專利名稱：利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的測試方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種建筑工程技術(shù)領(lǐng)域的測試方法及裝置，尤其是指一種利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的測試方法及裝置。
背景技術(shù)：
在深基坑施工中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)加內(nèi)支撐系統(tǒng)是一種常用的支護(hù)形式，支撐系統(tǒng)作用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，承受施工過程中的水土壓力，是保證基坑穩(wěn)定的重要結(jié)構(gòu)，因此，在基坑開挖過程中對支撐的受力狀態(tài)做出全面、準(zhǔn)確的測量，必要時(shí)發(fā)出風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警是非常重要的。經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，徐偉、呂鳳梧著《支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工》，收錄于劉建航、 侯學(xué)淵主編《基坑工程手冊》第17章，中國建筑工業(yè)出版社1997年4月第1版， ISBN7-112-03068-4，該文獻(xiàn)中將支撐按材料分為鋼管支撐、型鋼支撐、鋼筋混凝土支撐和鋼/鋼筋混凝土組合支撐等種類，其中鋼支撐具有材料可重復(fù)使用，安裝方便，作用迅速等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于地鐵、隧道和其他類型的深基坑工程中。鋼支撐的設(shè)計(jì)一般將其簡化為單跨或多跨壓桿，按其極限壓彎承載力計(jì)算。關(guān)于支撐系統(tǒng)的監(jiān)測方法和安全性評估方法，在南京水利科學(xué)研究院和常州金土木工程儀器有限公司編制的《巖土工程安全監(jiān)測手冊》(中國水利水電出版社2008年3月第2版，ISBN 978-7-5084-5311-8)中有較為全面的描述，在該書第五章第六節(jié)《支撐軸力測試》中，作者指出一般用軸力計(jì)和表面應(yīng)變計(jì)可以測量鋼支撐的軸力。二者之間的差異在于，在測量過程中，軸力計(jì)所受的壓力與鋼支撐相等，而表面應(yīng)變計(jì)則為應(yīng)變與鋼支撐相等。亦有文獻(xiàn)表明，可以采用鋼筋計(jì)取代表面應(yīng)變計(jì)，但此方法尚未普及成熟。在實(shí)際工程中，目前常用的方法存在下列缺陷(1)軸力計(jì)須安裝在鋼支撐端部，所測量的軸力值雖較為準(zhǔn)確，但壓力加速度計(jì)截面積遠(yuǎn)小于鋼支撐，容易造圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐局部受壓失穩(wěn)，是支撐體系的薄弱節(jié)點(diǎn)，影響基坑安全，而且此方法無法測出支撐軸力的偏心距；(2)在鋼支撐表面安裝應(yīng)變計(jì)或鋼筋計(jì)，與安裝軸力計(jì)相比，避免了截面削弱和失穩(wěn)問題。但應(yīng)變計(jì)和鋼筋計(jì)都是復(fù)雜脆弱的傳感器，長期暴露在基坑內(nèi)很容易損害。更重要的是，上述兩種方法必須每一測點(diǎn)放置一個(gè)價(jià)值不菲的傳感器，監(jiān)測成本很高，無法實(shí)現(xiàn)每根支撐都設(shè)置測點(diǎn)，不能保證全面監(jiān)控所有鋼支撐軸力，從而造成監(jiān)控盲點(diǎn)，導(dǎo)致安 ^^^ 急 ^^ ο經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請?zhí)?00720071364. 4，發(fā)明名稱鋼支撐軸力計(jì)支座，該專利自述為一種基坑施工使用的鋼支撐軸力計(jì)支座，用于建筑工程構(gòu)件領(lǐng)域。本發(fā)明包括由支座面板、支座筒體、軸力計(jì)、圓法蘭、中心十字肋板、軸力計(jì)支撐座構(gòu)成的軸力計(jì)支座結(jié)構(gòu)與由面板、筒體及環(huán)形止水鋼板組成的外部鋼套筒；中心十字肋板焊接在支座筒體內(nèi)部；軸力計(jì)支撐座焊接在中心十字肋板所切割位置處；鋼套筒與基坑內(nèi)襯、基坑槽壁組成固定連接；軸力計(jì)支座置于鋼套筒內(nèi)部，可與固定鋼支撐通過螺栓連接。 本支座采用裝配式代替焊接式，安裝速度快，確保安裝質(zhì)量，且不受氣候影響；測力系統(tǒng)在不穩(wěn)定情況下與基坑的接觸面增大，保證支撐體系的穩(wěn)定性，確保了基坑工程安全；施工結(jié)束后，鋼支撐軸力計(jì)支座可全部回收，有效地節(jié)省了材料。該發(fā)明改進(jìn)了壓力盒式軸力測量方式，避免了截面削弱，但是是沒有從根本上改進(jìn)測試方法，只是局部改良，依舊有成本造價(jià)不菲，不能全面應(yīng)用于每根鋼支撐的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題，提出了一種利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的測試方法，包括以下步驟
(1).設(shè)計(jì)一標(biāo)準(zhǔn)鋼片，標(biāo)定所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片的最優(yōu)張緊狀態(tài)頻車/以及標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算系數(shù)
(2).根據(jù)上述標(biāo)定結(jié)果選取所需的附著鋼片，在鋼支撐安裝使用之前，處于無應(yīng)力的狀態(tài)下將所述選取的附著鋼片安裝在鋼支撐上，并將該附著鋼片調(diào)整至所述最優(yōu)張緊狀態(tài)，記錄所述最優(yōu)張緊狀態(tài)下所述附著鋼片的計(jì)算系數(shù)是；
(3).鋼支撐使用過程中承受軸向壓力，測試所述附著鋼片在該狀態(tài)下的頻率值記為
Z ,根據(jù)軸力公式蘆=&4樹/2-/;2),計(jì)算得到鋼支撐的軸力“其中5為鋼支撐彈性模量，Λ為鋼支撐截面面積。通過上述方法，在鋼支撐上安裝附著鋼片，在鋼支撐使用過程中，由于附著鋼片與鋼支撐協(xié)同變形產(chǎn)生應(yīng)變，從而導(dǎo)致附著鋼片頻率的改變，通過測試附著鋼片的頻率，根據(jù)軸力計(jì)算公式即可得到鋼支撐的軸力。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述附著鋼片的長度與厚度之比不小于300。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還在于，標(biāo)定所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片步驟中進(jìn)一步包括
a.在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用型鋼模擬鋼支撐，將所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片安裝到所述型鋼上，對所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片施加一張緊拉力，激振所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片，通過一傳感器與一數(shù)據(jù)采集設(shè)備確定所述張緊狀態(tài)下所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片對應(yīng)的頻率；
b.保持張緊拉力不變，對所述型鋼施加不同的軸心壓力，同時(shí)激振所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片，通過所述傳感器與所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備確定在所述張緊狀態(tài)下所述型鋼受到不同軸心壓力時(shí)， 所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片對應(yīng)的一組頻率/值；
c.改變所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片的張緊拉力，重復(fù)上述兩個(gè)步驟a、b，得到復(fù)數(shù)組不同張緊狀態(tài)下所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片對應(yīng)的頻率/值；
d.由回歸分析得到所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片應(yīng)變與頻率間的關(guān)系式f=，其中f為所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片應(yīng)變，由施加于所述型鋼上的壓力除以其截面積得到，I為所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片頻率， c為所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片常數(shù)，f為所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片計(jì)算系數(shù)，根據(jù)上述各組頻率/值，計(jì)算得到復(fù)數(shù)組不同張緊狀態(tài)下所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片的計(jì)算系數(shù)P值；
e.選擇值穩(wěn)定性最好的組數(shù)，以該組F值對應(yīng)的張緊狀態(tài)作為最優(yōu)張緊狀態(tài)，并以該最優(yōu)張緊狀態(tài)下所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片對應(yīng)的頻率/作為最優(yōu)張緊狀態(tài)頻率。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還在于，選取所需的附著鋼片的步驟中進(jìn)一步包括將選取的附著鋼片調(diào)至最優(yōu)張緊狀態(tài)頻車*根據(jù)公式^計(jì)算出計(jì)算系數(shù)I； ，如果A與i'相差不超過士5%，則選取該附著鋼片。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還在于，激振時(shí)所用的激振錘與所述附著鋼片的接觸面積控制在1 2mm2。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還在于，所述鋼支撐不同位置可以安裝多個(gè)附著鋼片，根據(jù)各個(gè)附著鋼片的應(yīng)變改變量Af = Kf-Jh差異，由材料力學(xué)公式計(jì)算出所述鋼支撐軸力的偏心距。本發(fā)明還提供了一種利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的附著鋼片裝置，包括兩安裝臺，所述安裝臺固接于所述鋼支撐上；一附著鋼片，所述附著鋼片張緊連接于所述兩安裝臺之間。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還在于，所述安裝臺包括一基座，所述基座內(nèi)側(cè)通過一錨固件連接所述附著鋼片的端部，且所述錨固件通過一螺桿以可軸向移動(dòng)的方式連接于所述基座內(nèi)側(cè)。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還在于，所述錨固件容置孔背面的側(cè)壁中部設(shè)有一凹槽，該凹槽的兩側(cè)壁上分別設(shè)有一連接孔；所述附著鋼片的表面沿長度方向的兩端分別設(shè)有一鉆孔，所述附著鋼片通過一穿過所述連接孔與鉆孔的中間連接件固接于所述兩錨固件凹槽之間。本發(fā)明的特點(diǎn)是(1)附著鋼片成本低廉，可在每根鋼支撐進(jìn)行普遍安裝，從而滿足測量所有鋼支撐軸力的要求；(2)附著鋼片裝置結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，且不會造成截面削弱，適合在基坑內(nèi)長期監(jiān)測；(3)測試方法操作簡單，有較好的工程實(shí)用性。


圖1為本發(fā)明利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的附著鋼片裝置的部分剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的附著鋼片裝置安裝臺的部分剖面放大示意圖。圖3為本發(fā)明利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的附著鋼片裝置附著鋼片的部分剖面放大示意圖。圖4為本發(fā)明利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的測試方法的流程圖。圖5為本發(fā)明利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的測試方法及裝置的一種實(shí)施例的測量軸力值與實(shí)際加載軸力值的對比曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)說明。參見圖1所示，本發(fā)明利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的測試方法使用到一附著鋼片裝置1，其包括兩個(gè)由基座10、連接件(在附圖中所示為螺桿20，其亦可以是其他形式的桿狀連接件)、錨固件30和兩螺母40組成的安裝臺2以及附著鋼片50和兩中間連接件(在附圖中所示為栓釘60，其亦可以是其他形式的桿狀連接件)，其中如圖2所示，基座10的側(cè)壁中部設(shè)有一孔101，該孔101的內(nèi)壁一周設(shè)有內(nèi)螺紋，螺桿 20螺合于該孔101中，基座10還進(jìn)一步設(shè)有一底座102。錨固件30的側(cè)壁中部設(shè)有一凹槽301，該凹槽301的兩側(cè)壁上分別設(shè)有一連接孔302，在錨固件30凹槽301背面的側(cè)壁上進(jìn)一步設(shè)有一容置孔303，該容置孔303的內(nèi)壁一周設(shè)有內(nèi)螺紋，螺桿20進(jìn)一步螺合于該容置孔303中。螺母40分別從基座10的兩側(cè)螺合于螺桿20上，以固定螺桿20和錨固件30 于基座10上，并可借此提供錨固件30的軸向移動(dòng)。如圖3所示，附著鋼片50表面沿長度方向的兩端分別設(shè)有一鉆孔501，鉆孔501沿附著鋼片50中心對稱分布，并且沿附著鋼片50寬度方向居中設(shè)置，附著鋼片50鉆孔501 連線中點(diǎn)的位置進(jìn)一步設(shè)有一中間孔502。附著鋼片裝置1安裝時(shí)，將兩安裝臺2基座10的底座102沿鋼支撐3的中心對稱焊接于鋼支撐3上，再將附著鋼片50的兩端在兩安裝臺2錨固件30凹槽301的開口之間， 按鉆孔501與兩錨固件30凹槽301兩側(cè)壁上連接孔302位置對齊的方式，分別通過一中間連接件(在附圖中所示為栓釘60，其亦可以是其他形式的桿狀連接件)穿過連接孔302與鉆孔501，將附著鋼片50固定于兩安裝臺2之間，附著鋼片50除與栓釘60接觸外，與附著鋼片裝置1的其他部分均不接觸。測試附著鋼片50的頻率時(shí)，在附著鋼片50的中間孔502位置安裝一傳感器4，保證傳感器4沿附著鋼片50寬度方向?qū)ΨQ，在傳感器4外部連接一數(shù)據(jù)采集設(shè)備5，在數(shù)據(jù)采集設(shè)備5上讀取頻率值。參見圖4所示，本發(fā)明利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的測試方法包括以下步驟 SlO設(shè)計(jì)一標(biāo)準(zhǔn)鋼片，標(biāo)定所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片的最優(yōu)張緊狀態(tài)頻率/以及標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算系數(shù)tf。( 1)設(shè)計(jì)一標(biāo)準(zhǔn)鋼片。按現(xiàn)場應(yīng)用條件，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)鋼片的幾何尺寸、材質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)鋼片裝置的基座結(jié)構(gòu)、張緊裝置、鎖定方式以及與鋼支撐的連接方法，一般要求標(biāo)準(zhǔn)鋼片長度遠(yuǎn)大于寬度，寬度遠(yuǎn)大于厚度，材質(zhì)宜采用與鋼支撐熱膨脹系數(shù)相同的鋼或不銹鋼，可不必進(jìn)行溫度補(bǔ)償；基座要求剛度較大，與鋼支撐采用焊接即可；張緊裝置可采用如圖1所示的附著鋼片裝置1，通過調(diào)節(jié)基座10外側(cè)的螺母40來改變錨固件30相對基座10的軸向距離從而改變張緊拉力的大小。傳感計(jì)4選擇可拆卸的常用振弦式或壓電式的動(dòng)力測試加速度傳感計(jì)，質(zhì)量不宜過大，一般控制在IOOg以內(nèi)；數(shù)據(jù)采集設(shè)備5選擇數(shù)模轉(zhuǎn)換器、波形分析軟件，數(shù)模轉(zhuǎn)換器、波形分析軟件均可采用常規(guī)設(shè)備、軟件，要求頻率測量精度不低于1Hz。根據(jù)型式設(shè)計(jì)加工一套標(biāo)準(zhǔn)鋼片及標(biāo)準(zhǔn)鋼片附著鋼片裝置。(2)標(biāo)準(zhǔn)鋼片的標(biāo)定。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用型鋼模擬鋼支撐，將標(biāo)準(zhǔn)鋼片及上述標(biāo)準(zhǔn)鋼片裝置按設(shè)計(jì)要求的使用狀態(tài)與型鋼連接，并在標(biāo)準(zhǔn)鋼片上安裝加速度傳感計(jì)，保證加速度傳感計(jì)沿標(biāo)準(zhǔn)鋼片寬度方向?qū)ΨQ，再在加速度傳感計(jì)外部連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器與波形分析軟件。標(biāo)準(zhǔn)鋼片具體的標(biāo)定步驟如下
第一步，通過調(diào)節(jié)張緊裝置，對標(biāo)準(zhǔn)鋼片施加一張緊拉力，采用常規(guī)測力手段可隨時(shí)測量該張緊拉力的大小激振標(biāo)準(zhǔn)鋼片，敲擊時(shí)，激振錘與標(biāo)準(zhǔn)鋼片接觸的點(diǎn)應(yīng)沿附著鋼片的
寬度方向居中，接觸面積約1 2mm2，測量并記錄下標(biāo)準(zhǔn)鋼片對應(yīng)的頻率/10 (—階主振頻
率)。在不改變標(biāo)準(zhǔn)鋼片張緊拉力的情況下，用常規(guī)加力方式對型鋼施加一軸心壓力，使之逐步達(dá)到鋼支撐工作階段相近的應(yīng)變，采用常規(guī)測力手段可隨時(shí)測量該軸心壓力的大小激振標(biāo)準(zhǔn)鋼片，測量并記錄下標(biāo)準(zhǔn)鋼片對應(yīng)的頻率/π。繼續(xù)保持標(biāo)準(zhǔn)鋼片的張緊拉力不變，對型鋼施加不同的軸心壓力，從而獲得一組該張緊狀態(tài)下，對型鋼施加不同的軸心壓力時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)鋼片的頻率/12、Z13、Ju……Λ。第二步，改變標(biāo)準(zhǔn)鋼片的張緊拉力，重復(fù)第一步的步驟，測量并記錄下標(biāo)準(zhǔn)鋼片在不同的張緊拉力作用下，復(fù)數(shù)組相應(yīng)的頻率值。第三步，根據(jù)回歸分析得到標(biāo)準(zhǔn)鋼片應(yīng)變與標(biāo)準(zhǔn)鋼片頻率間的關(guān)系式 Wf-C ,其中e為標(biāo)準(zhǔn)鋼片應(yīng)變，可由施加于型鋼上的壓力除以其截面積得到，J"為
標(biāo)準(zhǔn)鋼片頻車力常數(shù)只與標(biāo)準(zhǔn)鋼片的幾何尺寸、材質(zhì)有關(guān)，k>為標(biāo)準(zhǔn)鋼片計(jì)算系數(shù)。根據(jù)第一步與第二步所測得的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)鋼片在不同的張緊拉力作用下，復(fù)數(shù)組相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)鋼片計(jì)算系數(shù)λ'。第四步，比較第三步中得到的復(fù)數(shù)組標(biāo)準(zhǔn)鋼片計(jì)算系數(shù)卩‘，找出其中值變化幅度最小(即為最穩(wěn)定)的一組數(shù)據(jù)，將該張緊狀態(tài)定為最優(yōu)張緊狀態(tài)，并將此最優(yōu)張緊狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)鋼片頻率/定為標(biāo)準(zhǔn)鋼片的最優(yōu)張緊狀態(tài)頻率。S20根據(jù)上述標(biāo)定結(jié)果選取所需的附著鋼片，在鋼支撐安裝使用之前，處于無應(yīng)力的狀態(tài)下將所述選取的附著鋼片安裝在鋼支撐上，并將該附著鋼片調(diào)整至所述最優(yōu)張緊狀態(tài)，記錄所述最優(yōu)張緊狀態(tài)下所述附著鋼片的計(jì)算系數(shù)(1)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)鋼片的標(biāo)定結(jié)果，標(biāo)準(zhǔn)化加工一批附著鋼片，對每一根標(biāo)準(zhǔn)化加工的附著鋼片進(jìn)行與標(biāo)準(zhǔn)鋼片同樣的標(biāo)定測試，但僅進(jìn)行最優(yōu)張緊狀態(tài)的測試，如果所測試的附著鋼片的計(jì)算系數(shù)λ與標(biāo)定時(shí)所確定的標(biāo)準(zhǔn)鋼片計(jì)算系數(shù)V值相近(一般相差不超過士5%)，則該附著鋼片檢驗(yàn)合格，可以投入使用，將所有合格的附著鋼片最優(yōu)張緊狀態(tài)下的計(jì)算系數(shù)fc整理成一數(shù)據(jù)表。(2)在施工現(xiàn)場，鋼支撐安裝使用之前，處于無應(yīng)力的狀態(tài)下，按設(shè)計(jì)要求將檢驗(yàn)合格的附著鋼片通過附著鋼片裝置安裝在鋼支撐上，一根鋼支撐不同位置可以安裝多個(gè)附著鋼片。然后在附著鋼片上安裝加速度傳感計(jì)，保證加速度傳感計(jì)沿附著鋼片寬度方向?qū)ΨQ，再在加速度傳感計(jì)外部連接數(shù)模轉(zhuǎn)換器與波形分析軟件。逐漸調(diào)整張緊裝置使附著鋼片達(dá)到最優(yōu)張緊狀態(tài)，根據(jù)挑選鋼片時(shí)整理得到的數(shù)據(jù)表找出該附著鋼片的計(jì)算系數(shù)i。 在確定附著鋼片是否達(dá)到最優(yōu)張緊狀態(tài)時(shí)，根據(jù)附著鋼片張緊拉力與頻率之間的正比例關(guān)系，采用頻率值來反映施加于附著鋼片上的張緊拉力大小，在調(diào)整張緊裝置的過程中，當(dāng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備上顯示的頻率值為最優(yōu)張緊狀態(tài)頻本/ ,則此時(shí)附著鋼片在該張緊拉力下達(dá)到最優(yōu)張緊狀態(tài)。S30鋼支撐使用過程中承受軸向壓力，測試所述附著鋼片在該狀態(tài)下的頻率值記為Ji ,根據(jù)軸力公式及=&4樹/2-^2),計(jì)算得到鋼支撐的軸力”其中S力鋼支撐彈性模量，3為鋼支撐截面面積。鋼支撐正常使用過程中，當(dāng)需要測量軸力時(shí)，可隨時(shí)在附著鋼片上安裝加速度傳感計(jì)測量附著鋼片的頻率值月，由材料力學(xué)公式i = SMf，可計(jì)算出鋼支撐的軸力i ，其中Δε= Kf-Ji2)，為附著鋼片應(yīng)變改變量，Ε為鋼支撐彈性模量，J為鋼支撐截面面積。
根據(jù)同一根鋼支撐不同位置的附著鋼片測試結(jié)果，可以通過各個(gè)附著鋼片的Δε差異，由材料力學(xué)公式計(jì)算出鋼支撐軸力的偏心距。為驗(yàn)證本發(fā)明的測試方法及測試裝置之可靠性，在上海市某地鐵站基坑施工現(xiàn)場完成了現(xiàn)場試驗(yàn)，該實(shí)施例在以本發(fā)明的技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于該實(shí)施例。本實(shí)施例具體測試方法步驟如下
第一步，本實(shí)施例中，鋼支撐3長度為14000mm，規(guī)格為Φ609Χ16πιπι，彈性模量 E=206000MPa，截面面積A49807mm2 ；附著鋼片50采用304號不銹鋼，全長320mm，兩端鉆孔 501中心間距300mm，孔徑為4. 2mm，中間孔502依據(jù)傳感器4固定所需，孔徑為5. 2mm ；基座 10上鉆孔Φ=9πιπι，孔徑中心距離鋼支撐3頂面30mm，兩基座10沿鋼支撐3中心對稱布置； 錨固件30凹槽301厚度為3mm ；螺桿20長100mm。附著鋼片50激振時(shí)所用的激振錘，質(zhì)量為 50g。第二步，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，由標(biāo)定結(jié)果可得標(biāo)準(zhǔn)鋼片的計(jì)算系數(shù)i' =0. 0528X ΙΟ"6, 最優(yōu)張緊狀態(tài)頻率/ =120 Hz0對本實(shí)施例所用的附著鋼片50進(jìn)行最優(yōu)張緊狀態(tài)測試，得到計(jì)算系數(shù)t =0.0534\10_6，與先'值相差不超過士5%，說明本實(shí)施例所用附著鋼片50可用，根據(jù)軸力計(jì)算公式=得出本實(shí)施例附著鋼片50的軸力 F = 0.328(1202 -Zi2)(單位為 kN)。第三步，在鋼支撐3安裝使用之前，處于無應(yīng)力的狀態(tài)下，將附著鋼片裝置1安裝在鋼支撐3上，調(diào)節(jié)基座10外側(cè)的螺母40改變附著鋼片50的張緊拉力直至附著鋼片50 達(dá)到最優(yōu)張緊狀態(tài)，再將基座10內(nèi)側(cè)的螺母40擰緊，以固定螺桿20和錨固件30于基座10上。第四步，模擬鋼支撐3正常使用狀態(tài)下，用經(jīng)過標(biāo)定的千斤頂分別對鋼支撐3加載 50t、100t、150t和200t的軸心壓力，測量相應(yīng)的附著鋼片50的頻率并記為J1、/2、J3和
Λ，根據(jù)本實(shí)施例附著鋼片50的軸力F = 0.328(1202 -//)可計(jì)算得到本實(shí)施例的鋼支撐
3在各級加載壓力下的測量軸力值，繪制本實(shí)施例的鋼支撐3測量軸力值和實(shí)際加載軸力值的對比曲線圖如圖5所示，其中，曲線6為實(shí)際加載軸力值的曲線，曲線7為測量軸力值的曲線，可以看出測量軸力值與實(shí)際加載軸力值十分接近，說明本發(fā)明是成功的。本發(fā)明所采用的裝置除傳感器與數(shù)據(jù)采集設(shè)備外，均取材于常用材料，成本非常低廉，不易損毀，一般可多次使用，而傳感器與數(shù)據(jù)采集設(shè)備只需一套，可重復(fù)使用。因此本發(fā)明成本低，且標(biāo)準(zhǔn)化后還可以進(jìn)一步降低成本，十分適合大規(guī)模鋼支撐軸力測量使用，解決了之前測量方法在實(shí)際應(yīng)用中所存在的問題。
權(quán)利要求
1.一種利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的測試方法，其特征在于，包括以下步驟(1).設(shè)計(jì)一標(biāo)準(zhǔn)鋼片，標(biāo)定所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片的最優(yōu)張緊狀態(tài)頻率 /以及標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算系數(shù)Z,(2).根據(jù)上述標(biāo)定結(jié)果選取所需的附著鋼片，在鋼支撐安裝使用之前，處于無應(yīng)力的狀態(tài)下將所述選取的附著鋼片安裝在鋼支撐上，并將該附著鋼片調(diào)整至所述最優(yōu)張緊狀態(tài)，記錄所述最優(yōu)張緊狀態(tài)下所述附著鋼片的計(jì)算系數(shù)t ；(3).鋼支撐使用過程中承受軸向壓力，測試所述附著鋼片在該狀態(tài)下的頻率值記為,根據(jù)軸力公式及=■材/2 _/i2),計(jì)算得到鋼支撐的軸力i ，其中S力鋼支撐彈性模量，2為鋼支撐截面面積。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述附著鋼片的長度與厚度之比不小于300。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，標(biāo)定所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片步驟中進(jìn)一步包括a.在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用型鋼模擬鋼支撐，將所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片安裝到所述型鋼上，對所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片施加一張緊拉力，激振所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片，通過一傳感器與一數(shù)據(jù)采集設(shè)備確定所述張緊狀態(tài)下所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片對應(yīng)的頻率；b.保持張緊拉力不變，對所述型鋼施加不同的軸心壓力，同時(shí)激振所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片，通過所述傳感器與所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備確定在所述張緊狀態(tài)下所述型鋼受到不同軸心壓力時(shí)， 所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片對應(yīng)的一組頻率/值；c.改變所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片的張緊拉力，重復(fù)上述兩個(gè)步驟a、b，得到復(fù)數(shù)組不同張緊狀態(tài)下所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片對應(yīng)的頻率/值；d.由回歸分析得到所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片應(yīng)變與頻率間的關(guān)系式S= G其中e為所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片應(yīng)變，由施加于所述型鋼上的壓力除以其截面積得到，/為所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片頻率， c為所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片常數(shù)，f為所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片計(jì)算系數(shù)，根據(jù)上述各組頻率/值，計(jì)算得到復(fù)數(shù)組不同張緊狀態(tài)下所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片的計(jì)算系數(shù)λ'值；e.選擇F值穩(wěn)定性最好的組數(shù)，以該組i'值對應(yīng)的張緊狀態(tài)作為最優(yōu)張緊狀態(tài)，并以該最優(yōu)張緊狀態(tài)下所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片對應(yīng)的頻率/作為最優(yōu)張緊狀態(tài)頻率。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選取所需的附著鋼片的步驟中進(jìn)一步包括 將選取的附著鋼片調(diào)至最優(yōu)張緊狀態(tài)頻車根據(jù)公式F = ^2-C計(jì)算出計(jì)算系數(shù)λ，如果λ與F相差不超過士 5%，則選取該附著鋼片。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，激振時(shí)所用的激振錘與所述附著鋼片的接觸面積控制在1 2mm2。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述鋼支撐不同位置可以安裝多個(gè)附著鋼片，根據(jù)各個(gè)附著鋼片的應(yīng)變改變量Δε=財(cái)/2 差異，由材料力學(xué)公式計(jì)算出所述鋼支撐軸力的偏心距。
7.一種利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的附著鋼片裝置，其特征在于包括兩安裝臺，所述安裝臺固接于所述鋼支撐上； 一附著鋼片，所述附著鋼片張緊連接于所述兩安裝臺之間。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述安裝臺包括一基座，所述基座內(nèi)側(cè)通過一錨固件連接所述附著鋼片的端部，且所述錨固件通過一螺桿以可軸向移動(dòng)的方式連接于所述基座內(nèi)側(cè)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述錨固件容置孔背面的側(cè)壁中部設(shè)有一凹槽，該凹槽的兩側(cè)壁上分別設(shè)有一連接孔；所述附著鋼片的表面沿長度方向的兩端分別設(shè)有一鉆孔，所述附著鋼片通過一穿過所述連接孔與鉆孔的中間連接件固接于所述兩錨固件凹槽之間。
全文摘要
一種利用附著鋼片測量鋼支撐軸力的測試方法，包括以下步驟(1)設(shè)計(jì)一標(biāo)準(zhǔn)鋼片，標(biāo)定所述標(biāo)準(zhǔn)鋼片的最優(yōu)張緊狀態(tài)頻率以及標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算系數(shù)；(2)根據(jù)上述標(biāo)定結(jié)果選取所需的附著鋼片，在鋼支撐安裝使用之前，處于無應(yīng)力的狀態(tài)下將所述選取的附著鋼片安裝在鋼支撐上，并將該附著鋼片調(diào)整至所述最優(yōu)張緊狀態(tài)，記錄所述最優(yōu)張緊狀態(tài)下所述附著鋼片的計(jì)算系數(shù)；(3)鋼支撐使用過程中承受軸向壓力，測試所述附著鋼片在該狀態(tài)下的頻率值記為，根據(jù)軸力公式，計(jì)算得到鋼支撐的軸力，其中為鋼支撐彈性模量，為鋼支撐截面面積。
文檔編號G01B21/32GK102175354SQ20101061142
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月29日
發(fā)明者文鋒, 朱雁飛, 王建華, 英旭, 裴烈烽, 陳錦劍 申請人:上海隧道工程股份有限公司