CN102032957A - 钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法。该监测方法是在钢管混凝土拱桥拱脚部位支模后浇注前，预先在拱脚应力较大的关键点设置多个钢弦传感器，然后由监测人员每日读取这些传感器的应变值，并用同一时刻的温度值对该应力值进行修正，这样便于工程人员在钢管混凝土拱桥施工和运营期间随时监测拱脚位置的受力情况，由此能够解决钢管混凝土拱桥拱脚节点受力复杂不易监测或监测数据误差较大的问题，并可以据此推测出整个桥梁的整体受力性能和安全可靠性。本方法具有易于实现、成本较低、应用效果好等优点，并且可推广应用于类似桥梁关键部位的施工作业中。

Description

钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法

技术领域

本发明属于桥梁技术领域，特别是涉及一种钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法。

背景技术

钢管混凝土拱桥是一种拱肋采用钢管混凝土材料制成的拱状受力桥梁，其主要特点是在钢管内填充混凝土。由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而能够显著提高混凝土的抗压强度。由于钢管混凝土拱桥具有经济性好、跨越能力大等优点，因此在我国迅速得到推广及应用。钢管混凝土拱桥基本上为无铰拱，拱脚节点要保证拱肋完全固结在墩台的拱座之中。对于无推力的下承式拱梁组合桥和刚架系杆拱，拱脚节点的构造与受力都极为复杂。对于拱梁组合桥，拱脚节点由端横梁、拱肋和加劲梁三者相汇形成，除承受三者传来的各种空间力系作用外，该节点还要承受大吨位支座的反力。由于端横梁、加劲梁多为预应力钢筋混凝土结构，所以节点处还往往是预应力束的锚固区。对于刚架系杆拱，拱脚节点由端横梁、拱肋和墩柱三者相汇形成，其要承受三者传来的各种空间力系作用。对于连接梁式边跨的拱脚节点，其还要承受边跨梁的支座力；对于多跨刚架系杆拱，其节点两边都有拱肋，如果是不等跨拱，两边拱肋的构造与受力的差异使得节点处的构造和受力都变得更加复杂。

众所周知，工程结构的破坏常常是从局部开始的，如上所述，由于钢管混凝土拱桥拱脚处应力应变复杂，因此已有大量的钢管混凝土拱桥的拱脚处出现了开裂等病害，所以拱脚节点受力一直受到工程界的重视。在进行钢管混凝土拱桥具体桥梁设计、施工和养护时，通常须对拱脚节点的局部应力进行专门的分析，并进行试验和检测，以确保结构的安全性和耐久性。

对拱脚节点局部应力应变的试验和检测的方法主要包括以下三种：三向偏光弹性模型试验(简称光弹试验)、普通的节点试验和现场应力应变监测。

其中光弹试验是指对由硅橡胶精密筑造的三维光弹试验模型施加模拟相似荷载、边界条件，用光例弹性仪来观测切片的等色线、等倾线，由此得到应力分布规律。光弹实验的理论基础是物理光学和弹性力学，试验结果能反应结构总体的受力性能和规律，应力数值从量级上能反应结构的受力情况。一些钢管混凝土拱桥的拱脚节点进行了光弹模型试验，如深圳北站大桥、天津金刚桥(刚架系杆拱)、浙江义乌宾王桥、郑州黄河公路二桥主桥等。但光弹试验存在的缺点是得到的数据有限，而且存在一定的误差。另外，实验工艺与高分子材料之间存在密切关系，目前通常采用环氧树脂作为模型材料，但该材料有一定的缺陷，如受空气中的湿度和温度的影响而会造成一定的模型边界局部的压应力，即所谓的边缘效应，由此产生不可避免的误差，同时实验工艺中加力的边界条件可能会存在一定误差，切片的位置及厚度也会影响结果，测量的过程也存在一定误差。同时试验费用较高，因此只能进行部分典型的试验。

普通的节点试验是采用与原桥相同材料的足尺或按相似原理的缩尺模型进行的试验，其中混凝土拱脚采用混凝土模型，钢拱脚则采用钢模型。足尺试验模型通常因体型较大、加载条件要求较高、试验费用高等缺点而较少采用。缩尺试验的关键在于处理好缩尺的比例与试验效果之间的矛盾。由于拱脚构造与受力均复杂，一般外轮廓尺寸的缩尺比例不宜太小，通常在1∶2～1∶4之间。成都青龙场立交桥(刚架系杆拱)进行了拱脚节点混凝土模型试验。但是，相同材料的足尺模型实验受制于昂贵的试验费用和苛刻的加载条件，缩尺试验则因为尺寸效应和加载条件而难以拟合实际工况，从而不可避免地存在较大的误差。

现场应力应变监测是指在钢管混凝土拱桥施工阶段，即在拱脚部位布置应力应变测点，以采集不同施工工况下的拱脚节点变形和应变数据。目前常用的监测方法是采用钢弦式应力计配置读数仪来采集数据。但是，钢弦式应力计的读数精度受混凝土本身的收缩徐变、温度变化等因素的影响较大，还有仪器本身的一些误差也会造成读数效果不稳定。

另外，无论采用何种试验方法，由于受试验条件和费用的限制，试验工况都不可能很多，同时所测得的数据也受试验条件的影响。因此，要想了解拱脚节点在钢管混凝土拱桥不同阶段、不同工况下的受力特征，就应当对拱脚部位进行长期的监测。但由于拱脚部位的受力情况较为复杂，并且受监测器材精度的限制，因此很难做到。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种测试结果准确可靠的钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法。

为了达到上述目的，本发明提供的钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)在组成拱肋的多根钢管混凝土架设完成后，在位于每个拱肋所有端部的上、下端钢管混凝土外圆周面上分别设置一个表面式钢弦传感器，并加设保护盒，然后将与其相连的检测线引出；

2)在拱脚模板和钢筋笼完成后，在拱脚端部的中间位置设置一个埋置钢弦传感器，并加设保护盒，然后将与其相连的检测线引出；

3)待拱脚混凝土浇筑成形后，每日于固定时刻由监测人员将读数仪连接在上述传感器的检测线终端，并读出应变值，同时用温度计测量出此时的环境温度；

4)将上述采集到的应变值转换成应力值，并利用同一时刻的温度值对该应力值进行修正，在钢管混凝土拱桥施工和运营阶段重复进行上述操作，通过观察修正后的应力值变化情况即可评估出钢管混凝土拱桥拱脚节点在施工和运营阶段的受力状态和安全性。

所述的步骤1)和2)中的检测线为四芯屏蔽电缆。

所述的步骤3)中的固定时刻为凌晨5时。

本发明提供的钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法是在钢管混凝土拱桥拱脚部位支模后浇注前，预先在拱脚应力较大的关键点设置多个钢弦传感器，这样便于工程人员在钢管混凝土拱桥施工和运营期间随时监测拱脚位置的受力情况，由此能够解决钢管混凝土拱桥拱脚节点受力复杂不易监测或监测数据误差较大的问题，并可以据此推测出整个桥梁的整体受力性能和安全可靠性。本方法具有易于实现、成本较低、应用效果好等优点，并且可推广应用于类似桥梁关键部位的施工作业中。

附图说明

图1为采用本发明提供的钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法时拱脚部位横向截面示意图。

图2为采用本发明提供的钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法时拱脚部位纵向截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明提供的钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法进行说明。

如图1、图2所示，本发明提供的钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)在组成拱肋1的多根钢管混凝土2架设完成后，为监测拱肋1端部上下两侧的轴向应力，在位于每个拱肋1所有端部的上、下端钢管混凝土2外圆周面上分别设置一个表面式钢弦传感器3，并加设保护盒，以免后续施工中将其碰撞脱落，然后将与其相连的检测线引出；表面式钢弦传感器的设置位置应避开预应力钢筋穿过位置。

2)在图中未示出的拱脚模板和钢筋笼完成后，为监测拱脚混凝土内力较大位置的应力情况，在拱脚端部的中间位置设置一个埋置钢弦传感器4，并加设保护盒，以免后续施工中将其碰撞脱落，然后将与其相连的检测线引出；设置埋置钢弦传感器4时可用钢丝将其绑扎在近处的钢筋笼上，并且埋设位置可以微小调整。

3)待拱脚混凝土浇筑成形后，每日于固定时刻由监测人员将读数仪连接在上述传感器3、4的检测线终端，并读出应变值，同时用温度计测量出此时的环境温度；

4)将上述采集到的应变值转换成应力值，并利用同一时刻的温度值对该应力值进行修正，在钢管混凝土拱桥施工和运营阶段重复进行上述操作，通过观察修正后的应力值变化情况即可评估出钢管混凝土拱桥拱脚节点在施工和运营阶段的受力状态和安全性。

所述的步骤1)和2)中的检测线为四芯屏蔽电缆。

所述的步骤3)中的固定时刻为凌晨5时，因为此时刻的温度变化小，因此读数稳定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法，其特征在于：所述的钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)在组成拱肋(1)的多根钢管混凝土(2)架设完成后，在位于每个拱肋(1)所有端部的上、下端钢管混凝土(2)外圆周面上分别设置一个表面式钢弦传感器(3)，并加设保护盒，然后将与其相连的检测线引出；

2)在拱脚模板和钢筋笼完成后，在拱脚端部的中间位置设置一个埋置钢弦传感器(4)，并加设保护盒，然后将与其相连的检测线引出；

3)待拱脚混凝土浇筑成形后，每日于固定时刻由监测人员将读数仪连接在上述传感器(3、4)的检测线终端，并读出应变值，同时用温度计测量出此时的环境温度；

4)将上述采集到的应变值转换成应力值，并利用同一时刻的温度值对该应力值进行修正，在钢管混凝土拱桥施工和运营阶段重复进行上述操作，通过观察修正后的应力值变化情况即可评估出钢管混凝土拱桥拱脚节点在施工和运营阶段的受力状态和安全性。

2.根据权利要求1所述的钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法，其特征在于：所述的步骤1)和2)中的检测线为四芯屏蔽电缆。

3.根据权利要求1所述的钢管混凝土拱桥拱脚节点应力监测方法，其特征在于：所述的步骤3)中的固定时刻为凌晨5时。

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