[发明专利]基于分步钻环的混凝土桥梁单轴原位存量应力检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应力检测方法，尤其是涉及一种基于分步钻环的混凝土桥梁单轴原位存量应力检测方法，属于混凝土桥梁检测领域。

背景技术

桥梁混凝土结构服役年限长，在预应力损失、车辆荷载和环境效应的综合影响下，实际受力状态复杂，难以准确计算，真实的原位应力数据对桥梁状态与可靠度评估均有重要意义。

目前，国内外已有学者研究过类似方法。Trautner和McGinnis等结合在混凝土表面分步钻环与数字图像相关技术，对混凝土梁的原位存量应力进行了检测。但该方法测量对象为环附近位移场，其量级极小，实际应用难度较大。此外，整套检测设备造价较高，难以广泛应用。Parivallal等采用了单步钻环，并在环附近混凝土表面粘贴应变计的方法。但该方法一次钻环仅能得到一个有效识别结果，识别精度难以保证。李新凯等采用外径为100mm的释放环，在试验室条件下对混凝土板进行了加载与不加载两种工况的钻入试验，得到的应变时程曲线表明混凝土残余应力的存在，但并没有提出有效的定量识别方法。杨勇与王柏生等还对平行槽式释放区域进行了研究，结果表现出良好的精度，但是释放区域较大结构损伤代价较高，且切割过程扰动不易控制，实际操作难度较大。

因此，需要提供一种对混凝土结构操作较小、费用低廉、方便快捷的检测方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于分步钻环的混凝土桥梁单轴原位存量应力检测方法，适用于既有的以单轴受力为主的桥梁混凝土构件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于分步钻环的混凝土桥梁单轴原位存量应力检测方法，包括以下步骤：

(1)将4个应变计均匀布置在混凝土桥梁表面应力释放环外侧，应变计的长轴均沿单轴受力方向，其中两个应变计沿应力释放环轴向方向对称设置在应力释放环两侧，用来测量应力释放环轴向释放的应变，另外两个应变计沿应力释放环切向方向对称设置在应力释放环两侧，用来测量应力释放环切向释放的应变；

(2)利用钻机在混凝土桥梁表面分步切割应力释放环，应力释放环的外径为30毫米至50毫米，第一步钻环深度为15毫米，接着以5毫米为步长逐步垂直向下钻应力释放环；

(3)每一步钻环完成后，静置一段时间，然后采用静态应变采集仪采集应变计的应变数据，直至整个应力释放环每个分步钻环结束；

(4)对每个应变计针对每一个分步钻环深度下检测到的应变结果，按照公式计算得到单计单步检测的原位存量应力，式中，σ_ij表示单计单步检测的原位存量应力，j表示各个应变计的编号，i表示对应力释放环钻入分步的编号，ε_ij为应变计编号j在第i钻入分步深度下检测得到的释放应变，k_ij为对应变计编号j在第i钻入分步深度下的轴向标定系数或切向标定系数，E为弹性模量；

(5)按照公式通过对4个应变计在各分步钻环下得到的独立检测值进行平均处理，计算得到原位存量应力最终检测值σ，式中N为实际操作中对应力释放环的钻入步数，N为整数，其取值范围为2至8。

当混凝土桥梁实际条件受到限制时，应力释放环最少分步钻环步数不少于2步，最小钻入深度不小于20毫米；每个钻入分步结束后，应收回钻头，使钻机停钻，等应变数据采集结束后，再继续下一个分步，应力释放环最大钻入深度为50毫米。

整个应力释放环钻入过程中，伴随水冷却；钻机的钻头钻入方向必须保持与混凝土桥梁表面垂直，呈90°夹角，实际操作中最大累积偏差角度不能超过5°。

与现有技术相比，本发明具有以下特点及优势：

1、根据实际检测中采用的释放环尺寸(外径、壁厚、深度、分步)，可以通过程序计算得到对应的标定系数k_ij，具有较强的针对性。

2、借助分步钻环、标定系数k_ij以及特定的应变计配置方式，一个释放环即可以到多个独立检测结果(根据分步步数不同，共有8-64个独立检测结果)，大大增加了检测数据的样本，有效提高了检测精度。

3、本检测方法过程清晰明了，设备成熟可靠，操作简单可行。

本方法适用性说明：

1、本方法适用于桥梁混凝土结构应力分布基本均匀的区域，而对于结构局部形状有突变、开裂、植筋或螺栓孔等区域不适用。

2、本发明的方法除了可以在桥梁混凝土结构上使用以外，还可以使用于建筑、隧道等的部分具有单轴受力特点的混凝土结构。

附图说明