鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法，該優(yōu)化方法在鋼筋混凝土支撐的截面上以均勻分布方式布置n個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)，以構(gòu)成n個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，所述鋼筋應(yīng)力計(jì)具備測溫單元；其后將測得的鋼筋混凝土支撐軸力減去溫度效應(yīng)產(chǎn)生的力，即可得到較為真實(shí)的鋼筋混凝土支撐軸力。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，相對于目前的監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法，采用本優(yōu)化方法能有效地考慮溫度效應(yīng)對鋼筋混凝土支撐軸力的影響，同時(shí)溫度效應(yīng)系數(shù)的獲取方法和取值有別于通常選用的溫度效應(yīng)系數(shù)值，可得到較為真實(shí)的鋼筋混凝土支撐軸力值，以使圍護(hù)體系和整個(gè)基坑工程處于可控狀態(tài)。
【專利說明】鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)據(jù)監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼筋混凝土支撐是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中最重要的組成部分，支撐軸力是評價(jià)支護(hù)結(jié)構(gòu)以及整個(gè)基坑工程是否安全的重要依據(jù)。目前鋼筋混凝土支撐軸力主要通過在支撐內(nèi)埋設(shè)振弦式鋼筋應(yīng)力計(jì)的方式進(jìn)行測量。
[0003]但在實(shí)際工程應(yīng)用中，支撐軸力的監(jiān)測往往不能準(zhǔn)確反映支撐實(shí)際的受力狀態(tài)，經(jīng)常發(fā)生支撐體系依然處于正常工作狀態(tài)，而測試的軸力值是設(shè)計(jì)值的2~3倍，有時(shí)甚至更大，使測試數(shù)據(jù)失去了實(shí)際的意義。究其原因，對于鋼筋混凝土支撐的受力情況，可以分為荷載效應(yīng)和非荷載效應(yīng)，主要是監(jiān)測數(shù)據(jù)處理未考慮非荷載效應(yīng)的影響；其中非荷載效應(yīng)包括溫度、濕度、混凝土收縮和徐變等，由于基坑工程一般工期較短、支撐構(gòu)件斷面較小且支撐直接暴露在空氣中，其排水通風(fēng)條件較好，因此目前都是認(rèn)為鋼筋混凝土支撐的非荷載效應(yīng)主要是受溫度的影響，在優(yōu)化軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)，只是考慮溫度帶來的非荷載效應(yīng)。
[0004]首先需要解釋一下鋼筋混凝土支撐溫度效應(yīng)的原理，確定需要修正的軸力值。鋼筋混凝土支撐溫度效應(yīng)原理如下:設(shè)存在長度為“I”的鋼筋混凝土支撐構(gòu)件，只考慮溫度作用效應(yīng)。當(dāng)溫度升高時(shí)，混凝土的應(yīng)變量為A 'Δ ,鋼筋的應(yīng)變量為.LT。其中，分別為混凝土
和鋼筋的線膨脹系數(shù)，一般而言，A >%。然而，由于鋼筋和混凝土之間存在粘結(jié)作用，限制了兩者的自由變形，使兩者之間基本滿足變形協(xié)調(diào)假定。因此，不妨設(shè)整個(gè)鋼筋混凝土構(gòu)件的最終應(yīng)變量為$Δ (?為鋼筋混凝土構(gòu)件的平均線膨脹系數(shù))，顯然
存在如下關(guān)系式:? >?>%，即鋼筋受到的壓應(yīng)變?yōu)?Α而鋼筋應(yīng)力計(jì)是
與主筋焊接在一起的，因此，溫度效應(yīng)對鋼筋應(yīng)力計(jì)產(chǎn)生的壓應(yīng)變?yōu)?A -$.Δ,對應(yīng)的壓力為= (? - α).Δ.(β￡Α￡ + BsAs),其中Ε。、A。分別為混凝土的彈性模量與截面面積；ES、As分別為鋼筋的彈性模量與截面面積。因此，只需將測得的鋼筋混凝土支撐軸力減去溫度效應(yīng)產(chǎn)生的力AF,即可得到較為真實(shí)的支撐軸力。軸力的修正量為:隨=(? -吻.1ST.(EcAc + BSA；),定義溫度效應(yīng)系數(shù)鋼筋的線膨脹系數(shù)較為穩(wěn)定，一般取12.2μ ε/?。由于混凝土在整個(gè)截面中所占的比重較大，《—般近似取混凝土的線膨脹系數(shù)％ , A取值范圍為6~10.4 μ ε /°C，故溫度效應(yīng)系數(shù)#的理想值的區(qū)間為 1.8 ~6.2 μ ε /°C。
[0005]但實(shí)際上，鋼筋與混凝土之間的相互作用較為復(fù)雜，溫度除了直接影響混凝土的脹縮變形外，還影響混凝土的自生體積變形，另外，鋼筋混凝土支撐截面上的溫度場梯度對溫度效應(yīng)系數(shù)也有較大影響，所以前述的溫度效應(yīng)系數(shù)K的計(jì)算方法和取值均不精準(zhǔn)，難以在實(shí)際工程中推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法，該優(yōu)化方法通過獲得精確的溫度效應(yīng)系數(shù)，以精確除去溫度效應(yīng)對鋼筋混凝土支撐軸力的影響，從而獲取客觀真實(shí)的鋼筋混凝土支撐軸力值。
[0007]本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成:
一種鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法，其特征在于所述優(yōu)化方法至少包括如下步驟:
①在工地現(xiàn)場，制作一鋼筋混凝土支撐模型，所述鋼筋混凝土支撐模型的截面面積和配筋與現(xiàn)場實(shí)際的鋼筋混凝土支撐相同；/
②在所述鋼筋混凝土支撐模型的截面上以均勻分布方式布置η個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)，以構(gòu)成η個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，所述鋼筋應(yīng)力計(jì)具備測溫單元；現(xiàn)場實(shí)際的所述鋼筋混凝土支撐中鋼筋應(yīng)力計(jì)的布置方式與所述鋼筋混凝土支撐模型中的鋼筋應(yīng)力計(jì)布置方式相同；
③使所述鋼筋混凝土支撐模型不受任何軸向壓力作用，以一定時(shí)間間隔分別記錄各監(jiān)測點(diǎn)處的應(yīng)變讀數(shù)和溫度讀數(shù)，之后計(jì)算所述鋼筋混凝土支撐模型各監(jiān)測點(diǎn)處的溫度效應(yīng)系數(shù)Kss，單位為μ e/°C ;其中所述溫度效應(yīng)系數(shù)Kss根據(jù)所測的應(yīng)變與溫度數(shù)值，采用直線擬合的方式求得；
④使所述鋼筋混凝土支撐模型受一定已知軸向壓力作用，以一定時(shí)間間隔分別記錄各監(jiān)測點(diǎn)處的應(yīng)變讀數(shù)和溫度讀數(shù)，之后計(jì)算所述鋼筋混凝土支撐模型各監(jiān)測點(diǎn)處的溫度效應(yīng)系數(shù)，單位為μ e/°C ;其中所述溫度效應(yīng)系數(shù)根據(jù)所測的應(yīng)變與溫度數(shù)值，采用直線擬合的方式求得；
⑤按照公式Kn=(Kss+Kas)/2，分別計(jì)算所述鋼筋混凝土支撐模型中各監(jiān)測點(diǎn)處的最終溫度效應(yīng)系數(shù)^^…^單位為μ ε /0C ；
⑥其后，對實(shí)際工程中處于正常工作狀態(tài)下的鋼筋混凝土支撐進(jìn)行軸力監(jiān)測，記錄各所述監(jiān)測點(diǎn)處的鋼筋應(yīng)力計(jì)頻率讀數(shù)匕和溫度讀數(shù)Τ，以所述鋼筋混凝土支撐模型中的最終溫度效應(yīng)系數(shù)1、K2, K3、K^Kn代替所述鋼筋混凝土支撐中的溫度效應(yīng)系數(shù)，按照
公式；(jiIigAr11-(馬為+尾為)，分別計(jì)算各監(jiān)測點(diǎn)處優(yōu)化后的軸力值
L 4 SiJ
N1'' N2\ N3\ iVV....1，單位為 N;
其中，m為鋼筋應(yīng)力計(jì)的率定系數(shù)，單位為N/Hz2 ；
fs為鋼筋應(yīng)力計(jì)的實(shí)測頻率，單位為Hz ；
f0為鋼筋應(yīng)力計(jì)的初始頻率，單位為Hz ；
4'為鋼筋應(yīng)力計(jì)的截面面積，單位為_2 ;
Kn為監(jiān)測點(diǎn)處的溫度效應(yīng)系數(shù),單位為μ ε /°C ；
Δ T1為監(jiān)測點(diǎn)處的溫度變化值，單位為。C ；
Ec為混凝土的彈性模量,單位為MPa ；Ac為混凝土的截面面積，單位為Hl2 ;
Es為鋼筋的彈性模量，單位為MPa ；
As為鋼筋的截面面積，單位為m2 ；




⑦最后，計(jì)算所述鋼筋混凝土支撐的真實(shí)軸力
【權(quán)利要求】
1.一種鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法，其特征在于所述優(yōu)化方法至少包括如下步驟: ①在工地現(xiàn)場，制作一鋼筋混凝土支撐模型，所述鋼筋混凝土支撐模型的截面面積和配筋與現(xiàn)場實(shí)際的鋼筋混凝土支撐相同； ②在所述鋼筋混凝土支撐模型的截面上以均勻分布方式布置η個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)，以構(gòu)成η個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，所述鋼筋應(yīng)力計(jì)具備測溫單元；現(xiàn)場實(shí)際的所述鋼筋混凝土支撐中鋼筋應(yīng)力計(jì)的布置方式與所述鋼筋混凝土支撐模型中的鋼筋應(yīng)力計(jì)布置方式相同； ③使所述鋼筋混凝土支撐模型不受任何軸向壓力作用，以一定時(shí)間間隔分別記錄各監(jiān)測點(diǎn)處的應(yīng)變讀數(shù)和溫度讀數(shù)，之后計(jì)算所述鋼筋混凝土支撐模型各監(jiān)測點(diǎn)處的溫度效應(yīng)系數(shù)Kss，單位為μ e/°C ;其中所述溫度效應(yīng)系數(shù)Kss根據(jù)所測的應(yīng)變與溫度數(shù)值，采用直線擬合的方式求得； ④使所述鋼筋混凝土支撐模型受一定已知軸向壓力作用，以一定時(shí)間間隔分別記錄各監(jiān)測點(diǎn)處的應(yīng)變讀數(shù)和溫度讀數(shù)，之后計(jì)算所述鋼筋混凝土支撐模型各監(jiān)測點(diǎn)處的溫度效應(yīng)系數(shù)，單位為μ e/°C ;其中所述溫度效應(yīng)系數(shù)根據(jù)所測的應(yīng)變與溫度數(shù)值，采用直線擬合的方式求得； ⑤按照公式Kn=(Kss+Kas)/2，分別計(jì)算所述鋼筋混凝土支撐模型中各監(jiān)測點(diǎn)處的最終溫度效應(yīng)系數(shù)^^…^單位為μ ε /0C ； ⑥其后，對實(shí)際工程中處于正常工作狀態(tài)下的鋼筋混凝土支撐進(jìn)行軸力監(jiān)測，記錄各所述監(jiān)測點(diǎn)處的鋼筋應(yīng)力計(jì)頻率讀數(shù)fs和溫度讀數(shù)T，以所述鋼筋混凝土支撐模型中的最終溫度效應(yīng)系數(shù)1、K2, K3, Kf Kn代替所述鋼筋混凝土支撐中的溫度效應(yīng)系數(shù)，按照公式淑=Kn-NT1 ?(尾為+尾4),分別計(jì)算各監(jiān)測點(diǎn)處優(yōu)化后的軸力值N1'' N2'' Nz\ -V4'…施?，單位為 N; 其中，m為鋼筋應(yīng)力計(jì)的率定系數(shù)，單位為N/Hz2 ；
fs為鋼筋應(yīng)力計(jì)的實(shí)測頻率，單位為Hz ；
f0為鋼筋應(yīng)力計(jì)的初始頻率，單位為Hz ；
Λ'為鋼筋應(yīng)力計(jì)的截面面積，單位為_2 ;
Kn為監(jiān)測點(diǎn)處的溫度效應(yīng)系數(shù),單位為μ ε /°C ；
Δ T1為監(jiān)測點(diǎn)處的溫度變化值，單位為。C ；
Ec為混凝土的彈性模量,單位為MPa ；
Ac為混凝土的截面面積，單位為m2 ；
Es為鋼筋的彈性模量，單位為MPa ；
As為鋼筋的截面面積，單位為m2 ； ⑦最后，計(jì)算所述鋼筋混凝土支撐的真實(shí)軸力N=,--'+?!:::!?:,單位為N。



η
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法，其特征在于所述η個(gè)鋼筋應(yīng)力計(jì)分布呈四邊形設(shè)置以構(gòu)成4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，具體是指四個(gè)所述鋼筋應(yīng)力計(jì)分布于所述鋼筋混凝土支撐模型和/或鋼筋混凝土支撐截面的四個(gè)角上以構(gòu)成四邊形；或是指四個(gè)所述鋼筋應(yīng)力計(jì)分布于所述鋼筋混凝土支撐模型和/或鋼筋混凝土支撐截面的四條邊中點(diǎn)處以構(gòu)成四邊形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法，其特征在于所述截面布置于所述鋼筋混凝土支撐模型和/或鋼筋混凝土支撐的1/3長度處。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)的優(yōu)化方法，其特征在于所述鋼筋混凝土支撐模型和/或鋼筋混凝土支撐中各監(jiān)測點(diǎn)處的最終溫度效應(yīng)系數(shù)K1、K2、K3、K4 分別為 8.5 ~ 9.0,7.5 ~8.0,2.0 ~2.5 和 1.5 ~2.0 μ ε /°C。
【文檔編號】G01L1/00GK103575428SQ201310536162
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月1日
【發(fā)明者】戴加?xùn)|, 潘華, 汪大龍, 汪雪峰, 周本辰, 褚偉洪 申請人:上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司