一種鋼管混凝土拱架耦合性能檢測及評價方法與檢測結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及地下工程領域，具體的說，是涉及一種鋼管混凝土拱架耦合性能檢測及評價方法與檢測結構。
【背景技術】
[0002]隨著煤炭開采向千米深部發展，受深部、高應力、復雜地質構造等特殊條件的影響，巷道支護用U型鋼支架由于強度不夠，常常出現屈服、斷裂的現象，導致巷道大變形、破壞、冒頂等現象十分常見。
[0003]鋼管混凝土拱架這種新結構形式的出現，使鋼材的抗彎能力和混凝土的抗壓能力充分發揮，較好地解決了地下硐室工程支護體系所要求的用省料、安裝重量輕、施工簡單、承載能力大等諸多問題。
[0004]鋼管混凝土拱架由于其特殊的結構組成和施工工藝，在實際工程中很難避免缺陷，進而在不同程度上削弱構建的整體性和力學性能，這將直接影響到鋼管混凝土拱架的安全性和可靠性。
[0005]目前，約束混凝土技術在地下工程中的應用還處于起步階段，尤其是關于鋼管混凝土的鋼混耦合性能以及其影響因素的研宄較少。
[0006]因此，如何設計一種方法與檢測結構，能夠檢測鋼管混凝土拱架鋼混耦合性能，并能夠評價工程質量，避免災難性事故的發生，對提高以后工程的質量有著重大的意義。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種鋼管混凝土拱架耦合性能檢測及評價方法與檢測結構。本發明所提供的檢測及其評價方法，能夠檢測出拱架內部核心混凝土損傷演化情況，并能夠評價鋼管混凝土拱架鋼混耦合性能。
[0008]為了達成上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0009]一種鋼管混凝土拱架耦合性能檢測及評價方法，包括如下步驟:
[0010]步驟一:開挖隧道，錨噴施工，完成鋼管混凝土拱架安裝；
[0011]步驟二:對拱架外部鋼管的變形數值進行監測，得到一定時間變形穩定后鋼管混凝土拱架外部鋼管應變值ε X，繪制鋼管混凝土拱架外部鋼管在受圍巖壓力應變過程的“應變值-時間”曲線圖；
[0012]步驟三:接收鋼管混凝土拱架內部核心混凝土損傷產生的聲發射信號；
[0013]步驟四:將步驟三中接收的鋼管混凝土內部核心混凝土損傷產生的聲發射信號進行參數提取，得到能量、振鈴計數、持續時間和幅值特征參數；
[0014]步驟五:選用步驟四中提取出的振鈴計數和累計振鈴計數對鋼管混凝土拱架內部核心混凝土的損傷特性進行描述，歸一化得損傷量，得到一定時間變形穩定后鋼管混凝土拱架內部核心混凝土損傷量δχ’并繪制鋼管混凝土拱架核心混凝土損傷演化過程的“損傷量-時間”曲線圖，根據鋼管混凝土拱架內部混凝土損傷演化曲線劃分分段損傷曲線；
[0015]步驟六:綜合分析上述步驟所得結果，對比鋼管混凝土拱架鋼管的損傷情況和鋼管混凝土內部填充的核心混凝土損傷情況，計算鋼管混凝土拱架鋼混耦合系數Kf，并評估鋼管混凝土拱架的鋼混耦合性能。
[0016]優選的，其特征在于，步驟二中，在鋼管混凝土拱架上設置應變片，并安裝位移傳感器，并完成應變片和位移傳感器與應變裝置的連線，通過應變片對拱架外部鋼管的變形數值進行監測。
[0017]優選的，步驟二中所述的設置應變片的方法為:在應變片的背面滴上速干膠，并將膠刮平，準確的在應變片粘貼位置粘上正面應變片和反面應變片，在應變片上蓋一層聚乙烯薄膜，沿應變片軸線方向用手指滾壓，排凈氣泡并擠出多余的速干膠，待速干膠自然干燥后，揭掉聚乙烯薄膜。
[0018]優選的，步驟二中所述的應變裝置連線的方法為:將應變片的引線焊到接線端子的一端，把數據連接線焊到接線端子的另一端，連接好端子后，對應變片進行電阻測試，確保測試的阻值與應變片的標定阻值一樣，并在應變片上涂抹絕緣膠作為防護；然后將應變片、位移傳感器與動態電阻應變儀的橋盒連接。
[0019]優選的，步驟五中所述的分段損傷曲線包括:混凝土輕度損傷階段、混凝土中度損傷階段和混凝土嚴重損傷階段。
[0020]優選的，計算的鋼管混凝土拱架鋼混耦合系數Kf作為評價鋼管混凝土拱架鋼混耦合性能的標準為
[0021]ε χ/ ε ο = (Kf+1) δ χ/ δ ο ；
[0022]上述公式中，
[0023]ε χ以測量得到的一定時間鋼管混凝土拱架變形穩定后鋼管混凝土拱架外部鋼管應變值代入計算，
[0024]ε ο以同類型鋼管達到屈服應變時鋼管應變值代入計算，
[0025]δ χ以一定時間鋼管混凝土拱架變形穩定后鋼管混凝土拱架內部核心混凝土損傷量代入計算，
[0026]δ ο以同類型混凝土達到嚴重損傷時的損傷量代入計算；
[0027]優選的，當I Kf I的值越小，說明鋼管混凝土拱架鋼混耦合性能越好。
[0028]優選的，在步驟三中，將聲發射傳感器貼在安裝好的鋼管混凝土拱架上，并利用耦合劑使聲發射傳感器與鋼管混凝土拱架接觸良好；然后接收鋼管混凝土拱架內部核心混凝土損傷產生的聲發射信號。
[0029]優選的，步驟三中所述應變片分別設置于的左拱腿、右拱腿、左拱弦和右拱弦位置上。
[0030]同時，本發明還提供了一種鋼管混凝土拱架鋼混耦合性能檢測結構，包括左拱腿，所述左拱腿依次與左拱弦、右拱弦和右拱腿相連接并填充混凝土構成鋼混拱架，所述鋼混拱架的左拱腿、右拱腿、左拱弦和右拱弦位置分別設置有應變片，任一應變片均與同一應變裝置相連通。
[0031]本發明的有益效果是:整體簡便易行，在工程實施的過程中易于實現，通過計算鋼管混凝土的鋼混耦合系數Kf，可以直觀地評價鋼管混凝土的鋼混耦合性能，從而可以為同類型地下硐室工程提供施工經驗，提高工程的安全性和可靠性。
【附圖說明】
[0032]圖1是本發明鋼管混凝土拱架耦合性能檢測及評價方法與檢測結構的流程示意圖；
[0033]圖2是本發明步驟三應變片在拱架上粘貼位置圖。
[0034]其中:1、右拱腿，2、左拱腿，3、右拱弦，4、左拱弦，5、應變片。
【具體實施方式】
[0035]下面將結合附圖對本方案進行詳細說明。
[0036]實施例1:如圖1和圖2所示，一種鋼管混凝土拱架耦合性能檢測及評價方法，包括如下步驟:
[0037]步驟一:開挖隧道，采取措施封閉隧道掌子面，安裝臨時支護，然后掛設鋼筋網、施打普通錨桿，并初噴混凝土，施打注漿錨桿與注漿錨索，并進行注漿，架設鋼管混凝土拱架，并施打鎖棚錨桿；施做底拱后，施打下一階段超前支護，完成鋼管混凝土拱架安裝；
[0038]步驟二:在相鄰鋼管混凝土拱架對立側面靠近洞內邊緣處焊接有“L”形縱向梁連接基座，基座開孔為橢圓形，并與縱向梁連接處開孔保持一致，縱向梁與基座之間通過螺栓連接，掛設鋼筋網并鋪設高強韌性防滲漏膜后，補打縱向梁錨桿，并進行方剛約束混凝土拱架壁后填充，完成鋼管混凝土拱架高強支護體系的安裝；
[0039]步驟三:在鋼管混凝土拱架的左拱腿、右拱腿、左拱弦和右拱弦位置分別設置應變片，并安裝位移傳感器，并完成應變片和位移傳感器與應變裝置的連線，通過應變片對拱架外部鋼管的變形數值進行監測，得到一定時間變形穩定后鋼管混凝土拱架外部鋼管應變值ε X，繪制鋼管混凝土拱架外部鋼管在受圍巖壓力應變過程的“應變值-時間”曲線圖；
[0040]步驟四:將聲發射傳感器貼在安裝好的鋼管混凝土拱架上，并利用耦合劑使聲發射傳感器與鋼管混凝土拱架接觸良好；
[0041]步驟五:使聲發射傳感器接收鋼管混凝土拱架內部核心混凝土損傷產生的聲發射信號;
[0042]步驟六:將步驟五中接收的鋼管混凝土內部核心混凝土損傷產生的聲發射信號進行參數提取，得到能量、振鈴計數、持續時間和幅值(又稱幅度)特征參數；
[0043]步驟七:選用步驟六中提取出的振鈴計數和累計振鈴計數對鋼管混凝土拱架內部核心混凝土的損傷特性進行描述，歸一化得損傷量，得到一定時間變形穩定后鋼管混凝土拱架內部核心混凝土損傷量δχ’并繪制鋼管混凝土拱架核心混凝土損傷演化過程的“損傷量-時間”曲線圖，根據鋼管混凝土拱架內部混凝土損傷演化曲線劃分分段損傷曲線；
[0044]步驟八:綜合分析上述步驟所得結果，對比鋼管混凝土拱架鋼管的損傷情況