本發(fā)明涉及橋梁施工技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種橋梁懸臂法施工中不平衡荷載監(jiān)測及整體穩(wěn)定性判斷方法。

背景技術(shù)：

懸臂施工法是現(xiàn)代橋梁中預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋建設(shè)的重要施工方法。由于懸臂施工的特殊性，在分段現(xiàn)澆的整個施工過程中，兩個懸臂端荷載平衡是現(xiàn)場施工控制的關(guān)鍵。對稱、平衡澆筑是為了減少力矩，然而，施工過程中，不可能做到絕對平衡?！豆窐蚝┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》(JTG/T F50－2011)第141頁16.5.4條第一款指出：懸臂澆筑施工應(yīng)該對稱、平衡的進(jìn)行，兩端懸臂上荷載的實(shí)際不平衡偏差不得超過設(shè)計(jì)規(guī)定值；設(shè)計(jì)未規(guī)定時，不宜超過梁段自重的1/4。

在不平衡荷載監(jiān)測方面，經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，劉金峰，周東坡，王垚在《城市道橋與防洪》2014，(9)：200-202中的《采用電子傳感器對不平衡箱梁懸臂澆筑過程進(jìn)行安全監(jiān)測》，公開了利用傳感器的變化趨勢定性判斷澆筑過程的穩(wěn)定性，該方法的缺陷是無法判斷不同應(yīng)變計(jì)所測應(yīng)變的差別是由溫度引起的還是由荷載引起的，而且沒有給出施工不平衡的量化指標(biāo)，因此，無法定量知道橋梁兩端不平衡荷載的大小，從而無法進(jìn)行橋梁穩(wěn)定性的定量判斷。

因此，在本領(lǐng)域中，仍然需要實(shí)驗(yàn)安裝簡單，能進(jìn)行懸臂法施工過程中定量判斷穩(wěn)定性的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述無法進(jìn)行懸臂法施工過程中不平衡荷載計(jì)算和穩(wěn)定性定量判斷的不足，提供一種橋梁懸臂法施工中不平衡荷載監(jiān)測及整體穩(wěn)定性判斷方法。

該方法具體步驟如下：

S1：在臨時固結(jié)柱或橋墩上安裝測量柱或橋墩的軸向應(yīng)變的應(yīng)變計(jì)和溫度傳感器，且應(yīng)變計(jì)和溫度傳感器以順橋向的中點(diǎn)為對稱點(diǎn)進(jìn)行對稱布置，并且溫度傳感器和應(yīng)變計(jì)安裝在同一個位置；

S2：令橋梁無施工荷載，測量橋梁應(yīng)變隨溫度的變化數(shù)據(jù)，建立應(yīng)變隨溫度的變化規(guī)律；

S3：測量施工階段應(yīng)變計(jì)的初始應(yīng)變，然后，根據(jù)應(yīng)變和溫度的關(guān)系，計(jì)算消除溫度影響的荷載應(yīng)變；

S4：利用荷載應(yīng)變計(jì)算荷載不平衡偏差，根據(jù)不平衡偏差判斷橋梁的整體穩(wěn)定性。

其中，S2中同步測量臨時固結(jié)柱或橋墩的軸向應(yīng)變和溫度。

S2中無施工荷載情況下，應(yīng)變隨溫度變化的監(jiān)測時間不小于1天，采樣頻率不大于30分鐘/次。

S2中的應(yīng)變-溫度關(guān)系采用最小二乘法進(jìn)行計(jì)算。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

該方法利用臨時固結(jié)柱或橋墩上對稱部位安裝的應(yīng)變計(jì)和溫度傳感器，得到由荷載所引起的柱的軸向應(yīng)變，由此計(jì)算荷載不平衡偏差，從而判斷橋梁的整體穩(wěn)定性。本方法所得的應(yīng)變避免了不同柱溫度應(yīng)變的影響，可以定量的計(jì)算兩個懸臂端的不平衡荷載，且實(shí)驗(yàn)安裝簡單，易于操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的橋梁懸臂法施工中不平衡荷載監(jiān)測及整體穩(wěn)定性判斷方法監(jiān)測設(shè)備布置簡圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例橋梁懸臂法施工的梁段示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例圖2中A-A剖面圖，圖中單位為cm；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例左側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)與溫度的擬合曲線；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例右側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)與溫度的擬合曲線；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例初始應(yīng)變隨梁段的變化曲線；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例溫度隨梁段的變化曲線；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例荷載應(yīng)變隨梁段的變化曲線；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例荷載不平衡偏差隨梁段的變化曲線。

其中：

1-左側(cè)施工梁段；2-右側(cè)施工梁段；3-已施工梁段；4-左側(cè)臨時固結(jié)柱；5-右側(cè)臨時固結(jié)柱；6-左側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)；7-左側(cè)臨時固結(jié)柱上溫度傳感器；8-右側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)；9-右側(cè)臨時固結(jié)柱上溫度傳感器；10-數(shù)字信號采集儀；11-計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種橋梁懸臂法施工中不平衡荷載監(jiān)測及整體穩(wěn)定性判斷方法。

如圖1所示，本方法中，在左側(cè)臨時固結(jié)柱4和右側(cè)臨時固結(jié)柱5同一高度上的對稱位置安裝左側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)6和右側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)8，測量臨時固結(jié)柱的軸向應(yīng)變；左側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)6和右側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)8的位置同時安裝左側(cè)臨時固結(jié)柱上溫度傳感器7和右側(cè)臨時固結(jié)柱上溫度傳感器9；在已施工臂梁3完成基礎(chǔ)時，繼續(xù)澆筑左側(cè)施工梁段1和右側(cè)施工梁段2，使左側(cè)臨時固結(jié)柱4和右側(cè)臨時固結(jié)柱5產(chǎn)生變形，分別由左側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)6和右側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)8測得臨時固結(jié)柱的應(yīng)變；左側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)6、左側(cè)臨時固結(jié)柱上溫度傳感器7、右側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)8、右側(cè)臨時固結(jié)柱上溫度傳感器9通過數(shù)字信號采集儀10連接計(jì)算機(jī)11。

本發(fā)明中，涉及到的溫度修正方法如下：

在已施工臂梁3完成時，繼續(xù)澆筑左側(cè)施工梁段1和右側(cè)施工梁段2前，已施工臂梁3上沒有施工荷載情況下，同時測量應(yīng)變和溫度。將應(yīng)變計(jì)測量到應(yīng)變值稱為初始應(yīng)變，左側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)6測量的應(yīng)變?yōu)閷?yīng)左側(cè)臨時固結(jié)柱上溫度傳感器7測量的溫度為T⁽¹⁾；右側(cè)臨時固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)8測量的應(yīng)變?yōu)閷?yīng)右側(cè)臨時固結(jié)柱上溫度傳感器9測量的溫度為T⁽²⁾。

已施工梁段上沒有施工荷載情況下，測量一天以上無荷載作用下的初始應(yīng)變及相應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)，然后采用線性最小二乘法建立得到初始應(yīng)變和溫度的統(tǒng)計(jì)關(guān)系：

在左側(cè)施工梁段1和右側(cè)施工梁段2施工后，對于某一時刻測量的初始應(yīng)變和溫度T⁽ⁱ⁾，則由左側(cè)施工梁段1和右側(cè)施工梁段2所引起的荷載應(yīng)變ε⁽ⁱ⁾為：

由式(2)計(jì)算所得的應(yīng)變是經(jīng)溫度修正后各應(yīng)變計(jì)由荷載所引起的荷載應(yīng)變。

本發(fā)明中，根據(jù)荷載應(yīng)變計(jì)算不平衡偏差的推導(dǎo)過程如下：

已施工梁段3施工完成基礎(chǔ)上，繼續(xù)向前澆筑左側(cè)施工梁段1和右側(cè)施工梁段2，左側(cè)施工梁段1的重量為W₁，右側(cè)施工梁段2的重量為W₂。左側(cè)施工梁段1和右側(cè)施工梁段2施工完成后測得左側(cè)和右側(cè)臨時固結(jié)的初始應(yīng)變分別為和及相應(yīng)的溫度為T⁽¹⁾和T⁽²⁾。然后，由式(2)得到荷載應(yīng)變ε⁽¹⁾和ε⁽²⁾。

設(shè)由于左側(cè)施工梁段1和右側(cè)施工梁段2引起的左側(cè)臨時固結(jié)柱和右側(cè)臨時固結(jié)柱的軸力分別為F₁和F₂。左側(cè)臨時固結(jié)柱和右側(cè)臨時固結(jié)柱之間的距離為b，施工梁段重量作用點(diǎn)到臨時固結(jié)柱的距離為l。

由B點(diǎn)力矩平衡可得：

F₂×b＝W₂×(l+b)-W₁×l；

(3)

由C點(diǎn)力矩平衡可得：

F₁×b＝W₁×(l+b)-W₂×l；

(4)

式(4)減式(3)得：

F₁-F₂＝(W₁-W₂)(2l/b+1)

(5)

式(3)和式(4)相加得：

F₁+F₂＝W₁+W₂

(6)

由軸力和應(yīng)變的關(guān)系可知：

F₁＝EAε⁽¹⁾

(7)

F₂＝EAε⁽²⁾

(8)

式中：E為臨時固結(jié)柱的彈性模量，A為臨時固結(jié)柱截面的面積；將式(7)和式(8)代入式(5)和式(6)，并化簡后可得：

式中，W_e為荷載不平衡偏差，ε_e為不平衡應(yīng)變比。

由于施工過程中，應(yīng)變和溫度是連續(xù)采樣的，因此，式(11)中的ε⁽¹⁾和ε⁽²⁾是由每個梁段施工前和施工后的初始應(yīng)變分別進(jìn)行溫度修正，然后相減得到的。

式(9)表明，利用臨時固結(jié)柱上的應(yīng)變可以定量計(jì)算施工梁段的荷載不平衡偏差。在得到荷載不平衡偏差后，即可根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50－2011)第141頁16.5.4條第一款進(jìn)行穩(wěn)定性判斷。

為驗(yàn)證上述理論的正確性以及在橋梁懸臂法施工中的應(yīng)用。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

某變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁采用懸臂施工法進(jìn)行施工。每個橋墩懸臂施工法的梁段劃分如圖2所示。懸臂澆筑箱梁2#梁段長2.5m，3#～5#梁段長3.0m，6#～9#梁段長3.5m，10#～13#梁段長4.5m，最大懸臂施工長度為49m。應(yīng)變計(jì)和溫度傳感器的安裝位置如圖3所示。

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)變和溫度監(jiān)測從8#(8’#)梁段施工完成后開始。在9#梁段施工前測量了兩天無施工荷載情況下的應(yīng)變及溫度，如圖4和圖5所示。圖4和圖5中的直線就是最小二乘法所得溫度和應(yīng)變的關(guān)系：

將9#(9’#)～12#(12’#)在各梁段施工前和施工后的初始應(yīng)變?nèi)鐖D6所示，相應(yīng)時刻的溫度如圖7所示，溫度修正后各梁段所引起的荷載應(yīng)變?nèi)鐖D8所示。由此可得各梁段施工的荷載不平衡偏差，如圖9所示。

由圖9可知，該橋梁在懸臂法施工過程存在荷載不平衡偏差。在9#(9’#)～12#(12’#)施工階段，最大荷載不平衡偏差約16％左右，小于1/4，滿足規(guī)范要求，表明該橋施工過程中較好的控制了不平衡荷載，施工過程中橋梁整體是穩(wěn)定性的。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。