一种新型支护桩曲率与弯矩监测方法技术

本发明专利技术公开了一种新型支护桩曲率与弯矩监测方法，涉及工程测量技术领域，该监测方法针对目前支护桩桩身弯矩监测不准的问题，本发明专利技术结合了钢筋计和测斜监测数据，通过钢筋计和测斜数据共同计算桩身曲率，克服了钢筋计仅能求得较少截面弯矩的缺陷以及解决了测斜数据计算弯矩时采用方法和拟合公式的不确定性的问题，并采用Matlab软件，结合钢筋和混凝土的本构关系，计算出桩身曲率与弯矩的对应关系，再通过桩身曲率找到对应的桩身弯矩，监测方法高效且得到的数据精准度高。高效且得到的数据精准度高。高效且得到的数据精准度高。

【技术实现步骤摘要】
一种新型支护桩曲率与弯矩监测方法


[0001]本专利技术涉及工程测量
，具体是一种新型支护桩曲率与弯矩监测方法。

技术介绍

[0002]支护桩常见于基坑及边坡支护、滑坡治理等工程，用于承载水平方向的土压力或滑坡推力。在基坑监测中，目前主要通过测斜仪监测支护桩的侧向变形，主要考虑支护桩变形对周边环境的影响。对支护桩本身的弯矩监测的较少，然而，根据近几年的基坑工程事故分析报告，累计位移最大处与桩身弯矩最大处可能并不一致。如2012年发生的基坑垮塌事故，支护桩在桩顶以下10m处折断，引发冠梁破坏和基坑局部坍塌，而断桩处水平位移监测值并非最大值。因此，基坑监测中不仅需监测支护桩的侧向变形，也应监测支护桩的桩身弯矩。
[0003]目前支护桩桩身弯矩监测的方法主要有两种：
[0004]①
采用钢筋计监测：
[0005]具体的做法是在支护桩内部安装钢筋计，钢筋计沿桩长每间隔3m就在截面上安装一对钢筋计，钢筋计对称安装于支护桩边缘的两根主筋上，两个钢筋计的连线垂直于基坑边，钢筋计安装方式示意图如下图1。
[0006]通过两个钢筋计测得的数据和桩身基础参数计算桩身弯矩，具体的计算公式如下：
[0007][0008][0009]M—桩身弯矩；
[0010]I
c
—截面中性轴惯性矩；
[0011]σ
W
—桩外侧钢筋应力计读数；
[0012]σ
N
—桩内测钢筋应力计读数；
[0013]n—钢筋与混凝土弹模之比；
[0014]d
s
—同一截面位置两钢筋应力计之间距离；
[0015]A
g
—主筋截面积；
[0016]r—桩身半径；
[0017]该公式的本质是通过截面一对钢筋计的测量结果先计算出两个钢筋计的应力，然后计算桩身曲率，最后再通过桩身曲率跟弯矩的关系计算桩身弯矩；但是，通过钢筋计计算桩身弯矩的方法存在两个缺点：一是由于受到钢筋计安装方式的影响，测量最小间距是3m，所以导致能得到的弯矩数据很少，仅能得到布置了钢筋计截面的弯矩；二是受现场施工等因素的影响，实际上钢筋计存活率很低，这样能获得的数据就更少。
[0018]②
采用测斜数据进行计算：
[0019]测斜的原理是在支护桩内埋测斜管，然后通过测斜仪对支护桩侧向变形进行监测，测试时，测斜仪在测斜管内是一段段往上拉，每移动0.5m停一次，记录一次数据，其中测斜仪通过内置的伺服加速度式或电阻应变片式元件测出倾斜角，然后根据导轨间距计算出某段位移偏移量Lsinθ，测斜仪安装及原理如下图2所示；
[0020]测斜管深度范围内建筑物的水平位移可以累计得到：
[0021][0022]L
‑‑
测斜仪导轮间距，一般为0.5m；
[0023]δ
i
‑‑
第i段测斜管的倾斜值；
[0024]θ
i
‑‑
第i段测斜管的倾斜角度。
[0025]关于采用测斜数据计算桩身弯矩已经有了比较多的研究，主要方法分为正算与反算两种。正算采用三点圆法，根据测斜计算某点以及上下相邻点三个数据，计算该点曲率，进而根据曲率与弯矩关系求支护桩或地下连续墙弯矩。但此种方法无法计算端点处弯矩，且对测斜数据完整性要求较高。在反算法中，主要方法为最小二乘法和样条曲线法，但无论是正算法还是反算法，过程都是先计算桩身曲率，然后通过公式计算桩身弯矩，公式将支护桩看做弹性体，但混凝土在荷载偏大时即进入弹塑性阶段，根据上述公式计算的结果与实值有着较大的偏差。

技术实现思路

[0026]本专利技术的目的在于提供一种新型支护桩曲率与弯矩监测方法，以解决
技术介绍
中的问题，通过钢筋计和测斜数据共同计算桩身曲率，同时，在根据桩身弯矩的过程中，先通过Mat lab软件建立曲率和弯矩的对应关系，计算桩身弯矩。
[0027]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0028]一种新型支护桩曲率与弯矩监测方法，包括以下步骤：
[0029]步骤一：将需要埋设钢筋计的两根主筋先挑出，每间隔3m在主筋上安装钢筋计，然后再将两根主筋与钢筋笼共同绑扎；
[0030]步骤二：将测斜管绑扎在钢筋笼上，按照监测周期定期进行监测，得到单根桩单次的侧向变形测量结果为a
i
，i＝1、2、3、
……
、n；
[0031]步骤三：采用最小二乘法，根据步骤二所获得的侧向变形测量结果，对侧向变形数据进行重新拟合，根据土压力随深度可能的变化情况，选取5次、6次和7次多项式分别进行拟合，得到三条测斜拟合曲线以及计算出三条测斜拟合曲线相应深度的曲率；
[0032]步骤四：根据钢筋计的测量结果，计算对应位置的桩身曲率；
[0033]步骤五：分别计算三条测斜拟合曲线相应深度的曲率与桩身曲率的差值的平方和；
[0034]步骤六：根据步骤五的计算结果，得到桩身各处的桩身曲率，然后通过数学软件matlab编程，计算得到圆柱形钢筋混凝土梁的弯矩－曲率曲线。
[0035]在上述技术方案的基础上，本专利技术还提供以下可选技术方案：
[0036]在一种可选方案中：所述步骤二中每隔0.5m都会有一个测量变形测量结果。
[0037]在一种可选方案中：步骤三中，5次多项式的斜率拟合曲线为y＝b0x0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x4+b5x5；
[0038]6次多项式的测斜拟合曲线为y＝c0x0+c1x1+c2x2+c3x3+c4x4+c5x5+c6x6；
[0039]7次多项式的测斜拟合曲线为y＝d0x0+d1x1+d2x2+d3x3+d4x4+d5x5+d6x6+d7x7；
[0040]对三条测斜拟合曲线进行二次求导，得到公式：
[0041]y＝2b2+6b3x1+12b4x2+20b5x3；
[0042]y＝2c2+6c3x1+12c4x2+20c5x3+30c6x4；
[0043]y＝2d2+6d3x1+12d4x2+20d5x3+30d6x4+42d7x5；
[0044]将对应深度值x代入以上公式得到三种不同次数测斜拟合曲线相应深度的曲率。
[0045]在一种可选方案中：步骤四中：
[0046]桩身曲率计算公式如下：
[0047][0048]式中：
[0049]k1、k2－－受拉、受压钢筋的标定系数；
[0050]f
拉n
、f
拉0
－－受拉钢筋的当次、初始监测频率；
[0051]f
压n
、f
压0
－－受压钢筋的当次、初始监测频率；
[0052]E
s
－－钢筋弹性模量；
[0053]h0－－受拉和受压钢筋的距离。
[0054]在一种可选方案中：在所述步骤三中，5次、6次、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型支护桩曲率与弯矩监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将需要埋设钢筋计的两根主筋先挑出，每间隔3m在主筋上安装钢筋计，然后再将两根主筋与钢筋笼共同绑扎；步骤二：将测斜管绑扎在钢筋笼上，按照监测周期定期进行监测，得到单根桩单次的侧向变形测量结果为ai，i＝1、2、3、
……
、n；步骤三：采用最小二乘法，根据步骤二所获得的侧向变形测量结果，对侧向变形数据进行重新拟合，根据土压力随深度可能的变化情况，选取5次、6次和7次多项式分别进行拟合，得到三条测斜拟合曲线以及计算出三条测斜拟合曲线相应深度的曲率；步骤四：根据钢筋计的测量结果，计算对应位置的桩身曲率；步骤五：分别计算三条测斜拟合曲线相应深度的曲率与桩身曲率的差值的平方和；步骤六：根据步骤五的计算结果，得到桩身各处的桩身曲率，然后通过数学软件matlab编程，计算得到圆柱形钢筋混凝土梁的弯矩
‑
曲率曲线。2.根据权利要求1所述的新型支护桩曲率与弯矩监测方法，其特征在于，所述步骤二中每隔0.5m都会有一个测量变形测量结果。3.根据权利要求1所述的新型支护桩曲率与弯矩监测方法，其特征在于，步骤三中，5次多项式的斜率拟合曲线为y＝b0x0+b1x1+b2x2+b3x3+b4x4+b5x5；6次多项式的测斜拟合曲线为y＝c0x0+c1x1+c2x2+c3x3+c4x4+c5x5+c6x6；7次多项式的测斜拟合曲线为y＝d0x0+d1x1+d2x2+d3x3+d4x4+d5x5+d6x6+d7x7；对三条测斜拟合曲线进行二次求导，得到公式：y＝2b2+6b3x1+12b4x2+20b5x3；y＝2c2+6c3x1+12c4x2+20c5x3+30c6x4；y＝2d2+6d3x1+12d4x2+20d5x3+30d6x4+42d7x5；将对应深度值x代入以上公式得到三种不同次数测斜拟合曲线相应深度的曲率。4.根据权利要求1所述的新型支护桩曲率与弯矩监测方法，其特征在于，步骤四中：桩身曲率计算公式如下：式中：k1、k2‑‑
受拉、受压钢筋的标定系数；f
拉n
、f<...

【专利技术属性】
技术研发人员：何钦，陈大江，刘志峰，张记峰，丘北刘，史文博，潘福松，周聪，吴桐，林悦铭，杨海华，杨静怡，梅昀，杨勇，黄育纯，吉受麒，余娜娜，陈柏宇，
申请(专利权)人：广东省建设工程质量安全检测总站有限公司，
类型：发明
国别省市：