專(zhuān)利名稱(chēng)：利用附著鋼片測(cè)量鋼支撐軸力的測(cè)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(cè)試方法及裝置，尤其是指一種利用附著鋼片測(cè)量鋼支撐軸力的測(cè)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(guò)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(kāi)挖過(guò)程中對(duì)支撐的受力狀態(tài)做出全面、準(zhǔn)確的測(cè)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(cè)》第17章，中國(guó)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(lèi)，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(shì)，廣泛應(yīng)用于地鐵、隧道和其他類(lèi)型的深基坑工程中。鋼支撐的設(shè)計(jì)一般將其簡(jiǎn)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(cè)方法和安全性評(píng)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(cè)手冊(cè)》(中國(guó)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(shū)第五章第六節(jié)《支撐軸力測(cè)試》中，作者指出一般用軸力計(jì)和表面應(yīng)變計(jì)可以測(cè)量鋼支撐的軸力。二者之間的差異在于，在測(cè)量過(guò)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(cè)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(wú)法測(cè)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(wèn)題。但應(yīng)變計(jì)和鋼筋計(jì)都是復(fù)雜脆弱的傳感器，長(zhǎng)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(cè)點(diǎn)放置一個(gè)價(jià)值不菲的傳感器，監(jiān)測(cè)成本很高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)每根支撐都設(shè)置測(cè)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(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?00720071364. 4，發(fā)明名稱(chēng)鋼支撐軸力計(jì)支座，該專(zhuān)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(guò)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(cè)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(cè)量方式，避免了截面削弱，但是是沒(méi)有從根本上改進(jìn)測(cè)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(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提出了一種利用附著鋼片測(cè)量鋼支撐軸力的測(cè)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(chē)/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(wú)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(guò)程中承受軸向壓力，測(cè)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(shù)/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(guò)上述方法，在鋼支撐上安裝附著鋼片，在鋼支撐使用過(guò)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(guò)測(cè)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(zhǎng)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(duì)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(guò)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(duì)應(yīng)的頻率；
b.保持張緊拉力不變，對(duì)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(guò)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(chē)*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(guò)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(cè)量鋼支撐軸力的附著鋼片裝置，包括兩安裝臺(tái)，所述安裝臺(tái)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(tái)之間。本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)還在于，所述安裝臺(tái)包括一基座，所述基座內(nèi)側(cè)通過(guò)一錨固件連接所述附著鋼片的端部，且所述錨固件通過(guò)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(zhǎng)度方向的兩端分別設(shè)有一鉆孔，所述附著鋼片通過(guò)一穿過(guò)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(cè)量所有鋼支撐軸力的要求；(2)附著鋼片裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，且不會(huì)造成截面削弱，適合在基坑內(nèi)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；(3)測(cè)試方法操作簡(jiǎn)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(cè)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(cè)量鋼支撐軸力的附著鋼片裝置安裝臺(tái)的部分剖面放大示意圖。圖3為本發(fā)明利用附著鋼片測(cè)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(cè)量鋼支撐軸力的測(cè)試方法的流程圖。圖5為本發(fā)明利用附著鋼片測(cè)量鋼支撐軸力的測(cè)試方法及裝置的一種實(shí)施例的測(cè)量軸力值與實(shí)際加載軸力值的對(duì)比曲線圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明利用附著鋼片測(cè)量鋼支撐軸力的測(cè)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(tái)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(zhǎng)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(duì)稱(chēng)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(tái)2基座10的底座102沿鋼支撐3的中心對(duì)稱(chēng)焊接于鋼支撐3上，再將附著鋼片50的兩端在兩安裝臺(tái)2錨固件30凹槽301的開(kāi)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(duì)齊的方式，分別通過(guò)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(guò)連接孔302與鉆孔501，將附著鋼片50固定于兩安裝臺(tái)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(cè)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(chēng)，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(jiàn)圖4所示，本發(fā)明利用附著鋼片測(cè)量鋼支撐軸力的測(cè)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(chǎng)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(zhǎng)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(guò)調(diào)節(jié)基座10外側(cè)的螺母40來(lái)改變錨固件30相對(duì)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(cè)試加速度傳感計(jì)，質(zhì)量不宜過(guò)大，一般控制在IOOg以?xún)?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(cè)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(chēng)，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(guò)調(diào)節(jié)張緊裝置，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鋼片施加一張緊拉力，采用常規(guī)測(cè)力手段可隨時(shí)測(cè)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(cè)量并記錄下標(biāo)準(zhǔn)鋼片對(duì)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(duì)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(cè)力手段可隨時(shí)測(cè)量該軸心壓力的大小激振標(biāo)準(zhǔn)鋼片，測(cè)量并記錄下標(biāo)準(zhǔn)鋼片對(duì)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(duì)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(duì)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(cè)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(chē)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(cè)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(wú)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(duì)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(cè)試，但僅進(jìn)行最優(yōu)張緊狀態(tài)的測(cè)試，如果所測(cè)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(guò)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(chǎng)，鋼支撐安裝使用之前，處于無(wú)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(guò)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(chēng)，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(lái)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(guò)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(guò)程中承受軸向壓力，測(cè)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(shù)/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(guò)程中，當(dāng)需要測(cè)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(cè)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(cè)試結(jié)果，可以通過(guò)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(cè)試方法及測(cè)試裝置之可靠性，在上海市某地鐵站基坑施工現(xiàn)場(chǎng)完成了現(xiàn)場(chǎng)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(cè)試方法步驟如下
第一步，本實(shí)施例中，鋼支撐3長(zhǎng)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(hào)不銹鋼，全長(zhǎng)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(duì)稱(chēng)布置； 錨固件30凹槽301厚度為3mm ；螺桿20長(zhǎng)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(duì)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(cè)試，得到計(jì)算系數(shù)t =0.0534\10_6，與先'值相差不超過(guò)士5%，說(shuō)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(wú)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(guò)標(biāo)定的千斤頂分別對(duì)鋼支撐3加載 50t、100t、150t和200t的軸心壓力，測(cè)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(jí)加載壓力下的測(cè)量軸力值，繪制本實(shí)施例的鋼支撐3測(cè)量軸力值和實(shí)際加載軸力值的對(duì)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(cè)量軸力值的曲線，可以看出測(cè)量軸力值與實(shí)際加載軸力值十分接近，說(shuō)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(cè)量使用，解決了之前測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用中所存在的問(wèn)題。
權(quán)利要求
1.一種利用附著鋼片測(cè)量鋼支撐軸力的測(cè)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(wú)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(guò)程中承受軸向壓力，測(cè)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(zhǎng)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(duì)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(guò)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(duì)應(yīng)的頻率；b.保持張緊拉力不變，對(duì)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(guò)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(chē)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(guò)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(cè)量鋼支撐軸力的附著鋼片裝置，其特征在于包括兩安裝臺(tái)，所述安裝臺(tái)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(tái)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(tái)包括一基座，所述基座內(nèi)側(cè)通過(guò)一錨固件連接所述附著鋼片的端部，且所述錨固件通過(guò)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(zhǎng)度方向的兩端分別設(shè)有一鉆孔，所述附著鋼片通過(guò)一穿過(guò)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(cè)量鋼支撐軸力的測(cè)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(wú)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(guò)程中承受軸向壓力，測(cè)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(hào)G01B21/32GK102175354SQ20101061142
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海隧道工程股份有限公司