本發(fā)明涉及一種水工建筑物的安全鑒定方法，具體涉及一種U型薄殼渡槽槽身安全檢測及評價(jià)方法。

背景技術(shù)：

過水渡槽在運(yùn)行一定年數(shù)后能否繼續(xù)滿足運(yùn)行要求，需要進(jìn)行安全評價(jià)，以便為維修加固或拆除重建提供依據(jù)。渡槽安全評價(jià)最關(guān)鍵部分是對槽身的安全評價(jià)，對于U型薄殼渡槽的槽身，傳統(tǒng)的強(qiáng)度檢測方法，如鉆孔取芯或回彈法等均無法實(shí)施，因此目前對薄殼渡槽槽身的安全評價(jià)主要是采用相鄰構(gòu)件的強(qiáng)度檢測值或槽身原設(shè)計(jì)強(qiáng)度值進(jìn)行理論復(fù)核計(jì)算，但該方法有如下缺點(diǎn)或不足：(1)傳統(tǒng)的強(qiáng)度檢測僅是對局部點(diǎn)、局部位置的檢測，無法反映槽身整體的強(qiáng)度特性，同時(shí)槽身的薄弱部位往往未能檢測到；(2)由于不同構(gòu)件在鋼筋直徑、保護(hù)層厚度及運(yùn)行條件等方面的差異，采用相鄰構(gòu)件的強(qiáng)度檢測指標(biāo)進(jìn)行槽身安全性復(fù)核誤差較大；(3)槽身經(jīng)過長期的運(yùn)行，強(qiáng)度明顯下降，采用原設(shè)計(jì)強(qiáng)度進(jìn)行復(fù)核計(jì)算不符合工程實(shí)際；(4)理論計(jì)算僅是針對典型斷面進(jìn)行的計(jì)算，無法考慮槽身的三維空間效應(yīng)；(5)理論復(fù)核計(jì)算成果與實(shí)際受力情況可能存在較大差異，計(jì)算成果不能真實(shí)反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際安全性態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中渡槽常用安全評價(jià)方法的不足，提供一種可靠的U型薄殼渡槽槽身安全檢測及評價(jià)方法。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

一種U型薄殼渡槽槽身安全檢測及評價(jià)方法，包括以下步驟：

(1)應(yīng)變計(jì)安裝：取1跨渡槽槽身，縱向上沿渡槽的槽殼底部每隔一定距離l安裝1支應(yīng)變計(jì)，l取值越小，觀測精度越高，實(shí)際工作中一般取1/20槽身跨度≤l≤1/10槽身跨度為宜；橫向上沿渡槽的跨中圓弧段槽殼底部每隔一定間距s安裝1支應(yīng)變計(jì)，s取值越小，觀測精度越高，實(shí)際工作中一般每隔30°圓心角對應(yīng)的圓弧長安裝1支應(yīng)變計(jì)，渡槽的跨中豎直段一般安裝2支應(yīng)變計(jì)，其中1支應(yīng)變計(jì)安裝于圓弧段與豎直段相交位置，另1支應(yīng)變計(jì)安裝于渡槽的槽殼與邊梁相交處；在渡槽的拉桿中部安裝1支應(yīng)變計(jì)，所有應(yīng)變計(jì)均通過電纜穿引至自動化采集裝置中，采集裝置與電腦終端相連，實(shí)現(xiàn)自動化采集。

(2)位移測點(diǎn)安裝：在渡槽的槽殼內(nèi)壁底部跨中、1/4跨及跨端固定沉降標(biāo)點(diǎn)各1個(gè)，在渡槽的槽身跨中、1/4跨及跨端邊梁上固定棱鏡各1個(gè)。

(3)讀取初始值：通過電腦終端讀取所有應(yīng)變計(jì)初始值，同時(shí)利用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺讀取各沉降標(biāo)點(diǎn)垂直位移初始值，利用全站儀讀取各棱鏡位置水平位移初始值。

(4)注水試驗(yàn)：向槽內(nèi)注水，在水深每增加一定高度h(h取值越小，觀測精度越高，但數(shù)據(jù)量也越大，實(shí)際工作中取值范圍一般為：1/20槽身高度≤h≤1/10槽身高度)，分別讀取應(yīng)變計(jì)測值及各測點(diǎn)垂直及水平位移，直至水注滿槽，滿槽后連續(xù)讀取測值，至各項(xiàng)測值穩(wěn)定。

(5)排水試驗(yàn)：給渡槽排水，在水深每降低一定高度h(h取值與注水試驗(yàn)相同，h取值越小，觀測精度越高，但數(shù)據(jù)量也越大，實(shí)際工作中取值范圍一般為：1/20槽身高度≤h≤1/10槽身高度)，分別讀取應(yīng)變計(jì)測值及各測點(diǎn)垂直和水平位移，直至槽內(nèi)無水，無水后連續(xù)讀取測值，至各項(xiàng)測值穩(wěn)定，試驗(yàn)完畢。

(6)實(shí)測值計(jì)算：根據(jù)各測點(diǎn)初始值及后期觀測值，計(jì)算各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變及位移。

以振弦式應(yīng)變計(jì)為例，應(yīng)變計(jì)算公式為：ε＝k(F-F₀)

式中：k—應(yīng)變計(jì)的測量靈敏度，10^-6；

F—應(yīng)變計(jì)測量值，F(xiàn)；

F₀—應(yīng)變計(jì)初始值，F(xiàn)；

以水準(zhǔn)觀測法為例，垂直位移計(jì)算公式為：y＝H₀-H

式中：y—測點(diǎn)垂直位移，m；

H₀—測點(diǎn)初始高程，m；

F₀—變形后測點(diǎn)高程，m；

以小角度觀測法為例，水平位移計(jì)算公式為：

式中：l—水平位移，mm；

s—全站儀至觀測點(diǎn)的水平距離，m；

α₀—觀測點(diǎn)至全站儀與遠(yuǎn)處相對不動點(diǎn)組成的視準(zhǔn)線的初始夾角，″；

α—變形后觀測點(diǎn)至全站儀與遠(yuǎn)處相對不動點(diǎn)組成的視準(zhǔn)線的夾角，″；

—角度換算偏移量的系數(shù)。

(6)有限元計(jì)算：建立1跨渡槽的槽身三維有限元計(jì)算模型，本構(gòu)模型取線彈性模型，材料參數(shù)取設(shè)計(jì)彈性模量和泊松比，分別計(jì)算設(shè)計(jì)水深及滿槽水深工況下渡槽的槽身應(yīng)變及位移。

(7)槽身安全評價(jià)：根據(jù)各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變或位移值與有限元計(jì)算值的偏離情況，即偏離系數(shù)μ來評價(jià)渡槽的承載能力及安全性。μ計(jì)算公式如下：

μ計(jì)算公式如下：

式中：A_t—試驗(yàn)荷載作用下各監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)測應(yīng)變或位移；

A_c—試驗(yàn)荷載作用下各監(jiān)測點(diǎn)的計(jì)算應(yīng)變或位移。

當(dāng)μ＝1時(shí)，說明有限元分析計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果相一致，槽身能滿足設(shè)計(jì)要求；

當(dāng)μ>1時(shí)，說明槽身結(jié)構(gòu)目前的工作狀況和受力性能不是很理想，與設(shè)計(jì)有一定差距，槽身結(jié)構(gòu)的承載能力不能達(dá)到要求，同時(shí)槽身的運(yùn)行處于不安全狀況，應(yīng)該采取有效措施對槽身進(jìn)行維修或者加固處理；

當(dāng)μ＜1時(shí)，說明槽身目前的工作狀況和受力性能很理想，槽身承載能力也能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有足夠大的安全系數(shù)，槽身處于安全狀態(tài)。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)通過渡槽注水及排水試驗(yàn)?zāi)苷鎸?shí)反映整個(gè)槽身在注、排水過程中的變形遞增、遞減規(guī)律以及在排水完成后的殘余變形量，直觀反映槽身的工作性態(tài)。

(2)三維有限元計(jì)算可以計(jì)算不同水位工況下，槽身不同部位的應(yīng)變及位移，與傳統(tǒng)理論計(jì)算相比，計(jì)算精度高，成果可靠，同時(shí)可以考慮槽身的三維空間效應(yīng)。

(3)偏離系數(shù)能真實(shí)反映現(xiàn)狀槽身的承載能力與設(shè)計(jì)要求的偏離程度，使槽身安全評價(jià)成果更為科學(xué)、合理。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的操作流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的沿槽身縱向儀器布置示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的沿槽身橫向儀器布置示意圖。

圖中：1-應(yīng)變計(jì)；2-槽身；21-槽殼；22-拉桿；23-邊梁；3-沉降標(biāo)點(diǎn)；4-棱鏡。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明一種U型薄殼渡槽槽身安全檢測及評價(jià)方法，包括以下步驟：

(1)縱向上沿渡槽的槽殼21底部每隔一定距離l安裝1支應(yīng)變計(jì)1，l取值越小，觀測精度越高，實(shí)際工作中一般取1/20槽身2跨度≤l≤1/10槽身2跨度為宜；橫向上沿渡槽的跨中圓弧段槽殼21底部每隔間距s安裝1支應(yīng)變計(jì)1，s取值越小，觀測精度越高，實(shí)際工作中一般為每隔30°圓心角對應(yīng)的圓弧長安裝1支應(yīng)變計(jì)1，渡槽的跨中豎直段一般安裝2支應(yīng)變計(jì)1，其中1支應(yīng)變計(jì)1安裝于圓弧段與豎直段相交位置，另1支應(yīng)變計(jì)1安裝于渡槽的槽殼21與邊梁23相交處；在渡槽的拉桿22中部安裝1支應(yīng)變計(jì)1，所有應(yīng)變計(jì)1均通過電纜穿引至自動化采集裝置中，采集裝置與電腦終端相連，實(shí)現(xiàn)自動化采集。

(2)在渡槽的渡殼21內(nèi)壁底部跨中、1/4跨及跨端固定沉降標(biāo)點(diǎn)3各1個(gè)，在渡槽的槽身2跨中、1/4跨及跨端邊梁23上固定棱鏡4各1個(gè)。

(3)通過電腦終端讀取所有應(yīng)變計(jì)1初始值，同時(shí)利用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺讀取各沉降標(biāo)點(diǎn)垂直位移初始值，利用全站儀讀取棱鏡位置水平位移初始值。

(4)向槽內(nèi)注水，在水深每增加一定高度h(h取值越小，觀測精度越高，但數(shù)據(jù)量也越大，實(shí)際工作中取值范圍一般為：1/20槽身2高度≤h≤1/10槽身2高度)，分別讀取應(yīng)變計(jì)1測值及各測點(diǎn)垂直及水平位移，直至水注滿槽，滿槽后連續(xù)讀取測值，至各項(xiàng)測值穩(wěn)定。

(5)給渡槽排水，在水深每降一定高度時(shí)h(h取值與注水試驗(yàn)相同，h取值越小，觀測精度越高，但數(shù)據(jù)量也越大，實(shí)際工作中取值范圍一般為：1/20槽身2高度≤h≤1/10槽身2高度)，分別讀取應(yīng)變計(jì)1測值及各測點(diǎn)垂直和水平位移測值，直至槽內(nèi)無水，無水后連續(xù)讀取測值，至各項(xiàng)測值穩(wěn)定，試驗(yàn)完畢。

(6)根據(jù)各測點(diǎn)初始值及后期觀測值，計(jì)算各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變及位移。

以振弦式應(yīng)變計(jì)為例，應(yīng)變計(jì)算公式為：ε＝k(F-F₀)

式中：k—應(yīng)變計(jì)的測量靈敏度，10^-6；

F—應(yīng)變計(jì)測量值，F(xiàn)；

F₀—應(yīng)變計(jì)初始值，F(xiàn)；

以水準(zhǔn)觀測法為例，垂直位移計(jì)算公式為：y＝H₀-H

式中：y—測點(diǎn)撓度值，m；

H₀—測點(diǎn)初始高程，m；

F₀—變形后測點(diǎn)高程，m；

以小角度觀測法為例，水平位移計(jì)算公式為：

式中：l—水平位移量，mm；

s—全站儀至觀測點(diǎn)的水平距離，m；

α₀—觀測點(diǎn)至全站儀與遠(yuǎn)處相對不動點(diǎn)組成的視準(zhǔn)線的初始夾角，″；

α—變形后觀測點(diǎn)至全站儀與遠(yuǎn)處相對不動點(diǎn)組成的視準(zhǔn)線的夾角，″；

—角度換算偏移量的系數(shù)。

(6)建立1跨渡槽的槽身2三維有限元計(jì)算模型，本構(gòu)模型取線彈性模型，材料參數(shù)取設(shè)計(jì)彈性模量和泊松比，分別計(jì)算設(shè)計(jì)水深及滿槽水深工況下渡槽的槽身2應(yīng)變及位移。

(7)根據(jù)各測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變或位移值與有限元計(jì)算值的偏離情況，即偏離系數(shù)μ來評價(jià)渡槽的承載能力及安全性。μ計(jì)算公式如下：

式中：A_t—試驗(yàn)荷載作用下各監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)測應(yīng)變或位移；

A_c—試驗(yàn)荷載作用下各監(jiān)測點(diǎn)的計(jì)算應(yīng)變或位移。

當(dāng)μ＝1時(shí)，說明有限元分析計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果相一致，槽身(2)能滿足設(shè)計(jì)要求；當(dāng)μ>1時(shí)，說明槽身(2)結(jié)構(gòu)目前的工作狀況和受力性能不是很理想，與設(shè)計(jì)有一定差距，槽身(2)結(jié)構(gòu)的承載能力不能達(dá)到要求，同時(shí)槽身(2)的運(yùn)行處于不安全狀況，應(yīng)該采取有效措施對槽身(2)進(jìn)行維修或者加固處理；當(dāng)μ＜1時(shí)，說明槽身(2)目前的工作狀況和受力性能很理想，槽身(2)承載能力也能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求，具有足夠大的安全系數(shù)，槽身(2)處于安全狀態(tài)。

上述實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。