CN106969855A - 一种地基处理工程结构物理参量识别系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地基处理工程结构物理参量识别系统及方法，包括载纤钢桶，载纤钢桶的中心设有内穿芯槽，在载纤钢桶内沿内穿芯槽的中心圆周分布有至少三个温感孔，温感孔内安装有温度监测用传感光纤，在载纤钢桶的外表面圆周分布有至少三个固定轴，固定轴通过圆弧状的安装板安装在载纤钢桶上，固定轴的中心套有螺杆，螺杆一端设有螺帽，另一端依次安装有突弧弯、挡圈和螺母，突弧弯上设有卡纤孔，卡纤孔内安装有应变监测用传感光纤。本发明基于单元体层面性态监测装置的本体和层面材料差异性等对温度应变产生影响的等效温度线膨胀系数、比热等参数确定的识别方法，大大提高了监测的能力，极好地满足了实际地基处理工程结构性态诊断的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种地基处理工程结构物理参量识别系统及方法，属于地基处理工程安全管理与分析领域。
背景技术
在地基处理工程中，比如，龙滩、江垭、百色、大朝山、金安桥、棉花滩等水电站大坝的地基结构，主要受水压荷载、温度荷载等因素的作用产生各种效应，这些效应除了受荷载影响，也与地基处理工程体的物理力学参数有着紧密的联系，在坝体体型简单化方面，主要是减少孔和洞、简化坝体结构，便于施工。地基处理工程体建筑物没有引水洞管和进水口，简化了坝体结构，可缩短工期提前发电，但是地基处理工程仍然存在诸多需要深入研究的方面，如关于地基处理工程温度场变化规律及变温场对坝体结构性态的影响问题越来越受重视，地基处理工程层面和本体结合部作用机理问题较为突出，有关地基处理工程温度场及其对大坝作用效应影响的研究仍是业内研究的一个重要的课题。
研究表明地基处理工程结构体由于层面与本体温度线膨胀系数、比热等结构物理参量存在差异，地基处理工程结构体在温度变化作用下在层面方向和垂直于层面方向产生应变增量，影响地基处理工程结构体温度应力和温度应变。此外，因层面和本体的温度线膨胀系数不同，它们在竖向和横向的自由膨胀也就不同，本体和层面间也会产生接触附加应力。
目前，现有文献研究通过建立薄片模型，应用材料力学方法，推求出层面与本体由于不同线膨胀系数、弹性参数等引起的微观应力，预测了能综合反映层面对温度应变影响的水平向和竖向等效线膨胀系数，但现有的研究中没有从能量守恒的角度对结构物理参量等效进行分析，分析结果的合理性有待商榷。
基于上述背景，本发明专利突破传统意义上地基处理工程结构物理参量的获取方法，提出了基于单元体层面性态监测装置的本体和层面材料差异性等对温度应变产生影响的等效温度线膨胀系数、比热等参数确定的方法，最大程度地实现了真实情况下监测地基处理工程结构体的服役性态。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种地基处理工程结构物理参量识别系统及方法，基于单元体层面性态监测装置的本体和层面材料差异性等对温度应变产生影响的等效温度线膨胀系数、比热等参数确定的方法，大大提高了监测的能力，极好地满足了实际地基处理工程结构性态诊断的需求，对当前地基处理工程结构性态健康监测探究提供了重要的保障，在降低监测成本、提高监测精度及提升工程实用化能力等方面具有突出优势。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的地基处理工程结构物理参量识别系统及方法，包括载纤钢桶，所述载纤钢桶的中心设有内穿芯槽，在载纤钢桶内沿内穿芯槽的中心圆周分布有至少三个温感孔，温感孔内安装有温度监测用传感光纤，在载纤钢桶的外表面圆周分布有至少三个固定轴，固定轴通过圆弧状的安装板安装在载纤钢桶上，固定轴的中心套有螺杆，螺杆一端设有螺帽，另一端依次安装有突弧弯、挡圈和螺母，通过拧紧螺母从而通过挡圈和固定轴将突弧弯固定在固定轴上，所述突弧弯上设有卡纤孔，卡纤孔内安装有应变监测用传感光纤。
作为优选，所述突弧弯为扇形状的板状结构。
作为优选，所述温感孔有四个，沿内穿芯槽的中心圆周均布。
作为优选，所述固定轴有四个，沿载纤钢桶的中心圆周均布。
一种上述的一种地基处理工程结构物理参量识别系统的识别方法，包括以下步骤：
第一步，首先确定待测地基处理工程的位置以及区域，确定需要布设的载纤钢桶的长度，进而确定温度监测用传感光纤、应变监测用传感光纤的长度；
第二步，松开螺母，转动突弧弯，调整突弧弯到合适的角度，拧紧螺母，固定住突弧弯，在温感孔内配置温度监测用传感光纤；
第三步，基于待监测体中骨架的位置与尺寸，配备内穿芯槽，待内穿芯槽沿着各骨架结构配置完成之后，在卡纤孔内安装应变监测用传感光纤；
第四步，对于不同的工程需要，确定卡纤孔内安装的应变监测用传感光纤和温感孔内配置的温度监测用传感光纤的根数，然后根据上述1～3步骤进行配置，然后根据布设路线，将上述配置好的载纤钢桶埋设到待测水工建筑物中，对应变监测用传感光纤、温度监测用传感光纤进行初次测试；
第五步，选取本体和层面为单元体；层面的弹性模量为Ea，层面的泊松比为μa，层面的温度线膨胀系数为αa，层面的比热为Ca，层面的密度为ρa，层面的体积为Va，层面的等效厚度为ba；本体的弹性模量为Ec，本体的泊松比为μc，本体的温度线膨胀系数为αc，本体的比热为Cc，本体的密度为ρc，本体的体积为Vc，本体的厚度为bc，单元体的厚度为B＝ba+bc，单元体x方向和y方向均取单位长度；
第六步，对单元体进行结构物理参量等效分析：根据能量守恒和热力学知识可知，可得到单元体热力学等效参数，单元体等效温度变化为单元体等效比热为单元体等效温度线膨胀系数为其中，ΔTa为温度监测用传感光纤监测层面的温度变化，ΔTc为温度监测用传感光纤监测本体的温度变化；
第七步，通过温度监测用传感光纤和应变监测用传感光纤所获取的数值，基于上述步骤4，可以获得单元体等效温度变化、单元体等效比热、单元体等效温度线膨胀系数，最终实现了结构物理参量获取过程。
有益效果：本发明首创提出了基于单元体层面性态监测装置的本体和层面材料差异性等对温度应变产生影响的等效温度线膨胀系数、比热等参数确定的方法，基于单元体层面性态监测装置所提供的各物理参数，开展了结构物理参量等效分析，最大程度地反映了真实情况下地基处理工程结构体的服役性态，为结构体安全监测提供了重要支撑和保障。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2本发明的系统组成示意图；
图3为图2中固定轴的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图2和图3所示，本发明一种地基处理工程结构物理参量识别系统及方法，包括载纤钢桶6，所述载纤钢桶6的中心设有内穿芯槽15，在载纤钢桶6内沿内穿芯槽15的中心圆周均匀分布有四个温感孔，分别为第一温感孔7、第二温感孔8、第三温感孔9和第四温感孔10，在第一温感孔7、第二温感孔8、第三温感孔9和第四温感孔10内分别安装有第一温度监测用传感光纤、第二温度监测用传感光纤、第三温度监测用传感光纤和第四温度监测用传感光纤，在载纤钢桶6的外表面圆周分布有四个固定轴5，每个固定轴5通过圆弧状的安装板23安装在载纤钢桶6上，安装板23通过螺钉安装在载纤钢桶6上，固定轴5的中心套有螺杆4，螺杆4一端设有螺帽，另一端依次安装有突弧弯1、挡圈22和螺母21，通过拧紧螺母21从而通过挡圈22和固定轴5将突弧弯1固定在固定轴5上，所述突弧弯1上设有卡纤孔，卡纤孔包含第一卡纤孔3、第二卡纤孔11、第三卡纤孔12和第四卡纤孔13，第一卡纤孔3、第二卡纤孔11、第三卡纤孔12和第四卡纤孔13内分别安装有第一应变监测用传感光纤、第二应变监测用传感光纤、第三应变监测用传感光纤和第四应变监测用传感光纤。
本发明中，配备直径为10cm的内穿芯槽15，待直径为10cm的内穿芯槽15沿着各骨架结构配置完成之后，直径为0.5cm第一卡纤孔3、直径为0.5cm第二卡纤孔11、直径为0.5cm第三卡纤孔12和直径为0.5cm第四卡纤孔13内配置有GJJV型号紧套传感光纤，直径为0.5cm的第一温感孔7、直径为0.5cm的第二温感孔8、直径为0.5cm的第三温感孔9、直径为0.5cm的第四温感孔10内配置有GJJV型号紧套传感光纤，且直径为0.5cm的第一卡纤孔3、直径为0.5cm的第二卡纤孔11、直径为0.5cm的第三卡纤孔12和直径为0.5cm的第四卡纤孔13为处于0°、90°、180°、270°方向上的结构体，可提供0°、90°、180°、270°方向上的应变监测信息。
本发明中，直径为0.5cm的第一温感孔7、直径为0.5cm的第二温感孔8、直径为0.5cm的第三温感孔9、直径为0.5cm的第四温感孔10为处于0°、90°、180°、270°方向上的测孔，完成单元体层面性态监测装置的布设与安装。
如图1所示，一种地基处理工程结构物理参量识别系统及识别方法的参数获取方法，包括以下步骤：
第一步，松开螺母21，转动突弧弯1，调整突弧弯1到合适的角度，拧紧螺母21，固定住突弧弯1，在温感孔内配置温度监测用传感光纤；
第二步，基于待监测体中骨架的位置与尺寸，配备内穿芯槽15，待内穿芯槽15沿着各骨架结构配置完成之后，在卡纤孔内安装应变监测用传感光纤，完成单元体层面性态监测装置的布设与安装
第三步，基于单元体层面性态监测装置，得到某地基处理工程性能参数为：本体的温度线膨胀系数αc＝9.8×10-6/℃，本体的弹性模量Ec＝2.8×104MPa，本体的密度ρc＝2.4×103kg/m3，本体的比热容Cc＝0.75kJ/kg℃；层面的温度线膨胀系数αa＝8.2×10-6/℃，层面的弹性模量Ea＝2.2×104MPa，层面的密度ρa＝1.9×103kg/m3，层面的比热容Ca＝1.8kJ/kg℃；地基处理层厚度B＝30cm，层面厚度ba＝2cm；假设温度监测用传感光纤监测的温度产生5℃温升，即地基处理本体和层面均产生5℃温升，仅在变温作用下对地基处理工程综合温度线膨胀系数等参数进行计算，并考察层面和本体间附加应力，由本发明所提出的方法可得：
地基处理单元体综合比热
竖向等效温度线膨胀系数
横向等效温度线膨胀系数
进而，最终完成了获取某地基处理工程结构物理参量的工作。
以上所述仅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。
Claims (5)
1.一种地基处理工程结构物理参量识别系统，其特征在于：包括载纤钢桶，所述载纤钢桶的中心设有内穿芯槽，在载纤钢桶内沿内穿芯槽的中心圆周分布有至少三个温感孔，温感孔内安装有温度监测用传感光纤，在载纤钢桶的外表面圆周分布有至少三个固定轴，固定轴通过圆弧状的安装板安装在载纤钢桶上，固定轴的中心套有螺杆，螺杆一端设有螺帽，另一端依次安装有突弧弯、挡圈和螺母，通过拧紧螺母从而通过挡圈和固定轴将突弧弯固定在固定轴上，所述突弧弯上设有卡纤孔，卡纤孔内安装有应变监测用传感光纤。
2.根据权利要求1所述的一种地基处理工程结构物理参量识别系统，其特征在于：所述突弧弯为扇形状的板状结构。
3.根据权利要求1所述的一种地基处理工程结构物理参量识别系统，其特征在于：所述温感孔有四个，沿内穿芯槽的中心圆周均布。
4.根据权利要求1所述的一种地基处理工程结构物理参量识别系统，其特征在于：所述固定轴有四个，沿载纤钢桶的中心圆周均布。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的一种地基处理工程结构物理参量识别系统的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，首先确定待测地基处理工程的位置以及区域，确定需要布设的载纤钢桶的长度，进而确定温度监测用传感光纤、应变监测用传感光纤的长度；
第二步，松开螺母，转动突弧弯，调整突弧弯到合适的角度，拧紧螺母，固定住突弧弯，在温感孔内配置温度监测用传感光纤；
第三步，基于待监测体中骨架的位置与尺寸，配备内穿芯槽，待内穿芯槽沿着各骨架结构配置完成之后，在卡纤孔内安装应变监测用传感光纤；
第四步，对于不同的工程需要，确定卡纤孔内安装的应变监测用传感光纤和温感孔内配置的温度监测用传感光纤的根数，然后根据上述1～3步骤进行配置，然后根据布设路线，将上述配置好的载纤钢桶埋设到待测水工建筑物中，对应变监测用传感光纤、温度监测用传感光纤进行初次测试；
第五步，选取本体和层面为单元体；层面的弹性模量为Ea，层面的泊松比为μa，层面的温度线膨胀系数为αa，层面的比热为Ca，层面的密度为ρa，层面的体积为Va，层面的等效厚度为ba；本体的弹性模量为Ec，本体的泊松比为μc，本体的温度线膨胀系数为αc，本体的比热为Cc，本体的密度为ρc，本体的体积为Vc，本体的厚度为bc，单元体的厚度为B＝ba+bc，单元体x方向和y方向均取单位长度；
第六步，对单元体进行结构物理参量等效分析：根据能量守恒和热力学知识可知，可得到单元体热力学等效参数，单元体等效温度变化为单元体等效比热为单元体等效温度线膨胀系数为其中，ΔTa为温度监测用传感光纤监测层面的温度变化，ΔTc为温度监测用传感光纤监测本体的温度变化；
第七步，通过温度监测用传感光纤和应变监测用传感光纤所获取的数值，基于上述步骤1～6，可以获得单元体等效温度变化、单元体等效比热、单元体等效温度线膨胀系数，最终实现了结构物理参量的获取。
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| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20190312 |