一种约束混凝土拱架钢混耦合特性评价方法技术

本发明专利技术公开了一种约束混凝土拱架钢混耦合特性评价方法，在用于约束混凝土的钢管短柱的外部和内部分别粘贴应变片；将应变片与数据采集卡，所述的数据采集卡与数据处理及显示装置相连；对每一节钢管短柱灌注混凝土，然后将各个浇筑混凝土后的钢管短柱架设成约束混凝土拱架；读取约束混凝土拱架的与内部核心混凝土相对应位置的应变片的数值，定量分析内部混凝土变形特征；读取约束混凝土拱架外贴的应变片的数值，定量分析约束混凝土拱架的钢管外部变形受力情况；综合核心混凝土受力特征以及约束混凝土拱架的钢管外部的应力应变特征，得到约束混凝土拱架变形耦合系数，确定钢管与混凝土的变形耦合特性，从而评价约束混凝土的受力变形破坏情况。

【技术实现步骤摘要】
一种约束混凝土拱架钢混耦合特性评价方法
本专利技术涉及一种约束混凝土拱架钢混耦合特性评价方法。
技术介绍
随着我国基础设施建设的不断发展，地下工程的建设越来越得到重视，然而地下工程建设中面临着高应力，软岩等许多的支护难题，传统的支护方式已经很难满足不断变化的复杂环境，而约束混凝土拱架支护因其既具有钢材的高强、延性等优点，又具有混凝土抗压，造价低等优点，正逐渐在地下工程支护中扮演着越来越重要的角色。然而，到目前为止，国内外对于约束混凝土的理论研究尚不完善，现场约束混凝土拱架支护参数设计仍主要以经验为主，缺乏完善的设计思路以及拱架支护效果的系统评价方法。因此，设计一种评价方法来检测约束混凝土拱架的钢混耦合特性，对于了解整个约束混凝土拱架支护系统的受力情况，对于为以后现场拱架的设计提供参考具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，本专利技术提出了一种可以评价约束混凝土拱架钢混耦合特性的方法，该方法能够判断约束混凝土拱架中外部钢管和内部核心混凝土的受力情况，从而为下一步的拱架支护参数的修改提供参考。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种约束混凝土拱架钢混耦合特性评价方法，包括如下步骤：步骤一：在用于约束混凝土的钢管短柱的外部粘贴应变片，内部粘贴应变砖，在所述的应变砖上也粘贴有应变片；内部应变片用于检测钢管短柱内部核心混凝土的应变，外部应变片检测钢管短柱的应变；将所述的应变片以及应变砖与数据采集卡相连，所述的数据采集卡与数据处理及显示装置相连；步骤二：对每一节钢管短柱灌注混凝土，然后将各个浇筑混凝土后的钢管短柱架设成约束混凝土拱架；步骤三：读取约束混凝土拱架内部贴附于钢管内壁的应变片的数值，定量分析内部混凝土变形特征；步骤四：读取约束混凝土拱架外贴的应变片的数值，定量分析约束混凝土拱架的钢管外部变形受力情况；步骤五：综合核心混凝土受力特征以及约束混凝土拱架的钢管外部的应力应变特征，得到约束混凝土拱架变形耦合系数K，确定钢管与混凝土的变形耦合特性，从而评价约束混凝土的受力变形破坏情况。优选的，步骤一中，在约束混凝土钢管短柱上进行定点，利用气割割下钢管短柱的一块圆钢片，在圆钢片内侧粘贴应变砖，在圆钢片外部于相同位置处粘贴应变片；并将内侧应变砖上的应变片连接线通过扎丝捆绑在一起，通过在圆钢片靠近边缘处开孔引出线束；然后将圆钢片焊接到原切割位置。优选的，上述所述的定点即选取各个短柱在搭设成拱架后的拱顶、左拱肩、右拱肩、左拱腰、右拱腰或其他待测位置处进行定点测量。优选的，在靠近所述的应变砖的3个相邻表面的3个法线交点处粘贴内部应变片。优选的，所述的应变砖为一个方形结构，其采用与灌注核心混凝土相同的材料进行配制。优选的，步骤一中，粘贴应变片时，首先在应变片背面抹上速干胶，将其紧密粘贴在钢管短柱和应变砖上，焊接测线，并在应变片及测线焊接处再粘上一层速干胶，作为对应变片和测线的保护。优选的，在气割下的圆钢片上粘贴应变砖时，首先使用粘结剂在应变砖表面充分涂抹，然后将应变砖按压在圆钢片表面，确保混凝土与圆钢片的充分接触，并用粘结剂将整个应变砖涂满。优选的，步骤三中，核心混凝土变形特征的评价方法为：通过应变砖上的数据，得到核心混凝土的径向应变εcd，切向应变εct及轴向应变εca。优选的，步骤四中，外部钢管变形特征的评价方法为：通过粘贴在钢管外部的应变片，得到钢管的径向应变εsd，切向应变εst及轴向应变εsa。优选的，步骤五中，约束混凝土耦合系数K由径向变形耦合性能，切向变形耦合性能及轴向变形耦合性能确定，其中，径向耦合特性的确定方法为：切向耦合特性的确定方法为：轴向耦合特性的确定方法为：钢混耦合特性的确定方法为：K＝a·Kd+b·Kt+c·Ka；其中：a+b+c＝1。上述公式中：a为径向耦合权重系数，b为切向耦合权重系数，c为轴向耦合权重系数，εd为径向耦合参考值，εt为切向耦合参考值，εs为轴向耦合参考值。进一步地，K数值越小，说明钢混耦合特性更好，受力性能更好。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出一适用于约束混凝土钢混耦合性能评价的指标以及相应的指标评价参数获取方法，该指标及方法简单易得，在实际工程中有很大可行性。该专利技术可以定量评价约束混凝土的钢混耦合特性，从而指导设计方案的变更，提高工程建设的经济性和安全性。附图说明图1为本专利技术评价流程图；图2为本专利技术钢管短柱的示意图；图3为本专利技术应变砖的示意图；图中，1、应变片；2、应变砖；3、钢片开孔；4、钢管短柱。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1：一种约束混凝土拱架钢混耦合特性评价方法，如下：步骤一：在用于约束混凝土的钢管短柱的外部粘贴应变片，内部粘贴应变砖；所述的内部应变砖用于检测钢管短柱内部核心混凝土的应变，外部应变片检测钢管短柱的应变；将所述的应变片以及应变砖与数据采集卡，所述的数据采集卡与数据处理及显示装置相连；步骤二：对每一节钢管短柱灌注混凝土，然后将各个浇筑混凝土后的钢管短柱架设成约束混凝土拱架；步骤三：读取约束混凝土拱架内部贴附于钢管内壁的应变砖的数值，定量分析内部混凝土变形特征；步骤四：读取约束混凝土拱架外贴的应变片的数值，定量分析约束混凝土拱架的钢管外部变形受力情况；步骤五：综合核心混凝土受力特征以及约束混凝土拱架的钢管外部的应力应变特征，得到约束混凝土拱架变形耦合系数K，确定钢管与混凝土的变形耦合特性，从而评价约束混凝土的受力变形破坏情况。其中，应变片1是粘贴在位于约束混凝土拱架的拱顶、拱肩、拱腰位置处的钢管短柱上，利用气割在粘有应变片1位置处割下圆钢片，在圆钢片内侧粘贴带有应变片的应变砖2，并将内侧应变砖2的应变片连接线通过扎丝捆绑在一起，通过在圆钢片靠近边缘处开孔3引出线束。为防止因整体拼接后灌注导致的强大压力对核心混凝土处应变砖2的破坏，本专利技术采用提前灌注再进行拼接的方法。首先，在粘贴有内外应变片1的约束混凝土短柱底部焊接钢片，随后从另一开口对约束混凝土短柱进行灌注，灌注完成后在另一开口处同样焊接钢片将整个约束混凝土短柱封堵住，随后采用套管连接的形式将约束混凝土钢管短柱4拼接成约束混凝土拱架。上述约束混凝土拱架拼接完成后，连接应变片1与应变装置的连接线，通过应变片对约束混凝土拱架外部钢管的变形数值以及内部核心混凝土的变形数值进行监测，得到一段时间变形稳定后约束混凝土拱架外部钢管的径向应变εsd，切向应变εst，轴向应变εsa以及内部核心混凝土的径向应变εcd，切向应变εct及轴向应变εca。综合分析上述步骤所得结果，对比约束混凝土拱架外部钢管的变形情况以及内部核心混凝土应变砖的受力情况，计算约束混凝土拱架钢混耦合系数K，并评估约束混凝土拱架的钢混耦合性能。用于检测内部核心混凝土应变的应变片粘贴在靠近所述的应变砖的3个相邻表面的3个法线交点处粘贴应变片。粘贴应变片的方法为，首先在应变片1背面抹上速干胶，将其紧密粘贴在钢管和应变砖2上，焊接测线，并在应变片及测线焊接处再抹上一层速干胶，作为对应变片和测线的保护。所述的粘贴应变砖的方法为，在气割下的圆钢上粘贴应变砖时，首先使用粘结剂在混凝土表面充分涂抹，然后将应变砖按压在钢管表面，确保混凝土与钢管的充分接触，并用粘结剂将整个应变砖涂满。中计算的约束混凝土拱架钢混耦合系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种约束混凝土拱架钢混耦合特性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在用于约束混凝土的钢管短柱的外部粘贴应变片，内部粘贴应变砖，在所述的应变砖上也粘贴有应变片；内部应变片用于检测钢管短柱内部核心混凝土的应变，外部应变片检测钢管短柱的应变；将所述的应变片以及应变砖与数据采集卡相连，所述的数据采集卡与数据处理及显示装置相连；步骤二：对每一节钢管短柱灌注混凝土，然后将各个浇筑混凝土后的钢管短柱架设成约束混凝土拱架；步骤三：读取约束混凝土拱架内部贴附于钢管内壁的应变片的数值，定量分析内部混凝土变形特征；步骤四：读取约束混凝土拱架外贴的应变片的数值，定量分析约束混凝土拱架的钢管外部变形受力情况；步骤五：综合核心混凝土受力特征以及约束混凝土拱架的钢管外部的应力应变特征，得到约束混凝土拱架变形耦合系数K，确定钢管与混凝土的变形耦合特性，从而评价约束混凝土的受力变形破坏情况。

【技术特征摘要】
1.一种约束混凝土拱架钢混耦合特性评价方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：在用于约束混凝土的钢管短柱的外部粘贴应变片，内部粘贴应变砖，在所述的应变砖上也粘贴有应变片；内部应变片用于检测钢管短柱内部核心混凝土的应变，外部应变片检测钢管短柱的应变；将所述的应变片以及应变砖与数据采集卡相连，所述的数据采集卡与数据处理及显示装置相连；步骤二：对每一节钢管短柱灌注混凝土，然后将各个浇筑混凝土后的钢管短柱架设成约束混凝土拱架；步骤三：读取约束混凝土拱架内部贴附于钢管内壁的应变片的数值，定量分析内部混凝土变形特征；步骤四：读取约束混凝土拱架外贴的应变片的数值，定量分析约束混凝土拱架的钢管外部变形受力情况；步骤五：综合核心混凝土受力特征以及约束混凝土拱架的钢管外部的应力应变特征，得到约束混凝土拱架变形耦合系数K，确定钢管与混凝土的变形耦合特性，从而评价约束混凝土的受力变形破坏情况。2.如权利要求1所述的约束混凝土拱架钢混耦合特性评价方法，其特征在于，步骤1中，在约束混凝土的钢管短柱上进行定点，利用气割割下钢管短柱的一块圆钢片，在圆钢片内侧粘贴应变砖，在圆钢片外部于相同位置处粘贴应变片；并将内侧应变片连接线通过扎丝捆绑在一起，通过在圆钢片靠近边缘处开孔引出线束；然后将圆钢片焊接到原切割位置。3.如权利要求2所述的约束混凝土拱架钢混耦合特性评价方法，其特征在于，所述的定点即选取各个短柱在搭设成拱架后的拱顶、左拱肩、右拱肩、左拱腰、右拱腰位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，许英东，潘锐，江贝，王琦，秦乾，于恒昌，孙会彬，鹿伟，栾英成，
申请(专利权)人：山东大学，济南大学，
类型：发明
国别省市：山东,37