工程测量课程设计样本.doc

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工程测量课程设计

桥梁平面控制网设计
1. 概述
以矿大北门的桥为原型, 假定北门河流宽1.4km, 现准备修建一条跨河大桥, 桥梁轴线位置自定, 控制点自选。
桥梁平面控制网分两级布设。首级控制网主要控制桥的轴线; 为了满足施工中放样每个桥墩的需要, 在首级控制网下要加设一定的差点或插网, 构成第二级控制。由于放样墩台的精度要求较高, 故第二级控制网的精度应不低于首级网。
2. 桥轴线长度精度与桥梁墩台定位精度的确定
( 1) 桥轴线长度精度
设计该大桥钢梁长度为100m,而由5个20m长的节间所组成。《铁路钢桥制造规则》规定: 钢桁梁节间长度制造容许误差为±2mm; 两节间拼装孔距误差为±0.5mm; 每一节间的制造和拼装误差为
( 一般取2 mm) 对n节间拼装的一跨或一联桁式钢梁, 长度误差包括拼装误差 L和支座安装容许误差( 7mm) 长度拼装误差 连续梁, 长跨
每跨( 联) 钢梁安装后的容许误差为:
对于钢板梁及短跨( ≤64m) 简支钢桁梁、 钢筋混凝土梁与预应力混凝土梁等.
长度拼装误差按规范取为:±L/5000
每跨( 联) 钢梁安装后的容许误差为: ±8.3mm
有14跨, 则全长极限误差为: ±31.1mm
取1/2极限误差为中误差, 则全桥轴线长的相对中误差为: md/D=ΔD/2D =1/90032
由此, 便可根据《测规》的”控制测边网的等级和精度”的规定来选择施测的测边网等级。
三角网的等级
测角中误差( ’’)
桥轴线相对中误差
最弱边相对中误差
基线相对中误差
一等
0.7
1:175000
1:150000
1:400000
二等
1.0
1:125000
1:100000
1:300000
三等
1.8
1:75000
1:60000
1: 00
四等
2.5
1:50000
1:40000
1:100000
五等
4.0
1:30000
1:25000
1:75000
本网按二等级的精度要求布网施测。
桥梁墩台中心放样的精度要求
桥墩中心位置偏移, 将为架设造成困难, 而且会使墩上的支座位置偏移, 改变桥墩的应力, 影响墩台的使用寿命和行车安全。因此, 建立控制网不但要保证桥轴线长度有必要的精度, 而且要保证墩台中心定位的精度。
工程上对放样桥墩的位置要求是: 钢梁墩台中心在桥轴线方向的位置中误差不应大于1.5cm～2.0cm。
根据”控制点误差对放样点位不发生显著影响”的原则, 当要求控制网点误差影响仅占总误差的1/10时, 对控制网的精度要求分析如下:
设M为放样后所得点位的总误差;
为控制点误差引起的点位误差;
为放样过程中所产生的点位误差
则:
式中: , 将上式展开为级数, 并略去高次项, 则有:

若控制点误差影响仅使总误差增加1/10, 上式括号中第二项应为0.1, 既得:

由上式解出代入( ☆) 中得:

由此可见, 当控制点误差所引起的的放样误差为总误差的0.4倍时, 则使放样点位总误差仅增加1/10, 即控制点误差对放样点位不发生显著影响, 同时易知。
现在, 若考虑以桥墩台中心在桥轴线方向的位置中误差不大于2.0cm作为研究控制网必要精度的起算数据, 由( ☆) 计算, 要求。此即为放样墩台中心时控制网误差的影响应满足的要求。由此算出放样的精度应达到的要求是
。

测距的主要技术要求
测距仪精度等级
每公里测距中误差mD( mm)
Ⅰ级
mD≤5
mD=±( a+b·D)
Ⅱ级
5＜mD≤10
Ⅲ级
10＜mD≤20
3. 控制网设计及优化

网形及精度统计表

项目
单位
数据
备注
平面已知点数
个
2

平面未知点数
个
8

方向观测设站数
站
0

方向观测总数
个
0

边长观测数
条
21

最大边长
m
1542.897
4－3
最小边长
m
224.359
8－6
验后平面单位权中误差

验后测角中误差
"

最大平面点位中误差
mm
7.98
点名: 7
最大平面相邻点间误差
mm
8.50
5－2
最大方位角误差
"

最大边长误差
mm
6.00
6－7
最大边长比例误差

1/78907
8－6

高程已知点数
个
0

高程未知点数
个
0

高差观测数
段
0

验后高程单位权中误差
mm

最大高程中误差
mm

最大高程相邻点间误差
mm

优化设计模拟控制点成果表

点名
坐标
高程
( m )
备注
X( m )
Y( m )
A
1980.000
65.000

B
230.000
560.000

1
1973.297
-232.560

2
1760.140
195.094

3
1760.140
-111.905

4
223.801
30.199

5
483.879
606.662

6
351.159
299.662

7
1698.472
-357.237

8
133.980
355.968

优化设计模拟数据精度表

测站
照准点
方位角中
误差(")
边长中误
差(mm)
边长相对
中误差
A
1

3.08
1/96774
A
2

2.70
1/94733
1
3

2.86
1/85549
1
7

3.07
1/98372
3
2

3.18
1/96456
3
6

4.21
1/ 35万
3
7

2.95
1/85676
3
A

2.98
1/94615
6
2

5.37
1/ 26万
6
5

3.23
1/ 10万
6
B

2.95
1/97410
6
7

6.00
1/ 25万
5
B

2.74
1/94255
5
2

4.28
1/ 31万
5
3

5.67
1/ 26万
4
6

3.04
1/97882
4
7

5.96
1/ 26万
4
3

5.98
1/ 26万
8
B

2.80
1/80392
8
6

2.84
1/78907
8
4

3.16
1/ 11万
点位误差

点名
坐标误差
误差椭圆参数
高程中误
差(mm)
Mx(mm)
My(mm)
M(mm)
A(mm)
B(mm)
F(度 分)
1
5.13
3.07
5.98
5.13
3.07
1 45

2
3.76
4.94
6.21
5.60
2.69
57 36

3
3.68
4.06
5.48
4.60
2.98
128 09

4
7.00
3.62
7.88
7.01
3.60
176 38

5
2.87
5.23
5.97
5.31
2.74
101 01

6
4.33
3.27
5.43
4.56
2.95
24 07

7
6.18
5.05
7.98
7.05
3.74
145 25

8
4.44
3.11
5.42
4.64
2.80
158 20

点间误差

起点名
终点名
纵横向误差
误差椭圆参数
高程点间
误差(mm)
纵向(mm)
横向(mm)
M(mm)
A(mm)
B(mm)
F(度 分)
A
1
3.08
5.12
5.98
5.13
3.07
1 45

A
2
2.70
5.60
6.21
5.60
2.69
57 36

1
3
2.86
4.77
5.57
4.77
2.86
59 54

1
7
3.07
5.87
6.62
5.87
3.07
115 49

3
2
3.18
5.49
6.35
5.56
3.07
10 23

3
6
4.21
5.33
6.80
5.33
4.21
73 20

3
7
2.95
5.25
6.02
5.28
2.90
158 46

3
A
2.98
4.60
5.48
4.60
2.98
128 09

6
2
5.37
6.16
8.17
7.26
3.76
47 40

6
5
3.23
5.46
6.34
5.49
3.16
148 29

6
B
2.95
4.56
5.43
4.56
2.95
24 07

6
7
6.00
5.50
8.13
6.42
4.99
119 17

5
B
2.74
5.31
5.97
5.31
2.74
101 01

5
2
4.28
7.34
8.50
7.35
4.26
75 28

5
3
5.67
5.48
7.88
6.88
3.86
107 25

4
6
3.04
5.57
6.35
5.60
2.98
162 20

4
7
5.96
5.78
8.30
6.04
5.70
135 29

4
3
5.98
5.18
7.91
6.14
4.99
17 55

8
B
2.80
4.64
5.42
4.64
2.80
158 20

8
6
2.84
4.28
5.13
4.28
2.83
70 26

8
4
3.16
6.13
6.90
6.15
3.12
10 10

4. 控制网优化设计总结
桥轴线相对边长中误差1/ 76万远远小于1/90032,故桥轴线相对边长中误差满足设计要求;
控制点点位误差( 最大点) 7.98mm小于8mm, 故控制网点位误差满足设计要求;
控制网采取三角控制网, 测量采取测边观测方案;
测距仪器精度应满足2mm±4Dppm.

5. 墩台放样

测设墩台中心的方法有直接丈量法, 偏角法, 导线法, 极坐标法及前方交会法。在测设之前, 应对使用方法的测设精度进行估算, 在测设时应按照估算设计的观测方案进行, 最常见的方法是极坐标法和交会法。
( 一) 极坐标法

极坐标法放样
1. 计算放样数据
=
=

2. 用经纬仪测设, 用钢尺测设D, 得P点设计位置。
为了防止错误, 最好用两台全站仪在两个测站上同时按极坐标法测设该墩台位置( 如果条件允许时, 则迁站到另一控制点上同法测设) , 所得两个墩台中心的距离偏差的允许值应不大于2cm, 取两点连线的中心的墩台中心。同法可测设其它墩台中心。
对于直线桥梁, 由于定向点为对岸桥轴线上点, 这时只需在该方向上放样出测站到墩台中心的距离既得墩台位置中心。也可在另外的控制点上设站作检查。
( 二) 交会法
前方交会法应在三个方向上进行, 按照对定位精度的估算, 交会角应以接近90°为宜。
测设前应根据三个测站点和测设的墩台中心点的坐标, 分别计算出测设要素, 如图中测设T2时, 测设元素是, 和角( 对直线桥角不必计算)
理论上三个交会方向应交会于一点, 由于不可避免地存在误差, 实际上这三个方向会形成一个示误三角形。对于直线桥梁, 如果示误三角形在桥轴线方向的边长不大于2cm, 最大边长不大于3cm, 则取在桥轴线上的投影位置E作为墩中心的位置。对于曲线桥, 如果示误三角形的最大边长不大于2.5cm, 则取三角形的重心作为墩中心的位置。

桥梁高程控制网设计与优化
1.对于大型桥梁高程控制必须采用高精度的水准测量。如果桥梁轴线长度非常大, 高程控制测量还必须采用跨河水准的方法联测两岸的控制点高程。
为了方便桥墩高程放样, 在距水准点较远的情况下, 应增设施工水准点。水准路线需要跨越较宽的河流时, 需用跨河水准测量特殊的观测方法。
图中A、 B为仪器站, C、 D为立尺点, 要求跨河视线基本相等, 岸上的视线AC、 BD基本上不小于10m并相等。
2.网型设计
高程控制网由9个点组成。S1, S2为已知水准点1-7为选取未知点。点位全部位于施工影响范围外稳定位置, 周围视野开阔无障碍物,。便于使用。本工程采用已有的二等水准控制点S1 作为起算点。

3．高程控制规范
水准测量等级和测量精度( mm)
水准测量等级
每公里高差中数中误差
二
<=1.0
三
<=3.0
四
<=5.0
五
<=7.5

水准测量等级适用范围
跨河距离m
800<=S<=
S<800
跨河水准测量
二等
三等
网中水准基点间联测
三等
网的起算高程引测
三等

4.高程控制网精度确定
工程上对方样桥墩顶面高程的要求是: 放样两相邻桥墩顶面设计高程时高差的误差不大于厘米, 现已厘米作为桥梁工程高程放样的精度要求来推算施工高程控制网的必要精度。
设M为高程放样点放样后高程的总误差, 其中为控制点高程误差引起的放样点高程误差, 为放样过程中产生的误差引起的放样点高程误差, 则有:
M==
很显然, 将上式的二次项展开略去高次项, 则有,
M=( 1+)
若使上式中=0.1, 即控制点高程误差的影响仅占放样高程总误差的10%, 则有
得 =0.4M
能够确定高程控制网中最弱水准点的高程误差应小于, 取两倍中误差为准许误差, 则最弱点的高程中误差应小于。
设计的桥梁高程控制网中最弱点距高程起算点的测段数不超过4, 设每一段高差测量的中误差为, 则最弱点高程中误差为
=, 可得
=/=
由以上可确定该桥施工高程控制网应按国家水准测量规范中II等水准测量的精度指标( 每公里高差中数偶然中误差) 进行观测方案的设计和施测。
根据计算的高程控制网每测段高差中误差小于毫米, 可确定按二等水准观测, 仪器选用DS1水准仪, 观测要求如下:
等级
视距m

前后视距差m

前后视距累计差m
基辅分划差
mm
基辅所测高差之差mm
视线离地面最低高度m
检测间歇点之差mm
二
<=50
<=1.0
<=3.0
<=0.5
<=0.7
0.5
<=1.0
跨河水准路线长为1400m左右, 大于800m, 因此跨河水准应采用三等水准测量, 采用微倾螺旋法。观测顺序如下图,
图中I1, I2为仪器站, b1, b2为立尺站。
6. 控制网精度估算

高程已知点数
个
2

高程未知点数
个
7

高差观测数
段
9

验后高程单位权中误差
mm

最大高程中误差
mm
1.51
点名: 6
最大高程相邻点间误差
mm
1.71
6－7

点位误差

点名
坐标误差
误差椭圆参数
高程中误
差(mm)
Mx(mm)
My(mm)
M(mm)
A(mm)
B(mm)
F(度 分)
1

0.92
2

1.27
3

1.15
4

0.92
5

1.27
6

1.51
7

1.01

点间误差

起点名
终点名
纵横向误差
误差椭圆参数
高程点间
误差(mm)
纵向(mm)
横向(mm)
M(mm)
A(mm)
B(mm)
F(度 分)
S1
1

0.92
1
2

0.92
2
3

1.61
3
S2

1.15
S2
4

0.92
4
5

0.92
5
6

0.92
6
7

1.71
7
S1

1.01
可知最大高程中误差为1.51mm<2mm, 因此设计方案可行, 采用三等水准测量。

实习总结
这次设计在总体思路上与去年的大地测量课程设计是一样的, 只是去年计算用的是MATLAB软件计算矩阵, 人工列出矩阵, 费时费力, 今年用控制测量与优化软件省去了大量的人工计算, 优化同样也能在软件上简单完成, 这启示我们要多运用现代化先进的技术去完成任务, 不但省时省力而且精度高避免因人工列矩阵出现的错误。