一种公路装配式波纹结构稳定性评价方法

申请号 CN202111601642.3 申请日 2021-12-24 公开(公告)号 CN114279840A 公开(公告)日 2022-04-05
申请人 安徽省交通控股集团有限公司; 安徽建筑大学; 发明人 黄志福; 何金武; 程桦; 刘洋; 刘德胜; 王少强; 林丹丹; 龚明炜; 王元熙; 汪风华; 徐宏林; 吕韶全; 杨语翔;
摘要 本 申请 提供了一种公路装配式波纹 钢 结构 稳定性 评价方法,该方法包括:获取波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据;其中,预设时期至少包括:第一时期、第二时期和第三时期中的一个或多个,第一时期表征波纹钢结构填土前的时间段,第二时期表征波纹钢结构填土后的时间段,第三时期表征波纹钢结构的运营时间段;根据监测数据,确定波纹钢结构的稳定性评价因子,以对波纹钢结构进行稳定性评价。通过获取波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据,由多个波纹钢结构稳定性评价因子计算得到波纹钢结构稳定性评价指标,可以在现场有效的测试不同时期波纹钢结构稳定性的变化,分析波纹钢结构的稳定程度,使得对波纹钢结构稳定性评价更加全面。
权利要求

1.一种公路装配式波纹结构稳定性评价方法,其特征在于,包括:
获取所述波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据;其中,所述预设时期至少包括:
第一时期、第二时期和第三时期中的一个或多个,所述第一时期表征所述波纹钢结构填土前的时间段,所述第二时期表征所述波纹钢结构填土后的时间段,所述第三时期表征所述波纹钢结构的运营时间段;
根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的稳定性评价因子,以对所述波纹钢结构进行稳定性评价。
2.根据权利要求1所述的公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法,其特征在于,所述获取所述波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据包括:
确定所述波纹钢结构的多个不同监测断面;
在每个所述监测断面处设置多个不同的监测点,以获取所述波纹钢结构在多个不同预设时期的所述监测数据。
3.根据权利要求2所述的公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法,其特征在于,所述确定所述波纹钢结构的多个不同监测断面,包括:
根据所述波纹钢结构的长度,沿所述波纹钢的轴向确定布设位置;以所述布设位置的断面作为所述监测断面;
其中,所述布设位置至少包括:所述波纹钢的长度的1/4处、所述波纹钢的长度的1/2处和所述波纹钢的长度的3/4处一个或多个。
4.根据权利要求2所述的公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法,其特征在于,所述在每个所述监测断面处设置多个不同的监测点,以获取所述波纹钢结构在多个不同预设时期的所述监测数据,包括:
在所述监测断面的预设部位设置所述多个不同的监测点,以获取所述波纹钢结构在所述多个不同时期的所述监测数据;
所述预设部位至少包括:所述监测断面的拱顶、所述监测断面的左拱肩、所述监测断面的右拱肩、所述监测断面的左拱腰、所述监测断面的右拱腰、所述监测断面的左起拱点、所述监测断面的右起拱点一个或多个。
5.根据权利要求1所述的公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法,其特征在于,所述根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的稳定性评价因子,以对所述波纹钢及结构进行稳定性评价,包括:
根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的评价因子;
根据所述评价因子,基于预设的稳定性评价模型,确定所述波纹钢结构的稳定性评价指标,以对所述波纹钢结构进行稳定性评价。
6.根据权利要求5所述的公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法,其特征在于,所述根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的评价因子,具体为:
根据所述监测数据,分别确定所述波纹钢结构的第一评价因子、第二评价因子和第三评价因子,其中,所述第一评价因子为所述波纹钢结构的结构动载系数,所述第二评价因子为所述波纹钢结构的变形协调系数,第三评价因子为所述波纹钢结构的锌层厚度损失率。
7.根据权利要求6所述的公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法,其特征在于,所述根据所述监测数据,分别确定所述波纹钢结构的第一评价因子、第二评价因子和第三评价因子,包括:
根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构在所述第三时期的最大动载荷和整体承载极限值,以得到所述波纹钢结构的所述第一评价因子;
根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的拱顶处的沉降段长度、所述波纹钢结构的左侧外拱段的长度和所述波纹钢结构的右侧外拱段的长度,以得到所述波纹钢结构的所述第二评价因子;
根据所述监测数据中的第一镀锌层厚度和第二镀锌层厚度,确定所述波纹钢结构的第三评价因子;其中,所述第一镀锌层厚度为所述波纹钢结构在所述第一时期的镀锌层厚度,所述第二镀锌层厚度为所述波纹钢结构在所述第三时期的镀锌层厚度。
8.根据权利要求7所述的公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法,其特征在于,所述根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构在所述第三时期的最大动载荷和整体承载极限值,以得到所述波纹钢结构的所述第一评价因子包括:
根据所述最大动荷载、所述整体承载极限值,按照公式:
计算得到所述波纹钢结构的所述第一评价因子;
式中,η1为所述波纹钢结构的所述第一评价因子;F动MAX为所述最大动荷载;F极限为所述整体承载极限值。
9.根据权利要求7所述的公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法,其特征在于,所述根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的拱顶处的沉降段长度、所述波纹钢结构的左侧外拱段的长度和所述波纹钢结构右侧的右侧外拱段的长度,以得到所述波纹钢结构的所述第二评价因子,包括:
根据所述波纹钢结构的拱顶处的沉降段长度、所述波纹钢结构的左侧外拱段的长度和所述波纹钢结构右侧的右侧外拱段的长度,按照公式:
计算得到所述波纹钢结构的所述第二评价因子;
式中,η2为所述波纹钢结构的所述第二评价因子;L3为所述波纹钢结构的拱顶处的沉降段长度;L1为所述波纹钢结构的左侧外拱段的长度;L2为所述波纹钢结构右侧的右侧外拱段的长度。
10.根据权利要求7所述的公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法,其特征在于,根据所述监测数据中的第一镀锌层厚度和第二镀锌层厚度,确定所述波纹钢结构的第三评价因子,包括:
根据所述监测数据中的第一镀锌层厚度和第二镀锌层厚度,按照公式:
计算得到所述波纹钢结构的第三评价因子;
式中,η3为所述波纹钢结构的第三评价因子;D初为所述监测数据中的第一镀锌层厚度;
D末为所述第二镀锌层厚度。

说明书全文

一种公路装配式波纹结构稳定性评价方法

技术领域

[0001] 本申请涉及地下工程波纹钢管涵技术领域,特别涉及一种公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法。

背景技术

[0002] 在交通建设领域中,道路涵洞工程起着至关重要的作用。目前,道路涵洞工程中,钢筋混凝土施工技术得到广泛应用,但由于钢筋混凝土涵洞施工周期长,使用阶段的开裂和基础沉降等病害较多且加固维修困难,使得其经济性和适应性都比较差。波纹钢结构是采用波纹状管或由波纹状弧形板通过连、拼装形成的一种涵洞形式,采用波纹钢结构,不仅可以解决雨、气候环境影响工程质量和施工进度的技术难题,而且可以依据现场地形及实际工程的要求灵活设计,适应地基变形,减少不均匀带来的破坏。考虑地基处理、基础工程等费用,波纹钢结构的造价将接近或比钢筋混凝土结构更节省,并且具有施工速度快,不受气温影响的优势。波纹钢还具有较强的抗拉、抗剪和抗疲劳能,耐久性强。因此,波纹钢结构具有广阔的应用前景,在施工较困难的山区及地质不良地区将成为替代混凝土结构的优良结构形式。
[0003] 全面、合理评估项目不同时期的波纹钢结构的稳定性对项目高效施工和长期运营至关重要。目前,针对公路装配式波纹钢结构稳定性中,评价方法通常采用数值模拟分析;在评价因素方面,以单因素、定性为主,缺乏多因素、定量分析;在监测数据采集方面,通常包括波纹钢结构位移收敛数据、波纹钢结构受力数据,且受力数据中缺少对波纹钢结构上部填土荷载穿力监测,数据覆盖不全,使得管涵受力分析不足;在监测的时间尺度上,通常以施工期监测为主,缺乏波纹钢管不同时期整体变形监测和波纹钢结构长期受力性能的研究。
[0004] 上述存在的问题,导致对公路装配式波纹钢结构稳定性评价的不准确、不合理。目前,国内外对公路装配式波纹钢结构稳定性评价还没有统一的方法。
[0005] 因此,需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。发明内容
[0006] 本申请的目的在于提供一种公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法,以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
[0007] 为了实现上述目的,本申请提供如下技术方案:
[0008] 本申请提供了一种公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法,该公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法包括:
[0009] 获取所述波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据;其中,所述预设时期至少包括:第一时期、第二时期和第三时期中的一个,所述第一时期表征所述波纹钢结构填土前的时间段,所述第二时期表征所述波纹钢结构填土后的时间段,所述第三时期表征所述波纹钢结构的运营时间段;
[0010] 根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的稳定性评价因子,以对所述波纹钢结构进行稳定性评价。
[0011] 优选的,所述获取所述波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据包括:
[0012] 确定所述波纹钢结构的多个不同监测断面;
[0013] 在每个所述监测断面处设置多个不同的监测点,以获取所述波纹钢结构在多个不同预设时期的所述监测数据。
[0014] 优选的,所述确定所述波纹钢结构的多个不同监测断面,包括:
[0015] 根据所述波纹钢结构的长度,沿所述波纹钢的轴向确定布设位置;以所述布设位置的断面作为所述监测断面;
[0016] 其中,所述布设位置至少包括:所述波纹钢的长度的1/4处、所述波纹钢的长度的1/2处和所述波纹钢的长度的3/4处一个或多个。
[0017] 优选的,所述在每个所述监测断面处设置多个不同的监测点,以获取所述波纹钢结构在多个不同预设时期的所述监测数据,包括:
[0018] 在所述监测断面的预设部位设置所述多个不同的监测点,以获取所述波纹钢结构在所述多个不同时期的所述监测数据;
[0019] 所述预设部位至少包括:所述监测断面的拱顶、所述监测断面的左拱肩、所述监测断面的右拱肩、所述监测断面的左拱腰、所述监测断面的右拱腰、所述监测断面的左起拱点、所述监测断面的右起拱点一个或多个。
[0020] 优选的,所述根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的稳定性评价因子,以对所述波纹钢及结构进行稳定性评价,包括:
[0021] 根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的评价因子;
[0022] 根据所述评价因子,基于预设的稳定性评价模型,确定所述波纹钢结构的稳定性评价指标,以对所述波纹钢结构进行稳定性评价。
[0023] 优选的,所述根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的评价因子,具体为:
[0024] 根据所述监测数据,分别确定所述波纹钢结构的第一评价因子、第二评价因子和第三评价因子,其中,所述第一评价因子为所述波纹钢结构的结构动载系数,所述第二评价因子为所述波纹钢结构的变形协调系数,第三评价因子为所述波纹钢结构的锌层厚度损失率。
[0025] 优选的,所述根据所述监测数据,分别确定所述波纹钢结构的第一评价因子、第二评价因子和第三评价因子,包括:
[0026] 根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构在所述第三时期的最大动载荷和整体承载极限值,以得到所述波纹钢结构的所述第一评价因子;
[0027] 根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的拱顶处的沉降段长度、所述波纹钢结构的左侧外拱段的长度和所述波纹钢结构的右侧外拱段的长度,以得到所述波纹钢结构的所述第二评价因子;
[0028] 根据所述监测数据中的第一镀锌层厚度和第二镀锌层厚度,确定所述波纹钢结构的第三评价因子;其中,所述第一镀锌层厚度为所述波纹钢结构在所述第一时期的镀锌层厚度,所述第二镀锌层厚度为所述波纹钢结构在所述第三时期的镀锌层厚度。
[0029] 优选的,所述根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构在所述第三时期的最大动载荷和整体承载极限值,以得到所述波纹钢结构的所述第一评价因子包括:
[0030] 根据所述最大动荷载、所述整体承载极限值,按照公式:
[0031]
[0032] 计算得到所述波纹钢结构的所述第一评价因子;
[0033] 式中,η1为所述波纹钢结构的所述第一评价因子;F动MAX为所述最大动荷载;F极限为所述整体承载极限值。
[0034] 优选的,所述根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的拱顶处的沉降段长度、所述波纹钢结构的左侧外拱段的长度和所述波纹钢结构右侧的右侧外拱段的长度,以得到所述波纹钢结构的所述第二评价因子,包括:
[0035] 根据所述波纹钢结构的拱顶处的沉降段长度、所述波纹钢结构的左侧外拱段的长度和所述波纹钢结构右侧的右侧外拱段的长度,按照公式:
[0036]
[0037] 计算得到所述波纹钢结构的所述第二评价因子;
[0038] 式中,η2为所述波纹钢结构的所述第二评价因子;L3为所述波纹钢结构的拱顶处的沉降段长度;L1为所述波纹钢结构的左侧外拱段的长度;L2为所述波纹钢结构右侧的右侧外拱段的长度。
[0039] 优选的,根据所述监测数据中的第一镀锌层厚度和第二镀锌层厚度,确定所述波纹钢结构的第三评价因子,包括:
[0040] 根据所述监测数据中的第一镀锌层厚度和第二镀锌层厚度,按照公式:
[0041]
[0042] 计算得到所述波纹钢结构的第三评价因子;
[0043] 式中,η3为所述波纹钢结构的第三评价因子;D初为所述监测数据中的第一镀锌层厚度;D末为所述第二镀锌层厚度。
[0044] 与最接近的现有技术相比,本申请实施例的技术方案具有如下有益效果:
[0045] 本申请中,通过获取波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据;根据监测数据,确定波纹钢结构稳定性评价因子,以对公路装配式波纹钢结构稳定性进行评价。通过获取波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据,不仅可以在现场有效的测试不同时期波纹钢结构稳定性的变化,分析波纹钢结构的稳定程度,使得对波纹钢结构的监测在时间尺度上更加全面,而且,在此基础上,通过多个波纹钢结构稳定性评价因子计算得到波纹钢结构稳定性评价指标,对波纹钢结构稳定性进行多因素、定量的综合评价,该方法克服了传统评价方法以单因素、半定性和半定量评价的缺陷,能够科学合理反映波纹钢管涵结构的稳定性,并使得对波纹钢结构稳定性评价更准确、评价结果更加客观、全面。
[0046] 本申请中,通过确定波纹钢结构的多个不同监测断面,并在每个监测断面处设置多个不同的监测点,收集波纹钢结构轴向和环向的监测数据,并将受力测试与形变测量相结合,得到波纹钢在不同位置、不同方向上的受力和形变情况,数据覆盖全面、监测手段方便快捷,提高了波纹钢结构稳定性评价的合理性和全面性。
[0047] 相对于传统的评价方法,本申请提供的波纹钢结构稳定性评价方法无需开展室内试验,现场即可对波纹钢结构的控制效果进行评价,并以此为依据指导支护设计与施工,提高了施工效率。附图说明
[0048] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。其中:
[0049] 图1为根据本申请的一些实施例提供的公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法的流程示意图;
[0050] 图2为本申请的一些实施例提供的波纹钢结构的立体结构图;
[0051] 图3为本申请的一些实施例提供的监测断面中监测点的分布示意图;
[0052] 图4为本申请的一些实施例提供的监测断面波峰、波谷子断面示意图;
[0053] 图5为本申请的一些实施例提供的波纹钢结构的形变数据的监测点示意图;
[0054] 图6为本申请的一些实施例提供的波纹钢稳定性评价因子计算流程示意图。

具体实施方式

[0055] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上,本领域的技术人员将清楚,在不脱离本申请的范围或精神的情况下,可在本申请中进行修改和变型。例如,示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例,以产生又一个实施例。因此,所期望的是,本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0056] 图1为根据本申请的一些实施例提供的公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法的流程示意图,如图1所示,该公路装配式波纹钢结构稳定性评价方法包括:
[0057] 步骤S10、获取所述波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据;其中,所述预设时期至少包括:第一时期、第二时期和第三时期中的一个,所述第一时期表征所述波纹钢结构填土前的时间段,所述第二时期表征所述波纹钢结构填土后的时间段,所述第三时期表征所述波纹钢结构的运营时间段。
[0058] 在本申请实施例中,波纹钢为拱形波纹钢,其断面形式可以为圆拱形或者方拱形,本申请对此不做限定。
[0059] 图2为本申请的一些实施例提供的波纹钢结构的立体结构图,如图2所示,公路装配式波纹钢结构包括一个或多个波纹钢的标准节7,每个标准节7包括顶板1、左右侧板2、底板3,左右侧板2与顶板1、底板3之间在法兰连接处4拼接。
[0060] 施工时,基坑开挖后,在基坑内通过吊车依次吊装底板3、左右侧板2、顶板1,完成一个标准节7的拼装过程。多个标准节7之间通过每个板边缘的螺丝孔固定连接,并对板与板之间、标准节与标准节之间的连接处进行密封处理,依次将波纹钢结构的多个标准节7拼装完成后,开始对波纹钢结构进行监测。
[0061] 本申请实施例中,多个不同预设时期覆盖项目的施工期和运营期,至少包括波纹钢结构填土前的时间段(第一时期)、波纹钢结构填土后的时间段(第二时期)和波纹钢结构的运营时间段(第三时期)。
[0062] 在一些可选实施例中,多个不同预设时期还可以包括:波纹钢结构拼接完成时、底板浇筑砼、填土高度为波纹钢截面高度1/4处、填土高度为波纹钢截面高度1/3处、填土高度为波纹钢截面高度3/4处、填土高度为波纹钢截面高度4/4处、波纹钢顶部填土1米处、波纹钢顶部填土2米处、波纹钢顶部填土4米处、波纹钢顶部填土8米处。
[0063] 现有对波纹钢结构分析中,通常仅在在项目的施工期进行监测,本申请实施例对多个不同预设时期的波纹钢结构进行监测,并获取相应的监测数据,通过对施工期多个时间段波纹钢结构施工现场进行监测并对监测数据进行分析,以此为依据对施工和支护设计进行指导,提高了施工效率和施工现场的安全性。
[0064] 在一些可选实施例中,获取波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据包括如下步骤:确定波纹钢结构的多个不同监测断面;在每个监测断面处设置多个不同的监测点,以获取波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据。
[0065] 本申请实施例中,波纹钢结构的多个不同监测断面沿波纹钢结构的轴向布设,具体地,根据波纹钢结构的长度,沿波纹钢的轴向确定布设位置;以布设位置的断面作为监测断面;其中,布设位置至少包括:波纹钢的长度的1/4处、波纹钢的长度的1/2处和波纹钢的长度的3/4处一个或多个。在一些具体例子中,监测断面的布设位置还可以为波纹钢结构沿轴向的两端处。
[0066] 沿波纹钢结构的轴向确定多个监测断面之后,需要确定每个监测断面上的监测点。具体地,每个监测断面具有多个不同监测点,多个不同监测点设置在每个监测断面的预设部位上。预设部位的具体位置是这样确定的:根据预先获取的数据,基于数值分析方法得到波纹钢结构的整体受力分布;根据分析得到的波纹钢结构的整体受力分布,确定预设部位的具体位置。其中,数值分析方法可以为有限元软件提供的数值分析方法;预先获取的数据,可以通过对波纹钢结构进行建模分析得到,也可以通过对波纹钢结构历史监测数据进行处理得到。
[0067] 图3为本申请的一些实施例提供的监测断面中监测点的分布示意图,如图3所示,预设部位至少包括:监测断面的拱顶55、监测断面的左拱肩54、监测断面的右拱肩54'、监测断面的左拱腰52、监测断面的右拱腰52'、监测断面的左起拱点51、监测断面的右起拱点51'中的一个或多个。通过每个监测断面上沿环向选择多个预设部位,并在预设部位布置监测点,根据监测得到的波纹钢结构环向的受力数据和形变数据,分析波纹钢结构环向的受力和形变变化,加强了对波纹钢结构整体受力均匀性的监测,为波纹钢结构稳定性评价提供数据支撑
[0068] 一些可选实施例中,预设部位还可以包括:监测断面的顶板左法兰连接处53、监测断面的右法兰连接处53'。法兰连接处是受力和形变的关键点,通过监测点对法兰连接处的受力和形变进行监测,能够及时掌握不同时期该部位的受力和形变情况,并以此为依据指导施工现场采取相应的施工技术和支护方案。
[0069] 为了获取波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据,在前述确定的监测点上布设数据采集装置。
[0070] 本申请中,监测数据包括波纹钢结构的受力数据、形变数据和防腐蚀数据,不同的监测数据,对应的数据采集装置不同,具体地,波纹钢结构的受力数据通过应变花、土压力盒、荷载传感器进行监测;波纹钢结构的形变数据通过全站仪获取;防腐蚀数据通过磁性涂层测厚仪得到。
[0071] 本申请实施例中,波纹钢结构的受力数据包括应力、土压力和动荷载。图4为本申请的一些实施例提供的监测断面波峰、波谷子断面示意图,如图4所示,波纹钢结构沿轴向表现为正弦波曲线,为了提高波纹钢结构的受力数据获取的全面性和准确性,在每个监测断面分别取波峰B、波谷A两个子断面,在子断面的监测点上分别安设数据采集装置。具体地,在两个子断面上的监测点位置布设应变花,以监测不同预设时期波纹钢结构的应变数据,进而得到波纹钢结构的应力随时间的变化规律;同时,在两个子断面上的监测点位置布设土压力盒,以监测不同时期波纹钢结构的土压力。其中,不同预设时期波纹钢结构的应变数据和土压力数据至少包括:填土前波纹钢结构的应变数据和土压力数据,以及,填土完成后波纹钢结构的应变数据和土压力数据,并将填土前波纹钢结构的应变数据和土压力数据作为对应数据的初始值,以根据初始值和后续不同时期的监测数据进行结构形变的计算。
[0072] 动荷载为随时间而变化的荷载,项目进入运营期(第三时期)后,在运营期的多个时间,通过在波峰B子断面中的拱顶55处的监测点布设荷载传感器,进行震动测试得到,其中,运营期的多个时间可以为:运营期2个月时、运营期4个月时、运营期6个月时,运营期1年时或者其他时间点。通过将运营期作用在波纹钢结构上部的车辆等动荷载的监测,进而分析其对波纹钢结构稳定性的影响,使得分析波纹钢结构的受力特性分析更加全面。
[0073] 本申请实施例中,波纹钢结构的形变数据通过在波峰B子断面的监测点处设全站仪获取。图5为本申请的一些实施例提供的波纹钢结构的形变数据的监测点示意图,如图5所示,通过拱顶55、左拱肩54、右拱肩54'、左拱腰52、右拱腰52'、左起拱点51和右起拱点51'的内侧布设全站仪,获取不同预设时期中个监测点的位置数据,进而计算得到监测点之间测线的长度变化,如图5所示,监测点之间测线至少包括:ab、ac、ad、ab'、ac'、ad'、bb'、cc'八条线段中一个或多个。其中,不同预设时期中个监测点的位置数据至少包括:填土前(第一时期)拱顶55、左拱肩54、右拱肩54'、左拱腰52、右拱腰52'、左起拱点51和右起拱点51'的位置和填土完成时(第二时期)拱顶55、左拱肩54、右拱肩54'、左拱腰52、右拱腰52'、左起拱点51和右起拱点51'的位置。
[0074] 本申请实施例中,波纹钢结构的防腐蚀数据通过磁性涂层测厚仪得到。具体地,通过在波峰B子断面的左起拱点51和右起拱点51'布设磁性涂层测厚仪,分别获取不同预设时期的镀锌层厚度数据。其中,不同预设时期的镀锌层厚度数据至少包括:波纹钢结构在填土前的镀锌层厚度(又叫:初始镀锌层厚度)和波纹钢结构在运营期的镀锌层厚度,其中,运营期的镀锌层厚度可以基于运营期多个时间进行测量,比如:运营期2个月时、运营期4个月时、运营期6个月时、运营期1年时或其他时间点。
[0075] 通过确定波纹钢结构的多个不同监测断面,并在每个监测断面处设置多个不同的监测点,收集波纹钢结构轴向和环向的监测数据,并将受力测试、形变测量与防腐蚀测试相结合,得到波纹钢在不同位置、不同方向上的受力、形变和腐蚀情况,数据覆盖全面、监测手段方便快捷,提高了波纹钢结构稳定性评价的合理性和全面性。
[0076] 步骤S20、根据所述监测数据,确定所述波纹钢结构的稳定性评价因子,以对所述波纹钢结构进行稳定性评价。
[0077] 图6为本申请的一些实施例提供的波纹钢稳定性评价因子计算流程示意图,如图6所示,波纹钢结构的稳定性评价因子包括第一评价因子、第二评价因子和第三评价因子,其中,第一评价因子为波纹钢结构的结构动载系数,第二评价因子为波纹钢结构的变形协调系数,第三评价因子为波纹钢结构的镀锌层厚度损失率。对应地,根据监测数据,确定波纹钢结构的稳定性评价因子,具体为:根据监测数据,分别确定波纹钢结构的结构动载系数、波纹钢结构的变形协调系数和波纹钢结构的镀锌层厚度损失率。
[0078] 在一些可选实施例中,根据监测数据,确定波纹钢结构的结构动载系数,包括:根据监测数据,确定波纹钢结构在第三时期的最大动载荷和整体承载极限值,以得到波纹钢结构的结构动载系数(第一评价因子)。
[0079] 进一步地,根据运营期多个时间点获取的动荷载,取动荷载最大值,得到最大动载荷;通过缩尺实验得到整体承载极限值;根据最大动载荷和整体承载极限值,按照公式:
[0080]
[0081] 计算得到波纹钢结构的结构动载系数(第一评价因子);
[0082] 式中,η1为波纹钢结构的结构动载系数(第一评价因子);F动MAX为最大动荷载;F极限为整体承载极限值。
[0083] 本申请充分考虑波纹钢结构上部荷载随时间而变化的特点,通过波纹钢结构的稳定性评价因子中的结构动载系数,从而反映波纹钢结构在运营期的动态受力特性,使得对波纹钢结构的受力分析更加准确、全面。
[0084] 在一些可选实施例中,根据监测数据,确定波纹钢结构的拱顶处的沉降段长度、波纹钢结构的左侧外拱段的长度和波纹钢结构的右侧外拱段的长度,以得到波纹钢结构的变形协调系数(第二评价因子)。
[0085] 进一步地,在填土结束后,波纹钢结构受土压力变形,拱顶处发生沉降,沉降段应力为负;波纹钢结构的侧板发生外拱,外拱段应力为正。拱顶处的沉降段长度通过计算拱顶55处的位置初始值和监测值之间的差值得到,波纹钢结构的左侧外拱段的长度和波纹钢结构的右侧外拱段的长度,通过分别计算左拱腰52、右拱腰52'处的位置初始值和填土结束时的监测值之间的差值得到。
[0086] 根据波纹钢结构的拱顶处的沉降段长度、波纹钢结构的左侧外拱段的长度和波纹钢结构右侧的右侧外拱段的长度,按照公式:
[0087]
[0088] 计算得到波纹钢结构的变形协调系数(第二评价因子);
[0089] 式中,η2为波纹钢结构的变形协调系数(第二评价因子);L3为波纹钢结构的拱顶处的沉降段长度;L1为波纹钢结构的左侧外拱段的长度;L2为波纹钢结构右侧的右侧外拱段的长度。
[0090] 通过波纹钢结构拱顶处的沉降段长度、左右外拱段长度,计算得到的波纹钢结构的稳定性评价因子中的变形协调系数,进而反映出波纹钢结构的变形范围,使得对波纹钢结构形变的分析更加全面、合理。
[0091] 在一些可选实施例中,根据监测数据,确定波纹钢结构的镀锌层厚度损失率,包括:根据监测数据中的第一镀锌层厚度和第二镀锌层厚度,确定波纹钢结构的镀锌层厚度损失率(第三评价因子);其中,第一镀锌层厚度为波纹钢结构在第一时期的镀锌层厚度(即填土前的镀锌层厚度,又叫:初始镀锌层厚度),第二镀锌层厚度为波纹钢结构在第三时期的镀锌层厚度(即运营期的镀锌层厚度)。
[0092] 根据监测数据中的第一镀锌层厚度和第二镀锌层厚度,按照公式:
[0093]
[0094] 计算得到波纹钢结构的镀锌层厚度损失率(第三评价因子);
[0095] 式中,η3为波纹钢结构的镀锌层厚度损失率(第三评价因子);D初为监测数据中的第一镀锌层厚度;D末为第二镀锌层厚度。
[0096] 通过镀锌层厚度损失率(第三评价因子),针对某一个时刻,特别是运营期镀锌层厚度与初始镀锌层厚度进行比较,以镀锌层厚度损失率反映波纹钢的腐蚀程度,从而间接反映波纹钢结构的稳定性,为运营期对波纹钢结构的维护提供技术指导。
[0097] 在一些可选实施例中,波纹钢结构的稳定性评价因子还包括:应力传递系数、荷载传递系数、第一收敛变形系数、第二收敛变形系数。
[0098] 本申请实施例中,通过波纹钢结构的平均应力,计算得到应力传递系数。具体步骤如下:
[0099] 首先,根据监测数据,确定波纹钢结构的平均应力。监测数据的受力数据包括每个监测点不同预设时期波纹钢结构的应变数据,波纹钢结构的平均应力是这样计算得到的:基于应力应变关系,根据不同预设时期波纹钢结构的应变数据计算得到不同预设时期波纹钢结构的应力,然后,根据不同预设时期波纹钢结构的应力,确定波纹钢结构的每个监测点应力的最大值,最后,对每个监测点应力的最大值进行均值计算,得到波纹钢结构的平均应力。
[0100] 在一具体的例子中,填土完成后,根据波峰B子断面的拱顶55、左拱肩54、右拱肩54'、左拱腰52、右拱腰52'、左起拱点51、右起拱点51'共7个监测点处得到的应变数据,基于应力应变关系,根据7个监测点处填土完成后的应变数据,计算得到7个监测点处填土完成后的波纹钢结构的应力,并与其他时期的相应监测点的应力进行比较,得到每个监测点应力的最大值,分别用σ1、σ2、σ3、σ4、σ5、σ6、σ7表示,然后按照公式:
[0101]
[0102] 计算得到波纹钢结构的平均应力,式中,σ0表示波纹钢结构的平均应力。
[0103] 最后,根据波纹钢结构的平均应力,按照公式:
[0104]
[0105] 计算得到应力传递系数;
[0106] 式中,η4为应力传递系数;σ0为波纹钢结构的平均应力;σs为波纹钢结构的屈服强度
[0107] 本申请实施例中,根据平均土压力盒填土荷载,计算得到荷载传递系数。具体步骤如下:
[0108] 首先,根据监测数据,确定波纹钢结构的平均土压力和填土荷载。监测数据的受力数据包括每个监测点不同预设时期波纹钢结构的土压力数据,根据每个监测点不同预设时期波纹钢结构的土压力数据,确定波纹钢结构的每个监测点的土压力最大值,进而对监测点的土压力最大值进行均值计算,得到平均土压力。
[0109] 在一具体的例子中,填土完成后,根据波峰B子断面的拱顶55、左拱肩54、右拱肩54'、左拱腰52、右拱腰52'、左起拱点51、右起拱点51'共7个监测点处得到的土压力数据,并与其他时期的相应监测点的土压力进行比较,得到每个监测点土压力的最大值,分别用F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7表示,然后按照公式:
[0110] F0=(F1+F2+F3+F4+F5+F6+F7)
[0111] 计算得到波纹钢结构的平均土压力;式中,F0表示波纹钢结构的平均土压力。
[0112] 根据监测数据中的土压力数据,计算得到填土荷载。
[0113] 最后,根据平均土压力、填土荷载,按照公式:
[0114]
[0115] 计算得到荷载传递系数;
[0116] 式中,η5为荷载传递系数;F0为平均土压力;Q为填土荷载。
[0117] 本申请实施例中,根据波纹钢结构的左右拱腰跨度最大处的收敛位移值和左右拱腰跨度最大值,计算得到第一收敛变形系数。具体步骤如下:
[0118] 首先,根据监测数据,确定波纹钢结构的左右拱腰跨度最大处的收敛位移值和左右拱腰跨度最大值。具体地,波纹钢结构的左右拱腰跨度最大处的收敛位移值波纹钢结构稳定状态下的收敛位移值,所述波纹钢结构稳定状态,指的是填土完成后,监测断面因受力继续发生结构形变,该结构形变需要一个时间过程,当监测断面形变基本保持不变时,即为波纹钢结构的稳定状态。如图5所示,波纹钢结构的左右拱腰跨度最大处指的是图5中测线cc',该测线cc'的长度可以通过监测数据中左拱腰52、右拱腰52'的位置计算得到。取填土前测线cc'的长度作为左右拱腰跨度最大处的初始长度,则填土完成后达到稳定状态时测线cc'的长度与初始长度之差,即为左右拱腰跨度最大处的收敛位移值。
[0119] 然后,根据左右拱腰跨度最大处的收敛位移值和左右拱腰跨度最大值,按照公式:
[0120]
[0121] 计算得到第一收敛变形系数;
[0122] 式中,η6为第一收敛变形系数;D1为左右拱腰跨度最大处的收敛位移值;D为左右拱腰跨度最大值的二分之一。
[0123] 本申请实施例中,根据波纹钢结构的拱顶处的下沉位移值和拱顶相对高度,计算得到第二收敛变形系数。具体步骤如下:
[0124] 根据监测数据,确定波纹钢结构的拱顶处的下沉位移值和拱顶相对高度;具体地,监测数据中包含不同预设时期通过全站仪监测得到的拱顶55的位置,取填土前拱顶55的位置作为拱顶处的初始位置,填土完成后拱顶处的位置与初始位置之差,即为波纹钢结构的拱顶处的下沉位移值。拱顶的相对高度由填土前监测得到拱顶处的初始高度值与填土完成后的拱顶处的高度值进行差值计算得到。
[0125] 然后,根据拱顶处的下沉位移值、拱顶相对高度,按照公式:
[0126]
[0127] 计算得到第二收敛变形系数;
[0128] 式中,η7为第二收敛变形系数;H1为拱顶处的下沉位移值;H为拱顶相对高度。
[0129] 本申请实施例中,根据监测数据,确定波纹钢结构的稳定性评价因子之后,还包括:根据评价因子,基于预设的稳定性评价模型,确定波纹钢结构的稳定性评价指标,以对波纹钢结构进行稳定性评价。
[0130] 本申请实施例中,基于预设的稳定性评价模型,确定波纹钢结构的稳定性评价指标,该预设的稳定性评价模型的表达式如下:
[0131]
[0132] 式中,η为波纹钢结构稳定性评价指标;ηj表示第j个波纹钢结构稳定性评价因子;βj表示第j个分配权重系数,且∑βj=1;j为正整数,j∈[1,7]。
[0133] 本申请实施例中,确定波纹钢结构的稳定性评价指标之后,对波纹钢结构进行稳定性评价,具体为:响应于波纹钢结构稳定性评价指标小于预设的评价标准值,对波纹钢进行加强支护。
[0134] 进一步地,预设的评价标准值表示为η0,用于反映波纹钢结构稳定性评价的临界标准,η0为工程经验值。当η<η0时,即通过预设的稳定性评价模型计算得到的波纹钢结构稳定性评价指标小于预设的评价标准值,则立即对波纹钢结构进行加强支护或者采取其他的加强措施,防止现场发生安全事故;当η≥η0时,即通过预设的稳定性评价模型计算得到的波纹钢结构稳定性评价指标大于等于预设的评价标准值,则维持原有支护方案不变,此时波纹钢结构的稳定性较强,无需额外进行支护,避免过度支护而增加无效的工作量,同时也能够避免过度支护带来的冲击地压或者岩爆事故。
[0135] 综上所述,本申请的技术方案中,通过获取波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据;根据监测数据,确定波纹钢结构稳定性评价因子,以对公路装配式波纹钢结构稳定性进行评价。通过获取波纹钢结构在多个不同预设时期的监测数据,不仅可以在现场有效的测试不同时期波纹钢结构稳定性的变化,分析波纹钢结构的稳定程度,使得对波纹钢结构的监测在时间尺度上更加全面,而且,在此基础上,通过多个波纹钢结构稳定性评价因子计算得到波纹钢结构稳定性评价指标,对波纹钢结构稳定性进行多因素、定量的综合评价,该方法克服了传统评价方法以单因素、半定性和半定量评价的缺陷,能够科学合理反映波纹钢管涵结构的稳定性,并使得对波纹钢结构稳定性评价更准确、评价结果更加客观、全面。
[0136] 本申请中,通过确定波纹钢结构的多个不同监测断面,并在每个监测断面处设置多个不同的监测点,收集波纹钢结构轴向和环向的监测数据,并将受力测试与形变测量相结合,得到波纹钢在不同位置、不同方向上的受力和形变情况,数据覆盖全面、监测手段方便快捷,提高了波纹钢结构稳定性评价的合理性和全面性。
[0137] 相对于传统的评价方法,本申请提供的波纹钢结构稳定性评价方法无需开展室内试验,现场即可对波纹钢结构的控制效果进行评价,并以此为依据指导支护设计与施工,提高了施工效率。
[0138] 以上所述仅为本申请的优选实施例,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
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