系曲线图横坐标为时间T，纵坐标向下为沉降量s，向上为荷载P；T 轴下是随着时间变化的沉降量曲线，即sT曲线；T 轴上则是荷载随时间而增加的曲线，即PT曲线。2005-10-51015-20-15253035-30-25404567891011121234567891011P(t/m2)s(mm)T用同样方法，可绘出其他变形与外界因素的关系曲线。根据上述的各种信息，结合有关的专业知识，即可对变形的原因，趋势等进行几何的和物理的分析，为工程措施提供依据。注意1、一般认为稳定的基准点，也不可能完全没有变形，所谓稳定，只是相对而言；2、当变形是对变形点的观测没有实际影响时，就视为是稳定的。作作 图图 作业1 变形观测的目的是什么?建筑物为什么会产生变形?2 根据变形的性质，如何分类：其观测的特点是什么?3 变形观测的精度和频率是根据什么原则确定的?4什么是变形观测的基准点、工作基点和变形点?它们分别在构造上的主要要求是什么？5用水准测量进行垂直位移观测时，要注意哪些问题?其原因是什么?6布设水准基点时，为什么一般不能少于3个?7水平位移监测网为什么多采用独立坐标系统?在确定坐标轴方向及坐标原点时，应考虑什么原则?8进行水平位移观测的主要方法有哪些?各适用于什么条件?9建筑物的倾斜度如何表示?怎样进行观测?10什么是挠度。对梁的挠度应如何观测及计算?11变形点的变形量是怎样计算的?观测成果用什么形式表现?为什么要采用这些形式?12什么是变形分析?它的目的是什么?作业