CN112523273A - 一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法，包括采集监测点变形数据及支撑轴力实测值，采用abaqus构建计算模型，增补冠梁与各支撑交点处水平位移值，基于abaqus建模数据利用spline插值，获取冠梁水平位移连续变形平滑曲线，丰富变形监测数据；本发明利用支撑轴力换算补充了冠梁水平位移点，再通过有限元或Spline插值拟合曲线进行最大位移值预测，以综合评判冠梁未设测点区段的变形值，进而确定可能存在过大位移值的危险区段，有利于基坑监测的安全预警工作，从而更大程度的保障基坑安全，具有经济节约，易于操作，可靠性强的优点，在土木工程变形测量技术领域具有极高的应用价值。

Description

一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法

技术领域

本发明涉及土木工程变形测量技术领域，具体为一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法。

背景技术

基坑冠梁水平位移是判定基坑支护结构稳定性的关键参数之一，目前的监测方法主要是首先由设计单位选取冠梁局部特征点设置变形监测点并根据结构受力验算过给出相应报警指标，然后由监测单位采取测量机器人或经纬仪等光学仪器进行变形测量，也可以根据现场选择位移传感器等测量方法量取测点变形量。由于设计单位主要是根据设计计算及经验选取基坑冠梁的关键薄弱位置设置变形监测点，具有一定的离散性，结合岩土工程的复杂性，所设置的监测点可能并不位于实际变形最大区段，因此会造成一定的安全隐患。为了较为全面的掌握基坑冠梁水平位移变形情况，其一通常采用在变形较大的区域增设变形监测点的方法，以满足监测数据分析需要，但是这种方法无法掌握新增监测点从基坑开挖开始的绝对变形量；其二可以采取三维扫描仪对基坑进行扫描建模，可以掌握基坑冠梁每个位置的变形情况，该方法的精度较低，对于测量精度要求很高的基坑监测项目不适用。因此，研究一种可对基坑冠梁水平位移监测数据增补分析的方法在基坑变形监测分析中具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法，具有经济节约，易于操作，可靠性强的优点，在土木工程变形测量技术领域具有极高的应用价值，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法，包括以下步骤：

S1：采集冠梁水平位移监测点变形数据及支撑轴力实测值：根据设计单位提供的监测布点图布设监测点，采用常规监测方法采集冠梁水平位移监测点的变形值以及支撑轴力监测点的内力值；

S2：采用abaqus构建计算模型：模型采用线性弹性模型，模型单元类型采用梁单元，根据结构力学位移法建立梁体的弹性模量E、截面矩I、单跨梁体长度a、跨中某一点距梁体一端距离b、对应跨中点梁体挠度δ、对应跨中点受力F参数的计算模型见公式(1)：

根据支撑轴力实测值F、支撑长度l、支撑与冠梁夹角α、支撑混凝土弹性模量E、支撑截面面积A、冠梁与各支撑节点处的水平位移值δ_h参数建立计算模型见公式(2)：

S3：增补冠梁与各支撑交点处水平位移值，具体步骤如下：

S301：针对冠梁与支撑相接的位置，根据支撑刚度和截面尺寸换算各支撑的变形，按照两端各分配一半的原则将支撑变形的一半作为冠梁与各支撑节点处的水平位移值，即根据S2中得到的计算模型公式(2)进行计算，由此可得冠梁与各支撑交点处冠梁水平位移值，用以弥补不足的监测数据；

S302：对于冠梁不与支撑相接的位置，根据与冠梁相接的各支撑节点信息，根据内支撑平面分布特性，通过线性插值得到轴力点之间轴力插值，丰富轴力数据；

S303：对于冠梁不与支撑相接的位置，根据步骤S302得到的轴力插值数据，按照S301的方法进行计算，获取冠梁各对应点的水平位移值；

S4：基于abaqus建模数据利用spline插值：即S1中得到的水平位移监测点实测数据和S3中冠梁各对应点的水平位移换算值，利用spline插值得到冠梁连续变形平滑曲线；

S5：获取冠梁水平位移连续变形平滑曲线，丰富变形监测数据：根据S4中得到的冠梁连续变形平滑曲线，进而得到冠梁最大位移值及其分布位置，作为监测数据分析的一种补充判据。

进一步的，S1中冠梁水平位移常规监测方法可视监测点的分布情况采用视准线活动觇标法、视准线测小角法、激光准直法、极坐标法、交会法、自由设站法；支撑轴力常规监测方法在混凝土支撑钢筋笼制作的同时，在主筋上安装钢筋应力计，利用频率读数仪采集传感器频率并计算相应支撑内力。

进一步的，S2中在结构没有整体变形的时候默认位移等于挠度；当梁体上部作用的是分布荷载时，将分布荷载看作无数个集中荷载在梁体上作用的叠加，当知道梁体上每一点的位移值，可反求得分布荷载的大小和分布规律；按照这个原理，先建立两端固定的梁单元模型，梁单元模型是单元长度的冠梁模型，再在对应位置设置位移边界条件即可进行模型计算。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法，利用支撑轴力换算补充了冠梁水平位移点，丰富了冠梁水平位移监测变形数据，再通过有限元或Spline插值拟合曲线进行最大位移值预测，以综合评判冠梁未设测点区段的变形值，进而确定可能存在过大位移值的危险区段，有利于基坑监测的安全预警工作，从而更大程度的保障基坑安全，具有经济节约，易于操作，可靠性强的优点，在土木工程变形测量技术领域具有极高的应用价值。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

请参阅图1，本发明实施例中：一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法，包括以下步骤：

第一步：采集冠梁水平位移监测点变形数据及支撑轴力实测值，根据设计单位提供的监测布点图布设监测点，采用常规监测方法采集冠梁水平位移监测点的变形值以及支撑轴力监测点的内力值；其中，冠梁水平位移常规监测方法可视监测点的分布情况采用视准线活动觇标法、视准线测小角法、激光准直法、极坐标法、交会法、自由设站法等；支撑轴力常规监测方法在混凝土支撑钢筋笼制作的同时，在主筋上安装钢筋应力计，利用频率读数仪采集传感器频率并计算相应支撑内力；

第二步：采用abaqus构建计算模型：模型采用线性弹性模型，模型单元类型采用梁单元，根据结构力学位移法建立梁体的弹性模量E、截面矩I、单跨梁体长度a、跨中某一点距梁体一端距离b、对应跨中点梁体挠度δ、对应跨中点受力F参数的计算模型见公式(1)：

根据支撑轴力实测值F、支撑长度l、支撑与冠梁夹角α、支撑混凝土弹性模量E、支撑截面面积A、冠梁与各支撑节点处的水平位移值δ_h参数建立计算模型见公式(2)：

第三步：增补冠梁与各支撑交点处水平位移值，因冠梁测点布设间距大，测点少，所以实测水平位移值较少，为丰富建模数据，可按以下步骤进行：

C1、针对冠梁与支撑相接的位置，可根据支撑刚度和截面尺寸换算各支撑的变形，按照两端各分配一半的原则将支撑变形的一半作为冠梁与各支撑节点处的水平位移值，即根据步骤二中得到的计算模型公式(2)进行计算，由此可得冠梁与各支撑交点处冠梁水平位移值，用以弥补不足的监测数据；

C2、对于冠梁不与支撑相接的位置，根据与冠梁相接的各支撑节点信息，根据内支撑平面分布特性，通过线性插值得到轴力点之间轴力插值，丰富轴力数据；

C3、对于冠梁不与支撑相接的位置，根据C2得到的轴力插值数据，按照C1的方法进行计算，获取冠梁各对应点的水平位移值；

第四步：基于abaqus建模数据利用spline插值：即步骤一中得到的水平位移监测点实测数据和步骤三中冠梁各对应点的水平位移换算值，利用spline插值得到冠梁连续变形平滑曲线；

第五步：获取冠梁水平位移连续变形平滑曲线，丰富变形监测数据：根据步骤四中得到的冠梁连续变形平滑曲线，进而得到冠梁最大位移值及其分布位置，作为监测数据分析的一种补充判据。

在上述第二步中，在结构没有整体变形的时候默认位移等于挠度；同理，当梁体上部作用的是某种分布荷载时，可以将分布荷载看作无数个集中荷载在梁体上作用的叠加，只要知道梁体上每一点的位移值，即可反求得分布荷载的大小和分布规律；因此，通过冠梁上的已知位移值作为冠梁上各对应点的位移边界条件可以逼近冠梁真实的受力情况，已知位移值越多，分布越均匀则越接近真实情况；按照这个原理，先建立两端固定的梁单元模型，梁单元模型是单元长度的冠梁模型，再在对应位置设置位移边界条件即可进行模型计算。

在上述第三步中，利用步骤二中构建的模型进行水平位移数据增补，弥补不足的监测数据，具体包括：

(1)、判断冠梁跨中某一点是否位于支撑结构梁相交节点位置，若位于冠梁与各支撑节点处，则直接按步骤二中公式(2)进行计算，获取冠梁与各支撑节点处冠梁的实际水平位移换算值；若不位于冠梁与各支撑节点处，则进行下面步骤；

(2)、根据与冠梁相接的各支撑节点信息及内支撑平面分布特性，通过线性插值得到轴力点之间的轴力插值，丰富增补冠梁受力数据，然后进行下面步骤；

(3)、根据增补后的冠梁受力数据，按步骤二中公式(2)进行计算，得到冠梁各受力位置对应的水平位移换算值。

在上述第四步中，由于要求每个监测单位均进行有限元计算进行数据增补辅助判断不切合实际，因此本发明基于步骤一中得到的水平位移监测点实测数据和步骤三冠梁各对应点的水平位移换算值，利用spline插值得到冠梁连续变形平滑曲线；最后根据得到的冠梁连续变形平滑曲线，评判出冠梁未设点区段的变形值，进而确定可能存在过大位移值的危险区段，从而达到基于现有监测数据综合评判冠梁未设测点区段变形的目的。

工作原理：本发明提供的一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法，基于现有监测数据，建立有限元模型，利用支撑轴力换算以补充冠梁水平位移点的方法；其利用既有轴力监测数据反算冠梁变形的方法可以进一步丰富冠梁变形监测数据，同时也为进一步的有限元计算和spline插值计算提供更丰富的数据样本，本发明步骤三中丰富了建模数据，提高了模拟计算的可行性，步骤五提高了计算的精确度，利用建模计算的连续变形值进而得到最大位移可以作为监测数据不足时的一种补充判据；当不具备建模分析条件时，可采用Spline插值拟合曲线进行最大位移值预测的方法逼近有限元计算结果。

综上所述：本发明提供的一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法，包括采集监测点变形数据及支撑轴力实测值，采用abaqus构建计算模型，增补冠梁与各支撑交点处水平位移值，基于abaqus建模数据利用spline插值，获取冠梁水平位移连续变形平滑曲线，丰富变形监测数据；本发明利用支撑轴力换算补充了冠梁水平位移点，丰富了冠梁水平位移监测变形数据，再通过有限元或Spline插值拟合曲线进行最大位移值预测，以综合评判冠梁未设测点区段的变形值，进而确定可能存在过大位移值的危险区段，有利于基坑监测的安全预警工作，从而更大程度的保障基坑安全，具有经济节约，易于操作，可靠性强的优点，在土木工程变形测量技术领域具有极高的应用价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采集冠梁水平位移监测点变形数据及支撑轴力实测值：根据设计单位提供的监测布点图布设监测点，采用常规监测方法采集冠梁水平位移监测点的变形值以及支撑轴力监测点的内力值；

S2：采用abaqus构建计算模型：模型采用线性弹性模型，模型单元类型采用梁单元，根据结构力学位移法建立梁体的弹性模量E、截面矩I、单跨梁体长度a、跨中某一点距梁体一端距离b、对应跨中点梁体挠度δ、对应跨中点受力F参数的计算模型见公式(1)：

根据支撑轴力实测值F、支撑长度l、支撑与冠梁夹角α、支撑混凝土弹性模量E、支撑截面面积A、冠梁与各支撑节点处的水平位移值δ_h参数建立计算模型见公式(2)：

S3：增补冠梁与各支撑交点处水平位移值，具体步骤如下：

S301：针对冠梁与支撑相接的位置，根据支撑刚度和截面尺寸换算各支撑的变形，按照两端各分配一半的原则将支撑变形的一半作为冠梁与各支撑节点处的水平位移值，即根据S2中得到的计算模型公式(2)进行计算，由此可得冠梁与各支撑交点处冠梁水平位移值，用以弥补不足的监测数据；

S302：对于冠梁不与支撑相接的位置，根据与冠梁相接的各支撑节点信息，根据内支撑平面分布特性，通过线性插值得到轴力点之间轴力插值，丰富轴力数据；

S303：对于冠梁不与支撑相接的位置，根据步骤S302得到的轴力插值数据，按照S301的方法进行计算，获取冠梁各对应点的水平位移值；

S4：基于abaqus建模数据利用spline插值：即S1中得到的水平位移监测点实测数据和S3中冠梁各对应点的水平位移换算值，利用spline插值得到冠梁连续变形平滑曲线；

S5：获取冠梁水平位移连续变形平滑曲线，丰富变形监测数据：根据S4中得到的冠梁连续变形平滑曲线，进而得到冠梁最大位移值及其分布位置，作为监测数据分析的一种补充判据。

2.如权利要求1所述的一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法，其特征在于，S1中冠梁水平位移常规监测方法可视监测点的分布情况采用视准线活动觇标法、视准线测小角法、激光准直法、极坐标法、交会法、自由设站法；支撑轴力常规监测方法在混凝土支撑钢筋笼制作的同时，在主筋上安装钢筋应力计，利用频率读数仪采集传感器频率并计算相应支撑内力。

3.如权利要求1所述的一种用于基坑冠梁水平位移监测数据的增补分析方法，其特征在于，S2中在结构没有整体变形的时候默认位移等于挠度；当梁体上部作用的是分布荷载时，将分布荷载看作无数个集中荷载在梁体上作用的叠加，当知道梁体上每一点的位移值，可反求得分布荷载的大小和分布规律；按照这个原理，先建立两端固定的梁单元模型，梁单元模型是单元长度的冠梁模型，再在对应位置设置位移边界条件即可进行模型计算。

Images