CN109024717A - Smw工法桩型钢应力测量方法 - Google Patents

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咸庆军
刘晓松
肖昭然
蒋敏敏
冯永
陈俊旗
李建光
张朋
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    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
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Abstract

本发明提供了一种SMW工法桩型钢应力测量方法，在H型钢上沿H型钢高度方向标定多个测试截面，在各个测试截面上H型钢的腹板与翼缘的连接处设置应力测量装置，测得测试截面处的正应力分布状态，进而确定各个测试截面所受内力。通过在H型钢的腹板与翼缘的两个连接处分别设置应力测量装置，测得H型钢每个测试截面处的正应力分布状态，并进一步计算确定测试截面所受的轴力、弯矩和剪力，进而得出H型钢沿高度方向上的轴力、弯矩、及剪力分布情况，得出H型钢的内力分布状态和变化规律，简化了应力测量方法，解决了现有技术中测量方法效率低的问题。

Description

SMW工法桩型钢应力测量方法
技术领域
本发明涉及一种SMW工法桩型钢应力测量方法。
背景技术
SMW(Soil Mixing Wall)工法桩，也称型钢水泥土搅拌桩地下连续墙，该工法通过在连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入H型钢，直到水泥土硬化，从而形成一道具有连续性、抗渗性和一定强度的地下墙体。SMW工法桩具有对周围地层影响较小、施工方便、工期短、经济性好等优点，已经在我国软土地区得到广泛应用，目前正在以砂土为主的地区进行探索和推广应用。根据《型钢水泥土搅拌墙技术规程》(JGJ/T199-2010)设计要求，基坑侧向水土压力全部由SMW工法桩中的H型钢承担，而水泥土仅起止水帷幕的作用。SMW工法桩在施工过程中，一般按设计要求设置桩顶垂直位移、桩顶及桩身水平位移等通常的监测项目，以了解工法桩型钢的变形情况。
如授权公告号为CN202416385U、授权公告日为2012.09.05的实用新型专利公开了一种SMW工法内插H型钢应力自动检测系统，该系统通过在H型钢上设置若干个应变计，通过应变计来获取H型钢的应变数据，其中应变计构成应力测量装置。但是，此种设置多个应变计来测量H型钢的应力的方式并没有考虑到实际的H型钢工作状况，因此测量结果偏差较大。
又如授权公告号为CN104499512B、授权公告日为2016.01.27的发明专利公开了一种基桩桩身三维应变和力参数检测系统及其量测方法，以监测基桩的桩身轴力、水平力、弯矩、扭矩的量值及其分布规律，该检测系统包括三种布置形式的传感光纤，其中一组传感光纤为轴向光纤，沿轴向布置在桩身上，一组传感光纤为S型光纤逆时针绕于桩身上，另一组传感光纤为反S型光纤顺时针绕于桩身上，三组传感光纤在桩身的不同截面上形成三个测试点，且每一组传感光纤首尾相连并与布里渊解调仪相连，通过布里渊解调仪测桩身某一横截面上三个测试点的应变量，通过三向应变花计算原理分析计算，分析各交汇点的轴向应变、剪应变和切应变，并根据基桩的材料参数，计算基桩的桩身轴力、水平力、弯矩、扭矩的量值及其分布规律。又如公开号为CN10660899A、公开日为2010年3月3日的发明专利申请公开了一种利用光纤检测H型钢在地下的变形和内力的检测方法，在H型钢的两侧翼缘上铺设光纤，使光纤沿H型钢的延伸方向呈U形布置，接着光纤伸出H型钢的两端与检测仪器相连，通过光纤测得H型钢沿其延伸方向上每一点的应变，进而得到H型钢的变形和受力情况。但是两种检测系统和量测方法均通过应变来得到H型钢的内力的方式较为复杂，并且光纤测得的为沿H型钢高度方向的连续应变，测量数据较为单一，如果光纤的某个位置出现问题时，可能会影响到整体的测量结果，光纤的铺设也较为不便，不利于现场测试，测量效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SMW工法桩型钢应力测量方法，以解决现有技术中H型钢的应力测量效率低的问题。
为实现上述目的，本发明的SMW工法桩型钢应力测量方法的技术方案是：
SMW工法桩型钢应力测量方法，在H型钢上沿H型钢高度方向标定多个测试截面，在各个测试截面上H型钢的腹板与翼缘的连接处设置应力测量装置，测得测试截面处的正应力分布状态，进而确定各个测试截面所受内力。
本发明的有益效果是：通过在H型钢的腹板与翼缘的两个连接处分别设置应力测量装置，测得H型钢每个测试截面处的正应力分布状态，并进一步计算确定测试截面所受的轴力、弯矩和剪力，进而得出H型钢沿高度方向上的轴力、弯矩、及剪力分布情况，得出H型钢的内力分布状态和变化规律，简化了应力测量方法，并且各个应力测量装置相互独立，当其中一个或多个应力测量装置损坏时，也不会影响到整体的测量结果，解决了现有技术中测量方法效率低的问题。
进一步地，为了进一步提高测量效率，在基底、H型钢的中间支撑及相邻两土层的交界处与H型钢的水平等高处均设置所述测试截面，将H型钢的内力可能出现较大变化的位置如基底、中间支撑及相邻两土层的交界处等与H型钢的水平等高处设置为测试截面，减少H型钢沿高度方向上的测量位置的数量，提高测量效率。
进一步地，为了提高测量精度，所述测试截面沿H型钢高度方向上均匀布置，在H型钢上增加多个测试截面以提高截面分布的均匀性，提高测量精度。
进一步地，为了方便测量，所述应力测量装置为振弦式钢筋测力计，将用于钢筋应力测量的振弦式钢筋测力计应用在H型钢的应力测量上，直接测得各个测试截面处的应力值，方便测量。
进一步地，为了节约测量成本，在H型钢上焊接沿H型钢高度方向的分隔板，使H型钢与分隔板之间形成供应力测量装置安装的安装空腔，安装空腔底部设有封口，将应力测量装置与工法桩内的水泥土分隔开，避免应力测量装置的损坏，使应力测量装置能够重复使用，节约测量成本。
附图说明
图1为本发明的SMW工法桩型钢应力测量方法的具体实施例的H型钢的固定状态示意图；
图2为本发明的SMW工法桩型钢应力测量方法的具体实施例的H型钢的测试截面的示意图；
图3为本发明的SMW工法桩型钢应力测量方法的具体实施例的正应力分解过程示意图；
图中：1、H型钢；2、支撑杆；3、冠梁；4、腰梁；5、基底；6、钢板条；7、振弦式钢筋测力计；101、腹板；102、翼缘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的SMW工法桩型钢应力测量方法的具体实施例，如图1至图2所示，SMW工法桩型钢应力测量方法包括以下步骤：1)在H型钢1沿高度方向上设定测试截面，考虑到测量方法的经济性，优先将测试截面设置在H型钢1沿高度方向上有可能产生内力变化的位置，本实施例中，用于测试的H型钢1在打入水泥土时，沿H型钢1高度方向上分别设有冠梁3和腰梁4并通过相应的支撑杆2对H型钢1进行支撑，并且H型钢1插入水泥土的一端穿过基底5，使H型钢1沿其高度方向从上到下依次形成三个支撑点，其中，第一个支撑点为处于H型钢1与冠梁3的连接位置的冠梁支撑点，第二支撑点为处于H型钢1与腰梁4的接触位置的腰梁支撑点，第三支撑点为处于H型钢1与基底5的接触位置的基底支撑点，三个支撑点由于冠梁3、腰梁4和基底5的支撑作用，因此，三个支撑点最有可能产生内力变化，本实施例中对应的在三个支撑点处标定测试截面，并在处于基底5下方的H型钢1的底端位置处也标定测试截面，通过应力测量装置测得上述若干测试截面的应力分布情况，得出H型钢1沿高度方向的内力情况，无需对H型钢1的全部横截面均进行测量，提高测量效率。
在实际的SMW工法桩的施工过程中，一般需要将H型钢1向地层中打入一定的深度，因此H型钢1沿其高度方向需要穿过多个土层如砂土、粉土、黏土等，基坑内土层性质的不同对SMW工法桩的土压力是不同的，而且基坑侧向的水土压力全部由SMW工法桩中的H型钢1承担的，因此，本实施例中，在H型钢1的高度方向上，H型钢1与基坑内不同性质的土层交界位置处的水平等高处也对应设置测试截面，提高测量精度。
本实施例中，除了H型钢1的底端位置处、基底支撑点、腰梁支撑点、冠梁支撑点、相邻土层的交界处的水平等高处之外，考虑到测试截面分布的均匀性，也可以在H型钢1沿高度方向的其他位置设置测试截面，使H型钢1沿其高度方向的测试截面分布尽可能均匀布置以提高测量精度。
2)为了测定各个测试截面处的应力情况，分别将应力测量装置设置在H型钢1的腹板101和翼缘102的连接处，本实施例中，应力测量装置选用振弦式钢筋测力计7，使用该种测力计能够通过测量振动频率得到测量点的应力值，并且在测试截面上的两点测算正应力，能够得出测试截面沿直线分布的正应力状态。当然，在其他实施例中，应力测量装置也可以为测量应变的应变片等其他应变测量装置，也可得到各个测试截面的内力情况；当然，在其他实施例中，也可以测量测试截面上三个点或四个点的正应力，但已知两点即可获得测试截面的正应力状态，过多设置没有必要。
在现场对H型钢1的应力进行测量时，在H型钢1插入水泥土之前，先将振弦式钢筋测力计7对应设置在各个测试截面上H型钢1的腹板101和翼缘102的连接处，并在腹板101与翼缘102的连接处焊接钢板条6，使振弦式钢筋测力计7处于钢板条6与H型钢1所围成的三棱柱状的空腔内，并且该空腔朝下的一端作封口处理，避免H型钢1从上向下插入的过程中振弦式钢筋测力计7与水泥土接触，影响振弦式钢筋测量测力计7的测量精度。当然，在其他实施例中，H型钢上也可以不焊接钢板条；也可以采用其他金属或非金属板条来替代钢板条实现同样的效果。
在振弦式钢筋测力计7对应安装在H型钢1上之后，使各个振弦式钢筋测力计7的导线分别穿出H型钢1的上端并与对应的地上频率读数仪连接，通过频率读数仪测量并得到各个测试截面上H型钢1的腹板101和翼缘102的连接处的正应力，进而得出各个测试截面的正应力分布状态，并将得出的正应力分布状态分解为均布压应力状态和弯曲正应力状态，并根据均布压应力与轴力的关系以及弯曲正应力与弯矩的关系，计算出各个测试截面的轴力和弯矩，并得到沿H型钢1高度方向分布的轴力图和弯矩图。根据得出的弯矩图，采用曲线拟合的方法得到弯矩随H型钢1高度变化的弯矩拟合曲线，根据弯矩与剪力的关系，将弯矩拟合曲线求导即可得到相应的剪力曲线，得出沿H型钢1高度方向分布的剪力图。
按照以上过程，通过现场实测及相关计算，先后得到了测试截面的正应力、轴力、弯矩和剪力，进而得到了沿H型钢1高度方向分布的轴力图、弯矩图和剪力图，使工程技术人员掌握了SMW工法桩型钢内力的分布状态和变化规律，为SMW工法桩的设计和施工提供参考依据。
H型钢内力计算过程：
(1)根据H型钢每个测试截面上所得到的2个测点的压应力σ1测和拉应力σ2测，因符合平截面假定，画出截面沿直线分布的正应力分布状态，并得到截面上边缘的最大压应力σ1及下边缘的最大拉应力σ2，然后将正应力分布状态分解为均布压应力状态和弯曲正应力状态(如图3所示)，其中，均布压应力弯曲正应力
(2)根据截面轴压力得到相应的截面轴压力FN，其中，A为截面面积。由可知得到相应的截面弯矩。其中，M为截面弯矩，W为抗弯截面系数。
(3)根据前述中的两步计算方法，得到每个测试截面的轴力值和弯矩值，并将各个测试截面的轴力值或弯矩值沿H型钢高度方向依次直线连接，进而画出沿H型高度方向分布的轴力(FN)图和弯矩(M)图。
(4)将上面得到的弯矩(M)图，采用曲线拟合的方法，得到弯矩沿H型钢高度方向变化的弯矩拟合曲线M(x)，根据材料力学中弯矩与剪力的微分关系式即可得到相应的剪力曲线FQ(x)，进而画出沿H型钢高度方向分布的剪力(FQ)图。
(5)按照上述计算过程，并通过现场测量及相关计算，先后得到了测试截面的正应力、轴力、弯矩和剪力，并进而得到了沿H型钢高度方向分布的轴力(FN)图，弯矩(M)图和剪力(FQ)图。

Claims (5)

1.SMW工法桩型钢应力测量方法，其特征在于：在H型钢上沿H型钢高度方向标定多个测试截面，在各个测试截面上H型钢的腹板与翼缘的连接处设置应力测量装置，测得测试截面处的正应力分布状态，进而确定各个测试截面所受内力。
2.根据权利要求1所述的SMW工法桩型钢应力测量方法，其特征在于：在基底、H型钢的中间支撑及相邻两土层的交界处与H型钢的水平等高处均设置所述测试截面。
3.根据权利要求1所述的SMW工法桩型钢应力测量方法，其特征在于：所述测试截面沿H型钢高度方向上均匀布置。
4.根据权利要求1或2或3所述的SMW工法桩型钢应力测量方法，其特征在于：所述应力测量装置为振弦式钢筋测力计。
5.根据权利要求1或2或3所述的SMW工法桩型钢应力测量方法，其特征在于：在H型钢上焊接沿H型钢高度方向的分隔板，使H型钢与分隔板之间形成供应力测量装置安装的安装空腔，安装空腔底部设有封口，将应力测量装置与工法桩内的水泥土分隔开。
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