一種鋼支撐軸力測(cè)試裝置及其測(cè)試方法與流程

本發(fā)明涉及地下工程鋼支撐軸力測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種基坑工程或其他地下工程施工的鋼支撐軸力測(cè)試裝置及其測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

如所周知，鋼支撐安裝和拆除便捷、可重復(fù)性使用，且通過(guò)千斤頂施加軸力及時(shí)提供支撐力，被廣泛應(yīng)用于地下工程特別是基坑工程。鋼支撐軸力測(cè)試是及時(shí)反映支撐軸力、基坑工程受力和變形的有效手段。隨著基坑工程開(kāi)挖深度越來(lái)越大，鋼支撐受力越來(lái)越大，由于目前基坑工程常用的軸力計(jì)截面尺寸小，應(yīng)力集中，這種軸力測(cè)試裝置和測(cè)試方法已不能滿足工程需要，且容易出現(xiàn)鋼支撐端頭板或基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)擋板變形扭曲，對(duì)支撐穩(wěn)定造成不利。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺失和不足，提出一種鋼支撐軸力測(cè)試裝置及其測(cè)試方法。從技術(shù)角度創(chuàng)新性提出鋼支撐軸力計(jì)應(yīng)力分散布置，解決鋼支撐構(gòu)件集中受力而造成的屈服變形和失穩(wěn)。

一種鋼支撐軸力測(cè)試裝置，由鋼支撐連接板及與其固定連接的軸力計(jì)支座、軸力計(jì)、箱體及墻體加強(qiáng)板構(gòu)成。

其中，所述鋼支撐連接板為一塊完整的圓形鋼板，以鋼支撐連接板中心為均勻、對(duì)稱(chēng)設(shè)置不少于3個(gè)軸力計(jì)及支座，其與鋼支撐連接板作焊接固定；鋼支撐連接板與鋼支撐經(jīng)螺栓連接。

所述箱體由四塊鋼板組成，與鋼支撐連接板作焊接固定；箱體正前方設(shè)置線纜孔，底部設(shè)置排水孔。箱體頂部蓋板可開(kāi)、閉。

所述軸力計(jì)支座上安裝有同類(lèi)型同規(guī)格的軸力計(jì)，與墻體或圍檁加強(qiáng)板緊密接觸。

本發(fā)明鋼支撐軸力測(cè)試裝置安裝在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體或地下結(jié)構(gòu)墻體的牛腿支架上。

一種鋼支撐軸力測(cè)試裝置的測(cè)試方法，由如下步驟：

步驟a.對(duì)每個(gè)軸力計(jì)進(jìn)行標(biāo)定和初始測(cè)試，獲得各個(gè)軸力計(jì)的標(biāo)定系數(shù)k和初始頻率f0；

步驟b.將軸力計(jì)從箱體頂部放入軸力計(jì)支座中固定，軸力計(jì)測(cè)線從線纜孔引出；

步驟c.將測(cè)試裝置與鋼支撐連接，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝；

步驟d.在鋼支撐受力狀態(tài)下，讀取各個(gè)軸力計(jì)的測(cè)試頻率f；

步驟e.按下式計(jì)算各個(gè)軸力計(jì)的測(cè)試軸力

其中，f——軸力計(jì)測(cè)試軸力；

f——軸力計(jì)測(cè)試頻率；

f0——軸力計(jì)初始頻率；

k——軸力計(jì)標(biāo)定系數(shù)。

各個(gè)軸力計(jì)的測(cè)試軸力之和為本發(fā)明裝置測(cè)試的鋼支撐軸力。

步驟f.鋼支撐彎矩與偏心距計(jì)算。

如上所述，本發(fā)明提供一種鋼支撐軸力和彎矩測(cè)試裝置和方法，用于建筑工程、市政工程或交通建設(shè)工程領(lǐng)域。本方法能測(cè)試鋼支撐的軸力、彎矩和偏心距，有利于鋼支撐的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定驗(yàn)算。本發(fā)明鋼支撐軸力測(cè)試裝置安裝和拆除便捷、可重復(fù)使用，可廣泛應(yīng)用于基坑工程和其它地下工程。從技術(shù)角度創(chuàng)新性提出鋼支撐軸力計(jì)均勻、對(duì)稱(chēng)分散布置，解決鋼支撐軸力計(jì)部位集中受力而造成的屈服變形、以及軸力計(jì)剛度小而造成支撐失穩(wěn)問(wèn)題。同時(shí)，彎矩測(cè)試實(shí)現(xiàn)鋼支撐整體受力穩(wěn)定性核算，提高鋼支撐的使用效益。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種鋼支撐軸力測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施案例三個(gè)軸力計(jì)支座布置示意圖；

圖3為本發(fā)明測(cè)試方法流程圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施案例示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施案例計(jì)算案例示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述

一種鋼支撐軸力測(cè)試裝置(如附圖1所示)，由鋼支撐連接板1、軸力計(jì)2、箱體3及墻體加強(qiáng)板4構(gòu)成。

其中，所述鋼支撐連接板1為一塊完整的圓形鋼板，以鋼支撐連接板1中心為對(duì)稱(chēng)中心均勻設(shè)置至少三個(gè)軸力計(jì)支座21，其與鋼支撐連接板1作焊接固定；鋼支撐連接板1與鋼支撐經(jīng)螺栓8連接。

所述箱體3由四塊鋼板組成與鋼支撐連接板1作焊接固定；箱體3正前方設(shè)置線纜孔31，底部設(shè)置排水孔32，可開(kāi)閉的頂部蓋板33。

所述軸力計(jì)支座21上固定軸力計(jì)2，與墻體圍檁加強(qiáng)板4接觸。

其中，所述箱體3長(zhǎng)度比軸力計(jì)2長(zhǎng)度短20mm～50mm；所述排水孔32直徑為50mm；所述軸力計(jì)2直徑50mm～200mm，其邊緣與鋼支撐連接板1邊凈距不少于50mm(如附圖2所示)。

本發(fā)明一種鋼支撐軸力測(cè)試裝置的測(cè)試方法(如附圖3所示)，由如下步驟：

步驟a.對(duì)每個(gè)軸力計(jì)2進(jìn)行標(biāo)定和初始測(cè)試，獲得各個(gè)軸力計(jì)21的標(biāo)定系數(shù)k和初始頻率f0；

步驟b.打開(kāi)箱體頂部蓋板33，將軸力計(jì)2放入軸力計(jì)支座21中固定，軸力計(jì)2測(cè)線從線纜孔31引出，關(guān)閉箱體頂部蓋板33；

步驟c.將測(cè)試裝置與鋼支撐連接，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝；

步驟d.在鋼支撐受力狀態(tài)下，讀取各個(gè)軸力計(jì)2的測(cè)試頻率f；

步驟e.按下式計(jì)算單個(gè)軸力計(jì)2的測(cè)試軸力

其中，f——軸力計(jì)測(cè)試軸力；

f——軸力計(jì)測(cè)試頻率；

f0——軸力計(jì)初始頻率；

k——軸力計(jì)標(biāo)定系數(shù)。

其中，本發(fā)明裝置測(cè)試的鋼支撐軸力計(jì)算如下：

n——鋼支撐軸力值；

fi——第i個(gè)軸力計(jì)測(cè)試軸力；

n——鋼支撐測(cè)試斷面軸力計(jì)總數(shù)；

步驟f.鋼支撐彎矩與偏心距計(jì)算

其中，鋼支撐彎矩和偏心距計(jì)算通用公式：

軸力計(jì)承受壓力作用，設(shè)第i個(gè)軸力計(jì)的計(jì)算軸力為fi，軸力計(jì)位置與斷面重心o的坐標(biāo)為xi,yi(如附圖4所示)，則測(cè)試裝置所測(cè)的彎矩為：

鋼支撐的軸力偏心距為：

從而，

基于同類(lèi)型同規(guī)格三個(gè)軸力計(jì)均勻、對(duì)稱(chēng)組成的測(cè)試裝置，其鋼支撐測(cè)試彎矩m和偏心距e的計(jì)算方法如下；

鋼支撐軸力計(jì)分布斷面：x軸為鋼支撐橫斷面重心的水平軸，y軸為鋼支撐橫斷面重心的豎直軸；若第一軸力計(jì)2-1與x軸的距離為y1，第二軸力計(jì)2-2和第三軸力計(jì)2-3與x軸的距離分別為y2、y3；第一軸力計(jì)2-1、第二軸力計(jì)2-2和第三軸力計(jì)2-3與y軸的距離分別為x1、x2和x3；第一軸力計(jì)2-1、第二軸力計(jì)2-2和第三軸力計(jì)2-3的測(cè)試軸力分別為f1、f2和f3；

其中，彎矩值計(jì)算

x1＝0

x2＝x3＝0.866y1

y2＝y(tǒng)3＝0.5y1

由上述彎矩計(jì)算通用公式，根據(jù)第一軸力計(jì)2-1、第二軸力計(jì)2-2和第三軸力計(jì)2-3的測(cè)試軸力，

x軸的彎矩值計(jì)算如下：

mx＝f1·y1-(f2+f3)·y2＝[f1-0.5(f2+f3)]·y1

y軸的彎矩值計(jì)算如下：

my＝(f2-f3)·x2＝0.866(f2-f3)·y1

斷面的總彎矩計(jì)算值為：

其中，偏心距計(jì)算

由上述偏心距計(jì)算通用公式，根據(jù)鋼支撐的彎矩mx、my和m，鋼支撐軸力n的偏心距計(jì)算值為

其中，軸力測(cè)試裝置的剛度計(jì)算：

軸力計(jì)受力面為圓形，若單個(gè)軸力計(jì)的主軸慣性矩為i0，截面抵抗矩為w0，回轉(zhuǎn)半徑為i0，受壓面積a0，單個(gè)軸力計(jì)受力面直徑為d

i0＝0.049d⁴

w0＝0.098d³

i0＝0.25d

a0＝0.785d²

三個(gè)軸力計(jì)2組成的軸力測(cè)試裝置的x軸和y軸慣性矩i、截面抵抗矩w、回轉(zhuǎn)半徑i和受壓面積a分別為：

a＝3a0＝2.355d²。

測(cè)試裝置適用于直徑為609mm、800mm及以上的鋼支撐，或其他型式鋼支撐。根據(jù)所選軸力計(jì)的量程，鋼支撐軸力測(cè)試范圍500kn～5000kn。

軸力計(jì)直徑50mm～200mm，類(lèi)型和規(guī)格相同，數(shù)量在3個(gè)或3個(gè)以上，以鋼支撐斷面重心為中心均勻、對(duì)稱(chēng)布置；軸力計(jì)邊與鋼支撐端頭板邊凈距不少于50mm。

與單個(gè)軸力計(jì)相比，本發(fā)明由三個(gè)軸力計(jì)組成的鋼支撐軸力測(cè)試裝置的剛度和受壓面積有如下關(guān)系

a/a0＝3

以直徑為800mm鋼支撐由3個(gè)軸力計(jì)組成的軸力測(cè)試裝置為例。鋼支撐連接板1為尺寸為900mm直徑的圓板，由3個(gè)軸力計(jì)(軸力計(jì)2-1、2-2、2-3)組成，軸力計(jì)位置(如附圖5所示)，y1＝325mm，單個(gè)軸力計(jì)直徑為d＝150mm。

軸力計(jì)采用振弦式反力計(jì)。軸力計(jì)2-1、2-2、2-3出廠提供的參數(shù)如下：

標(biāo)定系數(shù)：k1＝2.03×10^-3kn/hz²，f0,1＝1875hz

k2＝2.05×10^-3kn/hz²，f0,1＝1874hz

k3＝2.00×10^-3kn/hz²，f0,1＝1863hz

現(xiàn)場(chǎng)鋼支撐這軸力測(cè)試裝置安裝完成，并施加鋼支撐預(yù)加力后，測(cè)試每個(gè)軸力計(jì)的頻率值，分別為：

f1＝2013hz，f2＝1975hz，f3＝1988hz

則鋼支撐的軸力測(cè)試值為：

鋼支撐重點(diǎn)軸力測(cè)試值為：

n＝f1+f2+f3＝2849kn

mx＝67.925kn·m，my＝46.729kn·m

m＝82.44kn·m

e＝0.0289m＝28.9mm

單個(gè)軸力計(jì)的受壓面積和慣性矩為

a0＝0.01767m²

i0＝2.485×10^-5m⁴

本發(fā)明測(cè)試裝置的受壓面積和慣性矩為

a＝0.05301m²

i＝2.875×10^-3m⁴

對(duì)于本發(fā)明的測(cè)試裝置，軸力計(jì)接觸面的承壓板(鋼支撐連接板和墻體加強(qiáng)板)所承受的應(yīng)力σ

若僅以一個(gè)軸力計(jì)對(duì)該鋼支撐進(jìn)行測(cè)試，則

在偏心軸力作用下產(chǎn)生彎矩，當(dāng)僅有一個(gè)軸力計(jì)測(cè)試軸力時(shí)，軸力計(jì)與承壓板發(fā)生局部屈服破壞(對(duì)ⅱ級(jí)型鋼，其屈服強(qiáng)度f(wàn)y＝335mpa)和脫空現(xiàn)象(出現(xiàn)了拉應(yīng)力)，導(dǎo)致鋼支撐失穩(wěn)。而對(duì)于由3個(gè)軸力計(jì)組成的本發(fā)明測(cè)試裝置，承壓板和軸力計(jì)受力合理，確保鋼支撐穩(wěn)定。

綜上所述，本發(fā)明提出的至少由三個(gè)軸力計(jì)組成的測(cè)試裝置與一般鋼支撐單個(gè)軸力計(jì)測(cè)試相比：

首先，鋼支撐端面板和墻體端加強(qiáng)鋼板的軸力受壓面積增加了2倍，可以承受的軸力是單個(gè)軸力計(jì)的3倍。

其次，若軸力計(jì)的直徑d＝150mm，對(duì)于直徑609mm和800mm的鋼支撐，本發(fā)明的軸力測(cè)試裝置的x軸和y軸慣性矩是單個(gè)軸力計(jì)慣性矩的35.7～83.7倍；回轉(zhuǎn)半徑是單個(gè)軸力計(jì)回轉(zhuǎn)半徑的3.45～5.28倍。

再次，鋼支撐屬于典型的壓桿受力構(gòu)件，鋼支撐受到的彎矩或偏心荷載作用容易引起支撐失穩(wěn)，是基坑工程控制的重點(diǎn)。

本發(fā)明裝置和測(cè)試方法可以得到鋼支撐的軸力、彎矩和偏心距，能及時(shí)反映支撐軸力、基坑工程受力和變形情況。有利于控制鋼支撐失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。本方法能測(cè)試鋼支撐的軸力、彎矩和偏心距，有利于鋼支撐的整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定。本發(fā)明裝置的鋼支撐安裝和拆除便捷、可重復(fù)性使用，可被廣泛應(yīng)用于地下工程特別是基坑工程，為建筑工程、市政工程或交通建設(shè)工程領(lǐng)域提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)。