一种U型薄壳渡槽槽身安全检测及评价方法与流程

本发明涉及一种水工建筑物的安全鉴定方法，具体涉及一种U型薄壳渡槽槽身安全检测及评价方法。

背景技术：

过水渡槽在运行一定年数后能否继续满足运行要求，需要进行安全评价，以便为维修加固或拆除重建提供依据。渡槽安全评价最关键部分是对槽身的安全评价，对于U型薄壳渡槽的槽身，传统的强度检测方法，如钻孔取芯或回弹法等均无法实施，因此目前对薄壳渡槽槽身的安全评价主要是采用相邻构件的强度检测值或槽身原设计强度值进行理论复核计算，但该方法有如下缺点或不足：(1)传统的强度检测仅是对局部点、局部位置的检测，无法反映槽身整体的强度特性，同时槽身的薄弱部位往往未能检测到；(2)由于不同构件在钢筋直径、保护层厚度及运行条件等方面的差异，采用相邻构件的强度检测指标进行槽身安全性复核误差较大；(3)槽身经过长期的运行，强度明显下降，采用原设计强度进行复核计算不符合工程实际；(4)理论计算仅是针对典型断面进行的计算，无法考虑槽身的三维空间效应；(5)理论复核计算成果与实际受力情况可能存在较大差异，计算成果不能真实反映结构的实际安全性态。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中渡槽常用安全评价方法的不足，提供一种可靠的U型薄壳渡槽槽身安全检测及评价方法。

本发明提供的技术方案如下：

一种U型薄壳渡槽槽身安全检测及评价方法，包括以下步骤：

(1)应变计安装：取1跨渡槽槽身，纵向上沿渡槽的槽壳底部每隔一定距离l安装1支应变计，l取值越小，观测精度越高，实际工作中一般取1/20槽身跨度≤l≤1/10槽身跨度为宜；横向上沿渡槽的跨中圆弧段槽壳底部每隔一定间距s安装1支应变计，s取值越小，观测精度越高，实际工作中一般每隔30°圆心角对应的圆弧长安装1支应变计，渡槽的跨中竖直段一般安装2支应变计，其中1支应变计安装于圆弧段与竖直段相交位置，另1支应变计安装于渡槽的槽壳与边梁相交处；在渡槽的拉杆中部安装1支应变计，所有应变计均通过电缆穿引至自动化采集装置中，采集装置与电脑终端相连，实现自动化采集。

(2)位移测点安装：在渡槽的槽壳内壁底部跨中、1/4跨及跨端固定沉降标点各1个，在渡槽的槽身跨中、1/4跨及跨端边梁上固定棱镜各1个。

(3)读取初始值：通过电脑终端读取所有应变计初始值，同时利用精密水准仪和铟钢尺读取各沉降标点垂直位移初始值，利用全站仪读取各棱镜位置水平位移初始值。

(4)注水试验：向槽内注水，在水深每增加一定高度h(h取值越小，观测精度越高，但数据量也越大，实际工作中取值范围一般为：1/20槽身高度≤h≤1/10槽身高度)，分别读取应变计测值及各测点垂直及水平位移，直至水注满槽，满槽后连续读取测值，至各项测值稳定。

(5)排水试验：给渡槽排水，在水深每降低一定高度h(h取值与注水试验相同，h取值越小，观测精度越高，但数据量也越大，实际工作中取值范围一般为：1/20槽身高度≤h≤1/10槽身高度)，分别读取应变计测值及各测点垂直和水平位移，直至槽内无水，无水后连续读取测值，至各项测值稳定，试验完毕。

(6)实测值计算：根据各测点初始值及后期观测值，计算各测点实测应变及位移。

以振弦式应变计为例，应变计算公式为：ε＝k(F-F₀)

式中：k—应变计的测量灵敏度，10^-6；

F—应变计测量值，F；

F₀—应变计初始值，F；

以水准观测法为例，垂直位移计算公式为：y＝H₀-H

式中：y—测点垂直位移，m；

H₀—测点初始高程，m；

F₀—变形后测点高程，m；

以小角度观测法为例，水平位移计算公式为：

式中：l—水平位移，mm；

s—全站仪至观测点的水平距离，m；

α₀—观测点至全站仪与远处相对不动点组成的视准线的初始夹角，″；

α—变形后观测点至全站仪与远处相对不动点组成的视准线的夹角，″；

—角度换算偏移量的系数。

(6)有限元计算：建立1跨渡槽的槽身三维有限元计算模型，本构模型取线弹性模型，材料参数取设计弹性模量和泊松比，分别计算设计水深及满槽水深工况下渡槽的槽身应变及位移。

(7)槽身安全评价：根据各测点实测应变或位移值与有限元计算值的偏离情况，即偏离系数μ来评价渡槽的承载能力及安全性。μ计算公式如下：

μ计算公式如下：

式中：A_t—试验荷载作用下各监测点的实测应变或位移；

A_c—试验荷载作用下各监测点的计算应变或位移。

当μ＝1时，说明有限元分析计算结果与现场实测结果相一致，槽身能满足设计要求；

当μ>1时，说明槽身结构目前的工作状况和受力性能不是很理想，与设计有一定差距，槽身结构的承载能力不能达到要求，同时槽身的运行处于不安全状况，应该采取有效措施对槽身进行维修或者加固处理；

当μ＜1时，说明槽身目前的工作状况和受力性能很理想，槽身承载能力也能够达到设计要求，具有足够大的安全系数，槽身处于安全状态。

本发明的有益效果是：

(1)通过渡槽注水及排水试验能真实反映整个槽身在注、排水过程中的变形递增、递减规律以及在排水完成后的残余变形量，直观反映槽身的工作性态。

(2)三维有限元计算可以计算不同水位工况下，槽身不同部位的应变及位移，与传统理论计算相比，计算精度高，成果可靠，同时可以考虑槽身的三维空间效应。

(3)偏离系数能真实反映现状槽身的承载能力与设计要求的偏离程度，使槽身安全评价成果更为科学、合理。

附图说明

图1为本发明的操作流程图；

图2为本发明实施例的沿槽身纵向仪器布置示意图；

图3是本发明实施例的沿槽身横向仪器布置示意图。

图中：1-应变计；2-槽身；21-槽壳；22-拉杆；23-边梁；3-沉降标点；4-棱镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明一种U型薄壳渡槽槽身安全检测及评价方法，包括以下步骤：

(1)纵向上沿渡槽的槽壳21底部每隔一定距离l安装1支应变计1，l取值越小，观测精度越高，实际工作中一般取1/20槽身2跨度≤l≤1/10槽身2跨度为宜；横向上沿渡槽的跨中圆弧段槽壳21底部每隔间距s安装1支应变计1，s取值越小，观测精度越高，实际工作中一般为每隔30°圆心角对应的圆弧长安装1支应变计1，渡槽的跨中竖直段一般安装2支应变计1，其中1支应变计1安装于圆弧段与竖直段相交位置，另1支应变计1安装于渡槽的槽壳21与边梁23相交处；在渡槽的拉杆22中部安装1支应变计1，所有应变计1均通过电缆穿引至自动化采集装置中，采集装置与电脑终端相连，实现自动化采集。

(2)在渡槽的渡壳21内壁底部跨中、1/4跨及跨端固定沉降标点3各1个，在渡槽的槽身2跨中、1/4跨及跨端边梁23上固定棱镜4各1个。

(3)通过电脑终端读取所有应变计1初始值，同时利用精密水准仪和铟钢尺读取各沉降标点垂直位移初始值，利用全站仪读取棱镜位置水平位移初始值。

(4)向槽内注水，在水深每增加一定高度h(h取值越小，观测精度越高，但数据量也越大，实际工作中取值范围一般为：1/20槽身2高度≤h≤1/10槽身2高度)，分别读取应变计1测值及各测点垂直及水平位移，直至水注满槽，满槽后连续读取测值，至各项测值稳定。

(5)给渡槽排水，在水深每降一定高度时h(h取值与注水试验相同，h取值越小，观测精度越高，但数据量也越大，实际工作中取值范围一般为：1/20槽身2高度≤h≤1/10槽身2高度)，分别读取应变计1测值及各测点垂直和水平位移测值，直至槽内无水，无水后连续读取测值，至各项测值稳定，试验完毕。

(6)根据各测点初始值及后期观测值，计算各测点实测应变及位移。

以振弦式应变计为例，应变计算公式为：ε＝k(F-F₀)

式中：k—应变计的测量灵敏度，10^-6；

F—应变计测量值，F；

F₀—应变计初始值，F；

以水准观测法为例，垂直位移计算公式为：y＝H₀-H

式中：y—测点挠度值，m；

H₀—测点初始高程，m；

F₀—变形后测点高程，m；

以小角度观测法为例，水平位移计算公式为：

式中：l—水平位移量，mm；

s—全站仪至观测点的水平距离，m；

α₀—观测点至全站仪与远处相对不动点组成的视准线的初始夹角，″；

α—变形后观测点至全站仪与远处相对不动点组成的视准线的夹角，″；

—角度换算偏移量的系数。

(6)建立1跨渡槽的槽身2三维有限元计算模型，本构模型取线弹性模型，材料参数取设计弹性模量和泊松比，分别计算设计水深及满槽水深工况下渡槽的槽身2应变及位移。

(7)根据各测点实测应变或位移值与有限元计算值的偏离情况，即偏离系数μ来评价渡槽的承载能力及安全性。μ计算公式如下：

式中：A_t—试验荷载作用下各监测点的实测应变或位移；

A_c—试验荷载作用下各监测点的计算应变或位移。

当μ＝1时，说明有限元分析计算结果与现场实测结果相一致，槽身(2)能满足设计要求；当μ>1时，说明槽身(2)结构目前的工作状况和受力性能不是很理想，与设计有一定差距，槽身(2)结构的承载能力不能达到要求，同时槽身(2)的运行处于不安全状况，应该采取有效措施对槽身(2)进行维修或者加固处理；当μ＜1时，说明槽身(2)目前的工作状况和受力性能很理想，槽身(2)承载能力也能够达到设计要求，具有足够大的安全系数，槽身(2)处于安全状态。

上述实施例结合附图对本发明进行了描述，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。