一种用于铁路桥梁的内应力监测系统的制作方法

[0001]
本发明属于铁路安全监测技术领域，具体涉及一种用于铁路桥梁的内应力监测系统。


背景技术：

[0002]
铁路桥梁是铁路跨越河流、湖泊、海峡、山谷或其他障碍物，以及为实现铁路线路与铁路线路或道路的立体交叉而修建的构筑物，铁路桥梁荷载大，冲击力大，行车密度大，要求能抵抗自然灾害的标准高，特别是结构要求有一定的竖向横向刚度和动力性能。
[0003]
内应力，是指物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置，在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力，同截面垂直的称为正应力或法向应力，在没有外力存在下，材料内部由于加工成型不当，温度变化，溶剂作用等原因所产生的应力，它是由于材料内部宏观或微观的组织发生了不均匀的体积变化而产生的。
[0004]
内应力的取消有几种方法：对物体进行热处理（只针对金属性质的工件）、放到自然条件下进行消除、人工通过敲打振动等方式进行消除，内应力是在结构上无外力作用时保留于物体内部的应力，没有外力存在时，弹性物体内所保存的应力叫做内应力，它的特点是在物体内形成一个平衡的力系,即遵守静力学条件，按性质和范围大小可分为宏观应力，微观应力和超微观应力，按引起原因可分为热应力和套织应力，按存在时间可分为瞬时应力和残余应力.按作用方向可分为纵向应力和横向应力。
[0005]
随着我国铁路交通网的完善，铁路修建过程中的地形地势分布和变化越来越复杂，真正能够适应复杂环境条件下的铁路桥梁的应力监测装置较少，且往往不能满足实际使用需要。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供一种用于铁路桥梁的内应力监测系统，可用于检测桥梁的内应力变化，提前预测到桥梁的异常，对其形变进行分析，做到防患于未然，为桥梁、大型建筑的安全运作提供维护依据。
[0007]
本发明的目的是这样实现的：一种用于铁路桥梁的内应力监测系统，包括固定盘和设于固定盘上的加力机构，所述加力机构包括气缸、螺杆、支撑杆和应力感应器，所述螺杆的一端连接气缸的输出端，所述气缸的另一端通过导程块连接至应力感应器，所述应力感应器的两侧通过导向杆滑动连接至支撑杆的滑套上。
[0008]
优选的，所述应力感应器朝向支撑杆的一侧外部设有安装架，所述导程块和导向杆均固定连接至安装架。
[0009]
优选的，所述支撑杆和气缸均螺栓固定在固定盘上，所述螺杆的外部设有导向筒，所述导向筒螺栓固定连接至固定盘。
[0010]
优选的，所述应力感应器上设有一定向应力感应探头，所述应力感应器通过数据导出线连接至计算机的数据采集器，所述气缸通过电缆连接至计算机的数据采集器。
[0011]
优选的，所述加力机构设一个，所述一个加力机构沿固定盘的径向设置。
[0012]
优选的，所述加力机构设两个，所述两个加力机构沿固定盘的径向设置，所述两个加力机构的应力感应器呈90
°
相交设置。
[0013]
优选的，所述加力机构设三个，所述三个加力机构中的其中两个沿固定盘的径向分布，所述其中两个加力机构的应力感应器呈90
°
相交设置，所述三个加力机构中的另一个沿固定盘的轴向设置。
[0014]
优选的，在测量过程中，所述三个加力机构的应力感应探头方向分别为x、y、z，其中，x、y为沿固定盘的水平方向和垂直方向，z为沿固定盘的轴向，x、y与z之间的夹角分别为30
°
、45
°
，x'、y'为应力感应器的实际方向，x与x'之间的夹角为α，y与y'之间的夹角为β，则有：x=x'cosα+y'sinβ，y=x'sinα+y'cosβ；z=x'cos（30
°
+α）+y'cos（45
°
+β）。
[0015]
优选的，当加力机构对桥梁内部进行加压冲击时，则有应力传感器受到的外力f满足：f=ku+εd(u)/d(t)，其中k为桥梁的刚度，ε为桥梁的阻力系数，u为螺杆在任意时刻的位移。
[0016]
优选的，所述桥梁试件的内部，单方向上的单轴抗压强度w满足：w=( f y
-ꢀ
f x
)[ f x2 + f y2 + f z2-2υ(f x f y
+ f x f z
+ f y f z
)]/2e，其中，f x
、f y
、f z 分别表示的试件在x、y、z方向上的单方向的单轴应力，e表示试件的弹性模量，υ为试件的泊松比。
[0017]
优选的，对于桥梁试件的内部，循环荷载下不同应力幅δσ满足：δσ=f
i
n
i
/n
i
，其中n
i
表示加力机构作用的次数，n
i
表示试件对应应力幅处的常幅加载疲劳寿命，f
i
表示试件在疲劳失效处的临界应力值。
[0018]
优选的，对应作用次数引起的疲劳损伤可以线性累加之后得到：d=∑(n
i
/n
i
)，当d≥1时，表明试件已发生疲劳失效。
[0019]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、本发明提供的一种用于铁路桥梁的内应力监测系统，应力传感器具有承受拉应力高和伸缩变形能力大的优点，能够在桥梁破坏严重的复杂地质条件下与钻孔周围桥梁自适应良好耦合，实时监测桥梁体中单向、双向及三向应力大小及变化，并能与计算机系统联网，实现对监测数据的同步实时传输、存储与处理。
[0020]
2、本发明提供的一种用于铁路桥梁的内应力监测系统，利用多个应力感应探头不同角度组合，实现对以钻孔轴心为法线的平面中两个主应力大小及方向变化的监测方法。
[0021]
3、本发明提供的一种用于铁路桥梁的内应力监测系统，现场监测中，只需将应力计感应探头进行多方向组合，在监测中便可获取实际应力大小及方向，根据要求将多个感应探头按照固定夹角组合在一个应力计中，将算法写入程序，便可在采动应力监测过程中实现对实际主应力大小及方向改变的监测。
附图说明
[0022]
图1是本发明一种用于铁路桥梁的内应力监测系统结构示意图。
[0023]
图2是本发明一种用于铁路桥梁的内应力监测系统的加力机构示意图。
[0024]
图3是本发明实施例2示意图。
[0025]
图4是本发明实施例3示意图。
[0026]
图中：100、加力机构；200、固定盘；1、气缸；2、螺杆；3、导向筒；4、支撑杆；5、滑套；6、导向杆；7、导程块；8、安装架；9、应力感应器；10、应力感应探头。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
实施例1结合图1和图2，一种用于铁路桥梁的内应力监测系统，包括固定盘200和设于固定盘200上的加力机构100，所述加力机构100设一个，所述一个加力机构100沿固定盘200的径向设置。
[0029]
所述加力机构100包括气缸1、螺杆2、支撑杆4和应力感应器9，所述支撑杆4和气缸1均螺栓固定在固定盘200上，所述螺杆2的外部设有导向筒3，所述导向筒3螺栓固定连接至固定盘200，所述螺杆2的一端连接气缸1的输出端，所述气缸1的另一端通过导程块7连接至应力感应器9，所述应力感应器9朝向支撑杆4的一侧外部设有安装架8，所述导程块7和导向杆6均固定连接至安装架8，所述应力感应器9的两侧通过导向杆6滑动连接至支撑杆4的滑套5上，所述应力感应器9上设有一定向应力感应探头10，所述应力感应器9通过数据导出线连接至计算机的数据采集器，所述气缸1通过电缆连接至计算机的数据采集器。
[0030]
根据不同孔径选择合适尺寸应力感应器9，应力感应器9一定向应力感应探头10，保证应力传感器9与桥梁内侧良好接触，应力感应器9初始力最高可达到40mpa，当应力感应器9初承力大于钻孔周围应力时，应力感应器9通过伸缩定向应力感应探头10自适应卸压与钻孔周围桥梁体耦合接触，监测应力变化情况，将定向感应探头10对准所需监测采动应力方向，用气缸1带动螺杆2将应力感应器9慢慢送入钻孔指定位置，使应力感应探头10与钻孔周围耦合接触后开始进行监测，观察应力感应器的数值变化。
[0031]
实施例2结合图2，所述加力机构100设两个，所述两个加力机构100沿固定盘200的径向设置，所述两个加力机构100的应力感应器9呈90
°
相交设置，可以同时监测水平应力和垂直应力，将两个应力感应器9的某一应力感应探头10对准垂直方向，另一应力感应探头10则对准水平方向，用螺杆2和导程块7将应力感应器慢9慢送入指定位置，对两个应力感应探头10分别进行加压监测。
[0032]
实施例3结合图3，所述加力机构100设三个，所述三个加力机构100中的其中两个沿固定盘200的径向分布，所述其中两个加力机构100的应力感应器9呈90
°
相交设置，所述三个加力机构
100中的另一个沿固定盘200的中心轴向设置，将三个方向的应力感应器9的两个径向应力感应探头10任一应力感应探头10对准垂直方向，另一径向应力感应探头10则对准水平方向，用螺杆2将三向应力感应器9慢慢送入孔底，加压时，先对两个应力感应探头10分别加压，后对径向应力感应探头10注压，注压完成后进行监测。
[0033]
在测量过程中，所述三个加力机构的应力感应探头方向分别为x、y、z，其中，x、y为沿固定盘的水平方向和垂直方向，z为沿固定盘的轴向，x、y与z之间的夹角分别为30
°
、45
°
，x'、y'为应力感应器的实际方向，x与x'之间的夹角为α，y与y'之间的夹角为β，则有：x=x'cosα+y'sinβ，y=x'sinα+y'cosβ；z=x'cos（30
°
+α）+y'cos（45
°
+β）。
[0034]
现场监测中，只需将应力计感应探头进行多方向组合，在监测中便可获取实际应力大小及方向，根据要求将多个感应探头按照固定夹角组合在一个应力计中，将以上算法写入程序，便可在采动应力监测过程中实现对实际主应力大小及方向改变的监测。
[0035]
实施例4所述桥梁试件的内部，单方向上的单轴抗压强度w满足：w=( f y
-ꢀ
f x
)[ f x2 + f y2 + f z2-2υ(f x f y
+ f x f z
+ f y f z
)]/2e，其中，f x
、f y
、f z 分别表示的试件在x、y、z方向上的单方向的单轴应力，e表示试件的弹性模量，υ为试件的泊松比。
[0036]
对于桥梁试件的内部，循环荷载下不同应力幅δσ满足：δσ=f
i
n
i
/n
i
，其中n
i
表示加力机构作用的次数，n
i
表示试件对应应力幅处的常幅加载疲劳寿命，f
i
表示试件在疲劳失效处的临界应力值。
[0037]
对应作用次数引起的疲劳损伤可以线性累加之后得到：d=∑(n
i
/n
i
)，当d≥1时，表明试件已发生疲劳失效。
[0038]
能量转化始终遵循动力破坏的最小能量原理：即试件在三向应力作用下破坏时，试件内部应力重新分布，其破坏所需消耗的能量总是呈单向应力状态的破坏能量，各种应力状态下其临界最大能量释放率可用单轴压缩时的能量释放率来表示。
[0039]
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的保护范围内所做的任何修改，等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。