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對(duì)稱施工中扭矩的監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

箱梁在偏心荷載作用下可等效為局部荷載，對(duì)稱荷載和反對(duì)稱荷載的共同作用。扭轉(zhuǎn)和畸變效應(yīng)是在反對(duì)稱荷載作用下產(chǎn)生的。郭金瓊，房貞政，鄭振在《箱型梁設(shè)計(jì)理論》一書中指出對(duì)于混凝土箱梁而言，由剛性扭轉(zhuǎn)和截面畸變產(chǎn)生的縱向翹曲正應(yīng)力可達(dá)到活載和恒載共同作用產(chǎn)生的縱向彎曲正應(yīng)力的24％～26％。因此扭轉(zhuǎn)作用對(duì)于箱梁的影響不可忽略。

目前，在機(jī)械工程領(lǐng)域，有通過位移監(jiān)測(cè)來進(jìn)行扭轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)的方法，而在本領(lǐng)域當(dāng)中，尚未有橋梁扭矩大小監(jiān)測(cè)的方法，因此，需要一種實(shí)驗(yàn)安裝簡(jiǎn)單，能進(jìn)行懸臂法施工過程中對(duì)扭矩進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決目前懸臂法施工過程中扭矩監(jiān)測(cè)的不足，提供一種橋梁懸臂法對(duì)稱施工中扭矩的監(jiān)測(cè)方法。

該方法步驟如下：

s1：在臨時(shí)固結(jié)柱上安裝測(cè)量臨時(shí)固結(jié)柱軸向應(yīng)變的應(yīng)變計(jì)，且應(yīng)變計(jì)以橫橋向的中心線為對(duì)稱線進(jìn)行對(duì)稱布置，并測(cè)量應(yīng)變計(jì)安裝完畢時(shí)的初始應(yīng)變；

s2：測(cè)量施工過程中各個(gè)臨時(shí)固結(jié)柱的應(yīng)變；

s3：根據(jù)不同臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變的差別和臨時(shí)固結(jié)柱間距計(jì)算橋梁扭矩。

其中，臨時(shí)固結(jié)柱對(duì)稱設(shè)置，且數(shù)量不少于2對(duì)。

s2中同步測(cè)量臨時(shí)固結(jié)柱的軸向應(yīng)變。

最終，橋梁扭矩m為：

其中，e為臨時(shí)固結(jié)柱的彈性模量，a為臨時(shí)固結(jié)柱截面的面積，n為臨時(shí)固結(jié)柱的數(shù)量(對(duì))，表示第j工況時(shí)第k對(duì)臨時(shí)固結(jié)柱上的軸向應(yīng)變差，l^k表示第k對(duì)臨時(shí)固結(jié)柱的間距。

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(shí)固結(jié)柱或橋墩上橫橋向?qū)ΨQ部位安裝的應(yīng)變計(jì)，得到由荷載所引起的柱的軸向應(yīng)變，由此可以定量的計(jì)算橋梁偏心荷載所產(chǎn)生的扭矩，且實(shí)驗(yàn)安裝簡(jiǎn)單，易于操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的橋梁懸臂法對(duì)稱施工中扭矩的監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)設(shè)備布置簡(jiǎn)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例臨時(shí)固結(jié)柱剖面圖，圖中單位為cm；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三種工況下各臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變值。

其中：1-橋梁上部結(jié)構(gòu)；2-左前方臨時(shí)固結(jié)柱；3-左后方臨時(shí)固結(jié)柱；4-右前方臨時(shí)固結(jié)柱；5-右后方臨時(shí)固結(jié)柱；6-左前方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)；7-左后方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)；8-右前方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)；9-右后方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)；10-數(shù)字信號(hào)采集儀；11-計(jì)算機(jī)；201-左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱；202-右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱；203-左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)一；204-左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)二；205-左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)三；206-左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)四；207-左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)五；208-左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)六；209-左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)七；210-右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)一；211-右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)二；212-右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)三；213-右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)四；214-右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)五；215-右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)六；216-右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)七。

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)明針對(duì)現(xiàn)有的懸臂法施工過程中扭矩監(jiān)測(cè)的不足，提供一種橋梁懸臂法對(duì)稱施工中扭矩的監(jiān)測(cè)方法。

該方法步驟如下：

s1：在臨時(shí)固結(jié)柱上安裝測(cè)量臨時(shí)固結(jié)柱軸向應(yīng)變的應(yīng)變計(jì)，且應(yīng)變計(jì)以橫橋向的中心線為對(duì)稱線進(jìn)行對(duì)稱布置，并測(cè)量應(yīng)變計(jì)安裝完畢時(shí)的初始應(yīng)變；

s2：測(cè)量施工過程中各個(gè)臨時(shí)固結(jié)柱的應(yīng)變；

s3：根據(jù)不同臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變的差別和臨時(shí)固結(jié)柱間距計(jì)算橋梁扭矩。

如圖1所示，本方法中，在左前方臨時(shí)固結(jié)柱2、左后方臨時(shí)固結(jié)柱3、右前方臨時(shí)固結(jié)柱4和右后方臨時(shí)固結(jié)柱5的同一高度上的對(duì)稱位置安裝應(yīng)變計(jì)，分別為左前方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)6、左后方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)7、右前方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)8和右后方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)9，測(cè)量臨時(shí)固結(jié)柱的軸向應(yīng)變；橋梁上部結(jié)構(gòu)1上施加了偏心荷載，產(chǎn)生了對(duì)稱扭矩m，使臨時(shí)固結(jié)柱產(chǎn)生變形，分別由不同臨時(shí)固結(jié)柱上的應(yīng)變計(jì)測(cè)得不同臨時(shí)固結(jié)柱的應(yīng)變；左前方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)6、左后方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)7、右前方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)8和右后方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)9的數(shù)據(jù)通過數(shù)字信號(hào)采集儀10連接發(fā)送至計(jì)算機(jī)11。

本發(fā)明中，根據(jù)荷載應(yīng)變計(jì)算橋梁扭矩的推導(dǎo)過程如下：

在應(yīng)變計(jì)剛安裝完畢時(shí)，測(cè)得左前方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)6、左后方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)7、右前方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)8和右后方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)9的初始應(yīng)變分別為和

在施工過程中，第j工況下，測(cè)得左前方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)6、左后方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)7、右前方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)8和右后方臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)9的初始應(yīng)變分別為和

設(shè)左前方臨時(shí)固結(jié)柱2、左后方臨時(shí)固結(jié)柱3、右前方臨時(shí)固結(jié)柱4和右后方臨時(shí)固結(jié)柱5的軸力分別為和由軸力和應(yīng)變的關(guān)系可知：

式中：e為臨時(shí)固結(jié)柱的彈性模量，a為臨時(shí)固結(jié)柱截面的面積；若前方臨時(shí)固結(jié)柱和后方臨時(shí)固結(jié)柱之間的距離為l。由扭矩平衡可得第j工況的扭矩為：

將式(1)代入式(2)可得：

臨時(shí)固結(jié)柱或橋墩通常都是對(duì)稱布置的，在式(2)中與是一對(duì)對(duì)稱布置的臨時(shí)固結(jié)柱上的力，與是另一對(duì)對(duì)稱布置的臨時(shí)固結(jié)柱上的力。當(dāng)有多對(duì)臨時(shí)固結(jié)柱或橋墩時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)上述計(jì)算方式采用疊加的方法進(jìn)行計(jì)算。

假設(shè)某橋梁存在n對(duì)橫向?qū)ΨQ的臨時(shí)固結(jié)柱，根據(jù)式(3)的算法疊加進(jìn)行計(jì)算。令表示第j工況時(shí)第k對(duì)臨時(shí)固結(jié)柱上的軸力差，用表示第j工況時(shí)第k對(duì)臨時(shí)固結(jié)柱上的軸向應(yīng)變差，用l^k表示第k對(duì)臨時(shí)固結(jié)柱上的間距，例如在上述推導(dǎo)過程中l¹＝l²＝l。則對(duì)于n對(duì)臨時(shí)固結(jié)柱的情況，扭矩的計(jì)算公式為：

在實(shí)施時(shí)，需要測(cè)量出每一對(duì)臨時(shí)固結(jié)柱的間距以及每個(gè)臨時(shí)固結(jié)柱的應(yīng)變就可以計(jì)算得出橋梁扭矩。

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(duì)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。懸臂澆筑箱梁2#梁段長(zhǎng)2.5m，3#～5#梁段長(zhǎng)3.0m，6#～9#梁段長(zhǎng)3.5m，10#～13#梁段長(zhǎng)4.5m，最大懸臂施工長(zhǎng)度為49m。應(yīng)變計(jì)和溫度傳感器的安裝位置如圖2所示。按照在圖2中的位置，左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱201的應(yīng)變計(jì)從上至下依次記為左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變計(jì)一203、左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變計(jì)二204、左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變計(jì)三205、左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變計(jì)四206、左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變計(jì)五207、左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變計(jì)六208、左側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變計(jì)七209，右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱202的應(yīng)變計(jì)從上至下依次記為右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)一210、右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)二211、右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)三212、右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)四213、右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)五214、右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)六215、右側(cè)臨時(shí)固結(jié)柱上應(yīng)變計(jì)七216，應(yīng)變計(jì)203至應(yīng)變計(jì)216第j工況的應(yīng)變依次記為

實(shí)際施工期間分別測(cè)量了5#塊段澆筑完成某時(shí)刻、8#塊段澆筑完成某時(shí)刻以及12#塊段澆筑完成某時(shí)刻的臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變，分別記為工況1、工況2和工況3。在工況j(j＝1,2,3)情況下的臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變值與上部結(jié)構(gòu)施工前的臨時(shí)固結(jié)柱應(yīng)變值之差為工況j情況下扭轉(zhuǎn)荷載引起的應(yīng)變，的值如圖3所示。由圖中可以看出對(duì)稱位置的臨時(shí)固結(jié)柱軸向應(yīng)變不同，橋梁上部結(jié)構(gòu)存在橫向扭矩作用。

應(yīng)變計(jì)206與應(yīng)變計(jì)213所測(cè)的應(yīng)變分別為橫向中心位置的臨時(shí)固結(jié)柱的應(yīng)變值，在計(jì)算扭矩時(shí)不用計(jì)算在內(nèi)。則共存在6對(duì)臨時(shí)固結(jié)柱軸力及6對(duì)臨時(shí)固結(jié)柱軸向應(yīng)變，即按照式(4)中n＝6的情況進(jìn)行計(jì)算。其中l(wèi)^k的大小可由圖2中的尺寸計(jì)算得出，的大小由圖3中的應(yīng)變數(shù)據(jù)計(jì)算得出，l^k、的計(jì)算結(jié)果如表1所示。臨時(shí)固結(jié)柱直徑為0.475m，臨時(shí)固結(jié)柱的等效彈性模量為6.11×10¹⁰pa。

表1臨時(shí)固結(jié)柱軸向應(yīng)變差

根據(jù)式(4)，可以計(jì)算出三種工況下的扭矩大小分別為：-2.501×10⁶nm、-1.564×10⁶nm和0.299×10⁶nm。

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(duì)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(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。