一种混凝土支撑的轴向应力测算方法与流程

本发明涉及一种混凝土支撑的轴向应力测算方法。

背景技术：

混凝土支撑是基坑工程支护结构中的重要组成部分，在基坑安全评价中混凝土支撑轴向应力是一个重要的指标。目前的混凝土支撑轴向应力测量主要采用在混凝土结构1/3处安装振弦式钢筋计的方式进行测量。

在实际的施工过程中，由与受到混凝土徐变、收缩、温度、以及钢筋与混凝土膨胀系数不匹配的因素，振弦式钢筋计测量结果往往不能真实的反应混凝土支撑的受力情况，存在这样的情况发生：现场测量轴向应力值已经达到设计标准值的2-3倍，但混凝土支撑结构并没有出现损坏等现象。造成这一现象的主要原因是由于钢筋计所测轴向应力并不是完全由于外部的荷载产生，其中包含了许多非荷载因素，主要有混凝土徐变、收缩和温度变化等因素。

混凝土徐变效应主要由于在混凝土支撑结构在长期的荷载作用之下，使混泥土内部水分受外部挤压导致混凝土胶体缩小的过程，混凝土收缩是混凝土胶体水分蒸发导致混凝土体积缩小的物理现象；温度主要引起混凝土支撑结构的热胀冷缩现象，导致其总体体积的伸缩。以上混凝土非荷载效应，都将引起混凝土体积变化，从而引起支撑轴向应力的变化。此外传统钢筋计的测量中，由于钢筋与混凝土之间的膨胀、收缩系数不匹配，也是导致测量值偏大的重要原因。

综上原因，由于在混凝土轴向应力监测中传统的钢筋计测量方法存在轴向应力测量值远大于设计值的问题，将会给基坑工程施工中带来停工、增加额外支撑结构等问题，造成工期延误及额外的成本增加等一系列问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种混凝土支撑的轴向应力测算方法，解决现有技术测算值远大于设计值，从而在混凝土支撑实际没有损坏的情况下，造成基坑工程施工停工、额外增加支撑结构，增加成本且造成工期延误的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种混凝土支撑的轴向应力测算方法，至少包括以下步骤：

a、在混凝土支撑的一端至另一端依次等距设置五个监测点，分别为N₁、N₂、N₃、N₄和N₅，在每个监测点上安装一个混凝土应变力计，所述五个混凝土应变力计均安装在混凝土支撑的轴心处且相邻两个混凝土应变力计之间的距离为L/6，L为混凝土支撑的总长度；

b、对混凝土支撑进行轴向应力监测，分别记录各个混凝土音扁力计的测量应变量的最小读数k、实时测量频率值f₁和频率初始值f₀，并根据以下公式计算出相应混凝土应力计的应变量ε：

ε＝k×(f₁²-f₀²)，

其中，k的单位为10^﹣6/HZ²，f₁和f₀的单位均为H_Z；

c、根据步骤b计算出的结果，运用下列公式精确计算出混凝土支撑上每个监测点处混凝土支撑横截面所受轴向应力：

F_i＝ε×E×A_s，

其中，F_i为各个监测点处混凝土应变力计的轴向应力监测值，单位为KN，i为1-5中任意一个数字，E为混凝土弹性模量，单位为KN/mm²，A_S为相应监测点处混凝土支撑横截面面积，单位为mm²；

d、根据步骤c计算出的结果，运用加权平均求和的方式精确计算出混凝土支撑实际所受的轴向应力F，具体运算公式如下：

F＝0.5×F₃+0.3×(F₂+F₄)+0.2×(F₁+F₅)，

其中，F₁、F₂、F₃、F₄和F₅分别为混凝土支撑上五个监测点N₁、N₂、N₃、N₄和N₅处混凝土支撑横截面所受轴向应力。

进一步地，所述监测点N₁距离混凝土支撑一端端部的距离为L/6。

进一步地，在混凝土支撑外设置有一个用于读取混凝土应变力计数据的五通道振弦式读数仪，所述振弦式读数仪的每个通道分别与一个混凝土应变力计连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明混凝土应变力计安装科学且简单方便，测量数据精准，振弦式读数仪读数精确便捷，采用五个混凝土应变力计测量的五组数据进行加权平均的方法计算混凝土支撑的轴向应力，计算出的混凝土支撑轴向应力精准可靠，且能真实反应出混凝土支撑的实际轴向应力情况，有效避免了现有技术因实际监测值过大带来的不必要停工、额外增加支撑结构、额外增加成本、以及不必要工期延误等问题。

本法发明采用在混凝土支撑轴心上等距设计五个监测点，并且相邻监测点之间的距离为混凝土支撑总长度的六分之一，每个监测点安装一个混凝土应变力计进行实时监测，将监测到的数据采用公式ε＝k×(f₁²-f₀²)和F_i＝ε×E×A_s计算出每一个监测点在混凝土支撑上横截面所受到的应力，之后将每一个监测点在混凝土支撑上横截面所受到的应力设定一个特定的加权值，其中监测点N₁和N₅处在混凝土支撑上横截面所受到应力F₁和F₅的加权值设定为0.2，监测点N₂和N₄处在混凝土支撑上横截面所受到应力F₂和F₄的加权值设定为0.3，监测点N₃处在混凝土支撑上横截面所受到应力F₃的加权值设定为0.5，最后运用公式F＝0.5×F₃+0.3×(F₂+F₄)+0.2×(F₁+F₅)计算出最接近混凝土支撑实际轴向所受应力值。

附图说明

图1为本发明测算流程示意图。

图2为本发明五个混凝土应变力计在混凝土支撑轴心的分布示意图。

图3为本发明混凝土支撑正面截面结构示意图。

图4为在实验室对混凝土支撑施加特定轴向应力后采用本发明测算方法测算的结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1-3所示，一种混凝土支撑的轴向应力测算方法，至少包括以下步骤：

a、在混凝土支撑的一端至另一端依次等距设置五个监测点，分别为N₁、N₂、N₃、N₄和N₅，在每个监测点上安装一个混凝土应变力计，所述五个混凝土应变力计均安装在混凝土支撑的轴心处且相邻两个混凝土应变力计之间的距离为L/6，L为混凝土支撑的总长度；

b、对混凝土支撑进行轴向应力监测，分别记录各个混凝土应变力计的测量应变量的最小读数k、实时测量频率值f₁和频率初始值f₀，并根据以下公式计算出相应混凝土应力计的应变量ε：

ε＝k×(f₁²-f₀²)，

其中，k的单位为10^﹣6/HZ²，f₁和f₀的单位均为H_Z；

c、根据步骤b计算出的结果，运用下列公式精确计算出混凝土支撑上每个监测点处混凝土支撑横截面所受轴向应力：

F_i＝ε×E×A_s，

其中，F_i为各个监测点处混凝土应变力计的轴向应力监测值，单位为KN，i为1-5中任意一个数字，E为混凝土弹性模量，单位为KN/mm²，A_S为相应监测点处混凝土支撑横截面面积，单位为mm²；

d、根据步骤c计算出的结果，运用加权平均求和的方式精确计算出混凝土支撑实际所受的轴向应力F，具体运算公式如下：

F＝0.5×F₃+0.3×(F₂+F₄)+0.2×(F₁+F₅)，

其中，F₁、F₂、F₃、F₄和F₅分别为混凝土支撑上五个监测点N₁、N₂、N₃、N₄和N₅处混凝土支撑横截面所受轴向应力。

所述监测点N₁距离混凝土支撑一端端部的距离为L/6；在混凝土支撑外设置有一个用于读取混凝土应变力计数据的五通道振弦式读数仪，所述振弦式读数仪的每个通道分别与一个混凝土应变力计连接。

为了更直观的对本发明进行说明，本发明采用实验的方式对混凝土支撑所受轴向应力进行测算，实验时分别对混凝土支撑的轴向依次施加50KN应力持续1小时，施加100KN应力持续1小时，施加150KN应力持续1小时，所得实验结果如图4所示。

本发明混凝土应变力计安装科学且简单方便，测量数据精准，振弦式读数仪读数精确便捷，采用五个混凝土应变力计测量的五组数据进行加权平均的方法计算混凝土支撑的轴向应力，计算出的混凝土支撑轴向应力精准可靠，且能真实反应出混凝土支撑的实际轴向应力情况，有效避免了现有技术因实际监测值过大带来的不必要停工、额外增加支撑结构、额外增加成本、以及不必要工期延误等问题。

本法发明采用在混凝土支撑轴心上等距设计五个监测点，并且相邻监测点之间的距离为混凝土支撑总长度的六分之一，每个监测点安装一个混凝土应变力计进行实时监测，将监测到的数据采用公式ε＝k×(f₁²-f₀²)和F_i＝ε×E×A_s计算出每一个监测点在混凝土支撑上横截面所受到的应力，之后将每一个监测点在混凝土支撑上横截面所受到的应力设定一个特定的加权值，其中监测点N₁和N₅处在混凝土支撑上横截面所受到应力F₁和F₅的加权值设定为0.2，监测点N₂和N₄处在混凝土支撑上横截面所受到应力F₂和F₄的加权值设定为0.3，监测点N₃处在混凝土支撑上横截面所受到应力F₃的加权值设定为0.5，最后运用公式F＝0.5×F₃+0.3×(F₂+F₄)+0.2×(F₁+F₅)计算出最接近混凝土支撑实际轴向所受应力值。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。