一种桥梁悬臂法对称施工中扭矩的监测方法与流程

本发明涉及桥梁施工技术领域，特别是指一种桥梁悬臂法对称施工中扭矩的监测方法。

背景技术：

箱梁在偏心荷载作用下可等效为局部荷载，对称荷载和反对称荷载的共同作用。扭转和畸变效应是在反对称荷载作用下产生的。郭金琼，房贞政，郑振在《箱型梁设计理论》一书中指出对于混凝土箱梁而言，由刚性扭转和截面畸变产生的纵向翘曲正应力可达到活载和恒载共同作用产生的纵向弯曲正应力的24％～26％。因此扭转作用对于箱梁的影响不可忽略。

目前，在机械工程领域，有通过位移监测来进行扭转监测的方法，而在本领域当中，尚未有桥梁扭矩大小监测的方法，因此，需要一种实验安装简单，能进行悬臂法施工过程中对扭矩进行监测的方法。

技术实现要素：

本发明为解决目前悬臂法施工过程中扭矩监测的不足，提供一种桥梁悬臂法对称施工中扭矩的监测方法。

该方法步骤如下：

s1：在临时固结柱上安装测量临时固结柱轴向应变的应变计，且应变计以横桥向的中心线为对称线进行对称布置，并测量应变计安装完毕时的初始应变；

s2：测量施工过程中各个临时固结柱的应变；

s3：根据不同临时固结柱应变的差别和临时固结柱间距计算桥梁扭矩。

其中，临时固结柱对称设置，且数量不少于2对。

s2中同步测量临时固结柱的轴向应变。

最终，桥梁扭矩m为：

其中，e为临时固结柱的弹性模量，a为临时固结柱截面的面积，n为临时固结柱的数量(对)，表示第j工况时第k对临时固结柱上的轴向应变差，l^k表示第k对临时固结柱的间距。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

该方法利用临时固结柱或桥墩上横桥向对称部位安装的应变计，得到由荷载所引起的柱的轴向应变，由此可以定量的计算桥梁偏心荷载所产生的扭矩，且实验安装简单，易于操作。

附图说明

图1为本发明的桥梁悬臂法对称施工中扭矩的监测方法监测设备布置简图；

图2为本发明实施例临时固结柱剖面图，图中单位为cm；

图3为本发明实施例三种工况下各临时固结柱上应变计的应变值。

其中：1-桥梁上部结构；2-左前方临时固结柱；3-左后方临时固结柱；4-右前方临时固结柱；5-右后方临时固结柱；6-左前方临时固结柱上应变计；7-左后方临时固结柱上应变计；8-右前方临时固结柱上应变计；9-右后方临时固结柱上应变计；10-数字信号采集仪；11-计算机；201-左侧临时固结柱；202-右侧临时固结柱；203-左侧临时固结柱上应变计一；204-左侧临时固结柱上应变计二；205-左侧临时固结柱上应变计三；206-左侧临时固结柱上应变计四；207-左侧临时固结柱上应变计五；208-左侧临时固结柱上应变计六；209-左侧临时固结柱上应变计七；210-右侧临时固结柱上应变计一；211-右侧临时固结柱上应变计二；212-右侧临时固结柱上应变计三；213-右侧临时固结柱上应变计四；214-右侧临时固结柱上应变计五；215-右侧临时固结柱上应变计六；216-右侧临时固结柱上应变计七。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的悬臂法施工过程中扭矩监测的不足，提供一种桥梁悬臂法对称施工中扭矩的监测方法。

该方法步骤如下：

s1：在临时固结柱上安装测量临时固结柱轴向应变的应变计，且应变计以横桥向的中心线为对称线进行对称布置，并测量应变计安装完毕时的初始应变；

s2：测量施工过程中各个临时固结柱的应变；

s3：根据不同临时固结柱应变的差别和临时固结柱间距计算桥梁扭矩。

如图1所示，本方法中，在左前方临时固结柱2、左后方临时固结柱3、右前方临时固结柱4和右后方临时固结柱5的同一高度上的对称位置安装应变计，分别为左前方临时固结柱上应变计6、左后方临时固结柱上应变计7、右前方临时固结柱上应变计8和右后方临时固结柱上应变计9，测量临时固结柱的轴向应变；桥梁上部结构1上施加了偏心荷载，产生了对称扭矩m，使临时固结柱产生变形，分别由不同临时固结柱上的应变计测得不同临时固结柱的应变；左前方临时固结柱上应变计6、左后方临时固结柱上应变计7、右前方临时固结柱上应变计8和右后方临时固结柱上应变计9的数据通过数字信号采集仪10连接发送至计算机11。

本发明中，根据荷载应变计算桥梁扭矩的推导过程如下：

在应变计刚安装完毕时，测得左前方临时固结柱上应变计6、左后方临时固结柱上应变计7、右前方临时固结柱上应变计8和右后方临时固结柱上应变计9的初始应变分别为和

在施工过程中，第j工况下，测得左前方临时固结柱上应变计6、左后方临时固结柱上应变计7、右前方临时固结柱上应变计8和右后方临时固结柱上应变计9的初始应变分别为和

设左前方临时固结柱2、左后方临时固结柱3、右前方临时固结柱4和右后方临时固结柱5的轴力分别为和由轴力和应变的关系可知：

式中：e为临时固结柱的弹性模量，a为临时固结柱截面的面积；若前方临时固结柱和后方临时固结柱之间的距离为l。由扭矩平衡可得第j工况的扭矩为：

将式(1)代入式(2)可得：

临时固结柱或桥墩通常都是对称布置的，在式(2)中与是一对对称布置的临时固结柱上的力，与是另一对对称布置的临时固结柱上的力。当有多对临时固结柱或桥墩时，应当根据上述计算方式采用叠加的方法进行计算。

假设某桥梁存在n对横向对称的临时固结柱，根据式(3)的算法叠加进行计算。令表示第j工况时第k对临时固结柱上的轴力差，用表示第j工况时第k对临时固结柱上的轴向应变差，用l^k表示第k对临时固结柱上的间距，例如在上述推导过程中l¹＝l²＝l。则对于n对临时固结柱的情况，扭矩的计算公式为：

在实施时，需要测量出每一对临时固结柱的间距以及每个临时固结柱的应变就可以计算得出桥梁扭矩。

为验证上述理论的正确性以及在桥梁悬臂法施工中的应用。以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

某变截面预应力混凝土连续梁采用悬臂施工法进行施工。悬臂浇筑箱梁2#梁段长2.5m，3#～5#梁段长3.0m，6#～9#梁段长3.5m，10#～13#梁段长4.5m，最大悬臂施工长度为49m。应变计和温度传感器的安装位置如图2所示。按照在图2中的位置，左侧临时固结柱201的应变计从上至下依次记为左侧临时固结柱应变计一203、左侧临时固结柱应变计二204、左侧临时固结柱应变计三205、左侧临时固结柱应变计四206、左侧临时固结柱应变计五207、左侧临时固结柱应变计六208、左侧临时固结柱应变计七209，右侧临时固结柱202的应变计从上至下依次记为右侧临时固结柱上应变计一210、右侧临时固结柱上应变计二211、右侧临时固结柱上应变计三212、右侧临时固结柱上应变计四213、右侧临时固结柱上应变计五214、右侧临时固结柱上应变计六215、右侧临时固结柱上应变计七216，应变计203至应变计216第j工况的应变依次记为

实际施工期间分别测量了5#块段浇筑完成某时刻、8#块段浇筑完成某时刻以及12#块段浇筑完成某时刻的临时固结柱应变，分别记为工况1、工况2和工况3。在工况j(j＝1,2,3)情况下的临时固结柱应变值与上部结构施工前的临时固结柱应变值之差为工况j情况下扭转荷载引起的应变，的值如图3所示。由图中可以看出对称位置的临时固结柱轴向应变不同，桥梁上部结构存在横向扭矩作用。

应变计206与应变计213所测的应变分别为横向中心位置的临时固结柱的应变值，在计算扭矩时不用计算在内。则共存在6对临时固结柱轴力及6对临时固结柱轴向应变，即按照式(4)中n＝6的情况进行计算。其中l^k的大小可由图2中的尺寸计算得出，的大小由图3中的应变数据计算得出，l^k、的计算结果如表1所示。临时固结柱直径为0.475m，临时固结柱的等效弹性模量为6.11×10¹⁰pa。

表1临时固结柱轴向应变差

根据式(4)，可以计算出三种工况下的扭矩大小分别为：-2.501×10⁶nm、-1.564×10⁶nm和0.299×10⁶nm。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。