CN209069475U - 一种拱桥劲性骨架外包混凝土应力应变实时分布式监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种拱桥劲性骨架外包混凝土应力应变实时分布式监测系统，该系统包括拱桥劲性骨架上弦管、应变片、应变片滑动架、镂空硬质保护管、镂空孔、线缆和混凝土；各个镂空硬质保护管分别设置在主拱圈的左拱脚、1/8拱、1/4拱、3/8拱、拱顶、5/8拱、3/4拱、7/8拱以及右拱脚截面处。该系统能够实时反映显示并监测预警拱桥劲性骨架外包混凝土构件在浇筑成型后的应力应变的变化，不仅解决了拱桥劲性骨架外包混凝土内部的应力应变测量问题，还解决了灌注混凝土时，混凝土的流动影响应力传感器的定位问题，进而准确测量出主拱圈外包混凝土的应力及应力分布，节省了大量的人力时间成本。采用分布式设计也能够简化计量主拱圈外包混凝土的力学计算。

Description

一种拱桥劲性骨架外包混凝土应力应变实时分布式监测系统

技术领域

本实用新型涉及土木工程拱桥中应用劲性骨架外包混凝土的应力应变分布式监测的相关技术领域，具体涉及一种拱桥劲性骨架外包混凝土应力应变实时监测系统。

背景技术

混凝土拱桥施工的最大难点是拱圈施工，其中劲性骨架法能够将大重量混凝土拱的架设转化为轻重量劲性拱骨架的架设，大大提高混凝土拱桥的跨越能力，并降低施工费用，成为国内外大跨度混凝土拱桥发展的主流方向。混凝土拱桥劲性骨架法，是指在拱圈(拱肋)成型过程中，先用无支架方法施工劲性骨架成拱，然后以劲性骨架作为支架浇注拱圈(拱肋)的外包混凝土，形成完整的拱圈(拱肋)。

包混凝土浇注方量大，表面积大，此外，拱桥在施工过程和成桥后，随着劲性骨架线型变化外包混凝土受力也发生变化，外包混凝土的线型也在变化，且外包混凝土的线型应与骨架线型一致。拱肋在日照、大气温度变化等环境因素影响下拱肋的截面温度场也随之变化。不均匀的温度分布将使拱肋截面产生温度自应力，随时间变化的等效均匀温度场会在超静定拱中产生温度内力和温度应力，导致混凝土开裂或破坏。因此测量拱桥的劲性骨架外包混凝土的应力应变分布对保证外包混凝土的浇筑质量非常有必要。

建筑信息模型(BIM)能够以工程项目的各项相关信息数据作为基础，通过数字信息仿真模拟构筑物所具有的真实信息，通过三维建筑模型，实现数字化信息管理等功能。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性等特点。能在建设项目的的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对。

专利CN207019825U公开了钢管混凝土拱桥管内混凝土应力分布的测量系统，泥浆制备在泥浆配制搅拌桶中完成，按配比加入水和膨润土搅拌，导入循环泥浆池等待输出，第二搅拌机保持开启状态保证浆液均匀。钢管及灌注于钢管内的混凝土，钢管的内壁设有多个扣环，每两个扣环之间通过连接线连接，连接线上及两根连接线之间均设有应力传感器，且两根连接线之间的应力传感器的轴向与钢管的轴向平行。钢管的管壁上还开设有用于引出应力传感器的信号线的通孔，应力传感器与一设于所述钢管外的测量仪电连接。钢管的内壁位于通孔的周缘处还固设有一小管，应力传感器的信号线经小管从通孔穿出，并与测量仪电连接。为了防止混凝土灌注入钢管内的过程中漏浆，通孔中还设有填充材料。其中，扣环的数量为偶数个，偶数个扣环中每两个扣环在钢管的内壁上对称安装，扣环的数量优选为四个，其中两两于钢管的内壁上对称安装，每一连接线的两端分别连接于对称安装的两个扣环上。

应力传感器还连接有温度传感器，温度传感器固定于连接线上，温度传感器的信号线也与测量仪连接，使钢管内混凝土的应变与温度可同时测量。每一连接线上的应力传感器为多个，每一连接线上的多个应力传感器均匀设置且顺序连接，每一连接线上的应力传感器均连接一测量仪。每一连接线上均匀设置多个应力传感器，可使钢管内混凝土的应力分布得以准确测出。每一连接线上的多个应力传感器采用绑扎法固定于连接线上，用于测量钢管内混凝土的径向应力与收缩变形。

该钢管混凝土拱桥管内混凝土应力应变测试方案，是架设于钢管内部有管壁支撑的位置，无法应用于直接埋入外包混凝土中；

该钢管混凝土拱桥管内混凝土应力应变测试方案，架设程序较复杂，在大型施工构筑物中布设多点比较耗费人力物力成本；

该钢管混凝土拱桥管内混凝土应力应变测试方案，需要人员全程跟踪测量计数，且可读性不高，人为误差大；

该无线测试传输方案，只能通过数据采集显示数值，人机界面互动程度较低。

实用新型内容

目前还没有对拱桥劲性骨架外包混凝土整体进行应力应变进行测量的应用，本实用新型提供一种拱桥劲性骨架外包混凝土应力应变实时分布式监测系统，实时反映显示并监测预警拱桥劲性骨架外包混凝土构件在浇筑成型后的应力应变的变化，不仅解决了拱桥劲性骨架外包混凝土内部的应力应变测量问题，还解决了灌注混凝土时，混凝土的流动影响应力传感器的定位问题，进而准确测量出主拱圈外包混凝土的应力及应力分布，节省了大量的人力时间成本。采用分布式设计也能够简化计量主拱圈外包混凝土的力学计算。

本实用新型采用的技术方案为一种拱桥劲性骨架外包混凝土应力应变实时分布式监测系统，该系统包括拱桥劲性骨架上弦管1、应变片2、应变片滑动架3、镂空硬质保护管4、镂空孔5、线缆6和混凝土7；应变片2安装在应变片滑动架3 上，应变片滑动架3与镂空硬质保护管4之间为滑动配合，镂空硬质保护管4通过粘结胶粘结在主拱圈的各个拱桥劲性骨架上弦管1的外表面；镂空硬质保护管4 的外部设有镂空孔5；应变片2设有线缆6，线缆6与外部的应力应变读数仪器连接；线缆6设置在镂空硬质保护管4中间；混凝土7填充在拱桥劲性骨架上弦管1的外部。各个镂空硬质保护管4分别设置在主拱圈的左拱脚、1/8拱、1/4拱、3/8拱、拱顶、5/8拱、3/4拱、7/8拱以及右拱脚截面处。

镂空孔5的孔径小于混凝土7的粗骨料粒径。

连接板3和镂空硬质保护管4均由聚氨酯硬质泡沫塑料制成。

应变片2设置在拱桥劲性骨架上弦管1端部的200mm-800mm处。

与现有技术相比较，本实用新型具有如下有益效果。

1)本实用新型将应变片埋设在混凝土中，通过应力应变读数仪器直接显示拱桥劲性骨架外包混凝土相应部位的应力应变特征值；采用分布式设计能够对主拱圈的模型进行优化监测，整体监测计量更加合理。

2)本实用新型设有的应变片滑动架、镂空硬质保护管，使得应变片滑动架能够在竖直方向上进行调节，监测位置灵活，镂空硬质保护管能够有效保护其中的应变片。

3)本实用新型的应力应变读数仪器能够对采集到的应力特征值进行记录并存储在电脑端，在电脑端通过建立拱桥劲性骨架外包混凝土应力应变监测预警模块，能够有效监测拱桥劲性骨架外包混凝土应力应变情况。

附图说明

图1是本实用新型温度采集的结构示意图，

图2是本实用新型的断面结构示意图。

图3是本实用新型的应用流程图。

图4是本实用新型的应用示例图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述说明。

如图1-2所示，一种拱桥劲性骨架外包混凝土应力应变实时分布式监测系统，该系统包括拱桥劲性骨架上弦管1、应变片2、应变片滑动架3、镂空硬质保护管4、镂空孔5、线缆6和混凝土7；应变片2安装在应变片滑动架3上，应变片滑动架3 与镂空硬质保护管4之间为滑动配合，镂空硬质保护管4通过粘结胶粘结在主拱圈的各个拱桥劲性骨架上弦管1的外表面；镂空硬质保护管4的外部设有镂空孔5；应变片2设有线缆6，线缆6与外部的应力应变读数仪器连接；线缆6设置在镂空硬质保护管4中间；混凝土7填充在拱桥劲性骨架上弦管1的外部。各个镂空硬质保护管4分别设置在主拱圈的左拱脚、1/8拱、1/4拱、3/8拱、拱顶、5/8拱、3/4拱、 7/8拱以及右拱脚截面处。

镂空孔5的孔径小于混凝土7的粗骨料粒径。

应变片滑动架3和镂空硬质保护管4均由聚氨酯硬质泡沫塑料制成。

应变片2设置在拱桥劲性骨架上弦管1端部的200mm-800mm处。

如图3-4所示，本实用新型包括应力应变测试装置、数据采集仪以及与检测装置通信连接的用户终端；

外包混凝土浇注过程中，主拱圈应力容易发生突变的截面为左拱脚、1/8拱、 1/4拱、3/8拱、拱顶、5/8拱、3/4拱、7/8拱以及右拱脚截面，共9个断面。因此，在要浇筑的外包混凝土内沿拱圈相应位置布置纵横向搭载钢筋支架，应力应变测试装置为钢弦应变计应力应变传感器布置在搭载支架上，通过电缆线连接到采集读数仪器；用户终端为电脑平台终端，测试传输采集装置通过数据采集仪采集系统等连接到用户终端；所述的应变测试部分包括与各应变片或应力计数据输出端连接的数据采集卡、数据输入端，数据采集卡或采集仪数据输入端连接计算机。数据采集仪部分将应变片或应力计接收采集到的信号并作后续处理。应变片或应力计测到的应力信号通过模数转换电路由数据采集仪接受到之后，经过数据采集卡送入计算机系统，进行分析；

本实用新型的使用方法如下：在即将要浇筑的劲性骨架拱桥外包混凝土中按规范布置测试应力应变的位置点，测试应力应变点的位置应选择在应力应变变化大的地方。

在布置测试应力应变的位置做好钢筋支架，将应变计绑扎在钢筋支架上和劲性骨架上，并加做阻挡粗骨料的钢筋笼作为保护，电缆线连接好沿钢筋和骨架的方向延伸出去，连接到数据采集仪然后数据采集仪再连接到用户终端，相同的位置上布置2-3个应变计以保证测试数据精确；

本实用新型可以与BIM系统进行对接，采用BIM进行二次开发建立劲性骨架拱桥外包混凝土的模型，建立劲性骨架拱桥外包混凝土收缩变形计算模块以及钢管混凝土拱桥管内混凝土应力应变监测预警模块，并在其中标明应力应变测试的位置，且与用户终端建立连接，使应力应变的数值能在BIM模型中相应的位置显示；

将劲性骨架拱桥外包混凝土配合比、现场施工条件等输入电脑BIM模型劲性骨架拱桥外包混凝土受力变形以及线型变化计算模块中计算出其应力应变预警阈值，制定应力应变监测方案；

在现场劲性骨架拱桥外包混凝土标注的测试点布设应力应变测试装置对应力应变进行实时监测,将采集到的应力应变信息通过数据采集仪传输到用户终端，并显示在BIM建立的模型中。

1、本实用新型，相比于传统的劲性骨架拱桥外包混凝土应力应变测试方式，节省了现场大量的人力以及时间的支出耗费；

2、本实用新型，相比于传统的劲性骨架拱桥外包混凝土应力应变测试方式，提高了劲性骨架拱桥外包混凝土测试应力应变的精确度和可靠性；

3、本实用新型，相比于传统的劲性骨架拱桥外包混凝土应力应变测试方式，能够实时显示劲性骨架拱桥外包混凝土具体位置的应力应变且对人界面简洁清晰；

4.本实用新型，相比于传统的劲性骨架拱桥外包混凝土应力应变测试方式，采用实时显示平台形成应力应变实时显示系统；

5.本实用新型，相比于传统的劲性骨架拱桥外包混凝土应力应变测试方式，通过BIM二次开发，在BIM模型中集成了监测预警系统实时界面；

6.本实用新型，相比于传统的劲性骨架拱桥外包混凝土应力应变测试方式，通过BIM二次开发，在BIM模型中建立了劲性骨架拱桥外包混凝土受力变形以及线型变化计算模块。

Claims (2)

1.一种拱桥劲性骨架外包混凝土应力应变实时分布式监测系统，其特征在于：该系统包括拱桥劲性骨架上弦管(1)、应变片(2)、应变片滑动架(3)、镂空硬质保护管(4)、镂空孔(5)、线缆(6)和混凝土(7)；应变片(2)安装在应变片滑动架(3)上，应变片滑动架(3)与镂空硬质保护管(4)之间为滑动配合，镂空硬质保护管(4)通过粘结胶粘结在主拱圈的各个拱桥劲性骨架上弦管(1)的外表面；镂空硬质保护管(4)的外部设有镂空孔(5)；应变片(2)设有线缆(6)，线缆(6)与外部的应力应变读数仪器连接；线缆(6)设置在镂空硬质保护管(4)中间；混凝土(7)填充在拱桥劲性骨架上弦管(1)的外部；各个镂空硬质保护管(4)分别设置在主拱圈的左拱脚、1/8拱、1/4拱、3/8拱、拱顶、5/8拱、3/4拱、7/8拱以及右拱脚截面处；应变片滑动架(3)和镂空硬质保护管(4)均由聚氨酯硬质泡沫塑料制成。

2.根据权利要求1所述的一种拱桥劲性骨架外包混凝土应力应变实时分布式监测系统，其特征在于：镂空孔(5)的孔径小于混凝土(7)的粗骨料粒径。