本發明涉及橋梁施工技術領域，特別是指一種橋梁懸臂法對稱施工中扭矩的監測方法。

背景技術：

箱梁在偏心荷載作用下可等效為局部荷載，對稱荷載和反對稱荷載的共同作用。扭轉和畸變效應是在反對稱荷載作用下產生的。郭金瓊，房貞政，鄭振在《箱型梁設計理論》一書中指出對于混凝土箱梁而言，由剛性扭轉和截面畸變產生的縱向翹曲正應力可達到活載和恒載共同作用產生的縱向彎曲正應力的24％～26％。因此扭轉作用對于箱梁的影響不可忽略。

目前，在機械工程領域，有通過位移監測來進行扭轉監測的方法，而在本領域當中，尚未有橋梁扭矩大小監測的方法，因此，需要一種實驗安裝簡單，能進行懸臂法施工過程中對扭矩進行監測的方法。

技術實現要素：

本發明為解決目前懸臂法施工過程中扭矩監測的不足，提供一種橋梁懸臂法對稱施工中扭矩的監測方法。

該方法步驟如下：

s1：在臨時固結柱上安裝測量臨時固結柱軸向應變的應變計，且應變計以橫橋向的中心線為對稱線進行對稱布置，并測量應變計安裝完畢時的初始應變；

s2：測量施工過程中各個臨時固結柱的應變；

s3：根據不同臨時固結柱應變的差別和臨時固結柱間距計算橋梁扭矩。

其中，臨時固結柱對稱設置，且數量不少于2對。

s2中同步測量臨時固結柱的軸向應變。

最終，橋梁扭矩m為：

其中，e為臨時固結柱的彈性模量，a為臨時固結柱截面的面積，n為臨時固結柱的數量(對)，表示第j工況時第k對臨時固結柱上的軸向應變差，l^k表示第k對臨時固結柱的間距。

本發明的上述技術方案的有益效果如下：

該方法利用臨時固結柱或橋墩上橫橋向對稱部位安裝的應變計，得到由荷載所引起的柱的軸向應變，由此可以定量的計算橋梁偏心荷載所產生的扭矩，且實驗安裝簡單，易于操作。

附圖說明

圖1為本發明的橋梁懸臂法對稱施工中扭矩的監測方法監測設備布置簡圖；

圖2為本發明實施例臨時固結柱剖面圖，圖中單位為cm；

圖3為本發明實施例三種工況下各臨時固結柱上應變計的應變值。

其中：1-橋梁上部結構；2-左前方臨時固結柱；3-左后方臨時固結柱；4-右前方臨時固結柱；5-右后方臨時固結柱；6-左前方臨時固結柱上應變計；7-左后方臨時固結柱上應變計；8-右前方臨時固結柱上應變計；9-右后方臨時固結柱上應變計；10-數字信號采集儀；11-計算機；201-左側臨時固結柱；202-右側臨時固結柱；203-左側臨時固結柱上應變計一；204-左側臨時固結柱上應變計二；205-左側臨時固結柱上應變計三；206-左側臨時固結柱上應變計四；207-左側臨時固結柱上應變計五；208-左側臨時固結柱上應變計六；209-左側臨時固結柱上應變計七；210-右側臨時固結柱上應變計一；211-右側臨時固結柱上應變計二；212-右側臨時固結柱上應變計三；213-右側臨時固結柱上應變計四；214-右側臨時固結柱上應變計五；215-右側臨時固結柱上應變計六；216-右側臨時固結柱上應變計七。

具體實施方式

為使本發明要解決的技術問題、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發明針對現有的懸臂法施工過程中扭矩監測的不足，提供一種橋梁懸臂法對稱施工中扭矩的監測方法。

該方法步驟如下：

s1：在臨時固結柱上安裝測量臨時固結柱軸向應變的應變計，且應變計以橫橋向的中心線為對稱線進行對稱布置，并測量應變計安裝完畢時的初始應變；

s2：測量施工過程中各個臨時固結柱的應變；

s3：根據不同臨時固結柱應變的差別和臨時固結柱間距計算橋梁扭矩。

如圖1所示，本方法中，在左前方臨時固結柱2、左后方臨時固結柱3、右前方臨時固結柱4和右后方臨時固結柱5的同一高度上的對稱位置安裝應變計，分別為左前方臨時固結柱上應變計6、左后方臨時固結柱上應變計7、右前方臨時固結柱上應變計8和右后方臨時固結柱上應變計9，測量臨時固結柱的軸向應變；橋梁上部結構1上施加了偏心荷載，產生了對稱扭矩m，使臨時固結柱產生變形，分別由不同臨時固結柱上的應變計測得不同臨時固結柱的應變；左前方臨時固結柱上應變計6、左后方臨時固結柱上應變計7、右前方臨時固結柱上應變計8和右后方臨時固結柱上應變計9的數據通過數字信號采集儀10連接發送至計算機11。

本發明中，根據荷載應變計算橋梁扭矩的推導過程如下：

在應變計剛安裝完畢時，測得左前方臨時固結柱上應變計6、左后方臨時固結柱上應變計7、右前方臨時固結柱上應變計8和右后方臨時固結柱上應變計9的初始應變分別為和

在施工過程中，第j工況下，測得左前方臨時固結柱上應變計6、左后方臨時固結柱上應變計7、右前方臨時固結柱上應變計8和右后方臨時固結柱上應變計9的初始應變分別為和

設左前方臨時固結柱2、左后方臨時固結柱3、右前方臨時固結柱4和右后方臨時固結柱5的軸力分別為和由軸力和應變的關系可知：

式中：e為臨時固結柱的彈性模量，a為臨時固結柱截面的面積；若前方臨時固結柱和后方臨時固結柱之間的距離為l。由扭矩平衡可得第j工況的扭矩為：

將式(1)代入式(2)可得：

臨時固結柱或橋墩通常都是對稱布置的，在式(2)中與是一對對稱布置的臨時固結柱上的力，與是另一對對稱布置的臨時固結柱上的力。當有多對臨時固結柱或橋墩時，應當根據上述計算方式采用疊加的方法進行計算。

假設某橋梁存在n對橫向對稱的臨時固結柱，根據式(3)的算法疊加進行計算。令表示第j工況時第k對臨時固結柱上的軸力差，用表示第j工況時第k對臨時固結柱上的軸向應變差，用l^k表示第k對臨時固結柱上的間距，例如在上述推導過程中l¹＝l²＝l。則對于n對臨時固結柱的情況，扭矩的計算公式為：

在實施時，需要測量出每一對臨時固結柱的間距以及每個臨時固結柱的應變就可以計算得出橋梁扭矩。

為驗證上述理論的正確性以及在橋梁懸臂法施工中的應用。以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。

某變截面預應力混凝土連續梁采用懸臂施工法進行施工。懸臂澆筑箱梁2#梁段長2.5m，3#～5#梁段長3.0m，6#～9#梁段長3.5m，10#～13#梁段長4.5m，最大懸臂施工長度為49m。應變計和溫度傳感器的安裝位置如圖2所示。按照在圖2中的位置，左側臨時固結柱201的應變計從上至下依次記為左側臨時固結柱應變計一203、左側臨時固結柱應變計二204、左側臨時固結柱應變計三205、左側臨時固結柱應變計四206、左側臨時固結柱應變計五207、左側臨時固結柱應變計六208、左側臨時固結柱應變計七209，右側臨時固結柱202的應變計從上至下依次記為右側臨時固結柱上應變計一210、右側臨時固結柱上應變計二211、右側臨時固結柱上應變計三212、右側臨時固結柱上應變計四213、右側臨時固結柱上應變計五214、右側臨時固結柱上應變計六215、右側臨時固結柱上應變計七216，應變計203至應變計216第j工況的應變依次記為

實際施工期間分別測量了5#塊段澆筑完成某時刻、8#塊段澆筑完成某時刻以及12#塊段澆筑完成某時刻的臨時固結柱應變，分別記為工況1、工況2和工況3。在工況j(j＝1,2,3)情況下的臨時固結柱應變值與上部結構施工前的臨時固結柱應變值之差為工況j情況下扭轉荷載引起的應變，的值如圖3所示。由圖中可以看出對稱位置的臨時固結柱軸向應變不同，橋梁上部結構存在橫向扭矩作用。

應變計206與應變計213所測的應變分別為橫向中心位置的臨時固結柱的應變值，在計算扭矩時不用計算在內。則共存在6對臨時固結柱軸力及6對臨時固結柱軸向應變，即按照式(4)中n＝6的情況進行計算。其中l^k的大小可由圖2中的尺寸計算得出，的大小由圖3中的應變數據計算得出，l^k、的計算結果如表1所示。臨時固結柱直徑為0.475m，臨時固結柱的等效彈性模量為6.11×10¹⁰pa。

表1臨時固結柱軸向應變差

根據式(4)，可以計算出三種工況下的扭矩大小分別為：-2.501×10⁶nm、-1.564×10⁶nm和0.299×10⁶nm。

以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明所述原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。