钢索预应力监测（精选3篇）
钢索预应力监测 篇1
1 工程背景
1.1 工程概况
拟建综合楼为框剪结构, 地上12层, 地下1层, 采用桩筏基础形式, 桩型分别为PHC-B600 (110) -1515159b和PHC-B500 (100) -151512b, 由于柱、墙荷重较大, 故本工程桩型选择具有截面大、桩端入土深的特点, 整体布桩密度约为2.5%。
静压预应力管桩属半挤土桩, 考虑拟建综合楼距离东侧已有建筑 (A楼及B楼, 两楼均为砖砌结构条形混凝土浅基础, 基础埋深约2.2m, 地上5~6层) 及南侧市政道路 (距离约17.0m) 较近, 应确保沉桩过程中对周边已建建筑及道路的有效防护。
1.2 拟建场地工程地质条件
根据本工程岩土工程勘察报告可知, 拟建场地深度45.0m范围内地基土均属第四纪松散堆积物, 主要由黏性土和粉性土组成, 分布较稳定, 一般具有成层分布的特点。根据类似工程经验, 受沉桩挤土影响较大的土层主要为第 (5) 层以上的饱和软弱黏性土, 第 (5) 层及其以上土层分布特点具体如下:
(1) 第 (1) 层杂填土, 杂色, 松散, 主要由碎石、砖块及黏性土组成, 表层有20~50cm的水泥地坪。
(2) 第 (2) 层粉质黏土, 灰黄色, 滨海河口相沉积, 湿, 可塑—软塑, 中高等压缩性。
(3) 第 (3) 层淤泥质粉质黏土夹黏质粉土, 灰色, 滨海—浅海相沉积, 流塑, 中等压缩性, 含云母, 夹黏质粉土。
(4) 第 (4) 层淤泥质黏土, 灰色, 滨海—浅海相沉积, 流塑, 高压缩性, 含云母, 夹薄层粉性土。
(5) 第 (5) 层粉质黏土, 灰色, 溺谷相沉积, 饱和, 软塑, 中等压缩性, 含云母, 夹薄层粉性土。
2 沉桩防护分析及防护措施
2.1 沉桩特点分析
根据拟建综合楼桩基设计方案及周边环境, 本工程桩基施工具有如下特点:
(1) 总桩数少且布桩面积系数较小, 整体布桩密度小于3.0%。根据类似工程经验, 当布桩密度小于3.0%, 通过采取合理的措施, 可以有效控制沉桩挤土对周边环境的影响。
(2) 沉桩施工总挤土量较少。根据本工程土层性质, 产生明显挤土效应的土层主要为第 (4) 层淤泥质黏土 (含该层) 以上饱和黏性土, PHC管桩为半挤土桩, 类似本工程场地条件下的土塞长度一般为 (1/3~1/2) L (L为桩长) , 总挤土量约为820m3。
(3) 场地分布的第 (5) 层粉质黏土渗透性好。沉桩施工时, 土体整体会发生挤土和产生较高的超孔隙水压力, 由于该层具有较好渗透性, 成为孔隙水压力消散的良好通道, 减少了孔隙水压力波及范围, 可有效降低沉桩挤土效应。
(4) 拟建场地距离已建建筑和道路尚有一定的保护距离, 对于挤土效应的衰减及孔隙水压力的消散留有一定的空间, 通过采取合理的防护措施, 可以有效控制沉桩挤土对周边环境的影响。
2.2 沉桩防护措施
根据本工程周边环境特点及类似工程经验, 为减少沉桩对周边已建建筑及道路的影响, 本工程采取以下沉桩防护措施:
(1) 设置双轴水泥土搅拌桩防挤围护墙。在需要重点防护部位设置单排或双排双轴2φ700mm水泥土搅拌桩作为防挤围护墙, 水泥土搅拌桩入土深度取15.0m (基本位于第 (4) 层淤泥质黏土底部) , 搭接100mm, 设置部位为东南角A楼范围、东北角B楼以及南侧道路范围。根据已建建筑与拟建场地的距离确定A楼区域设置双排水泥土搅拌桩, 其余区域为单排水泥土搅拌桩。双轴2φ700mm水泥土搅拌桩围护墙设置在后期的基坑围护桩外侧, 在压桩施工过程中可以有效起到防挤作用, 在基坑施工过程中, 还可有利止水及降低基坑变形。
(2) 设置防挤沟。在双轴搅拌桩防挤围护墙顶部设置防挤沟, 防挤沟深度约为2.0m, 底宽不小于1.0m。具体如图1所示。
(3) 合理安排压桩流程。合理的沉桩流程能有效减少沉桩施工引起的挤土效应。由于东侧的A楼和B楼为重点保护对象, 可在东侧首先沉桩, 在该侧形成“遮帘”效应, 起到对挤土及超孔隙水压力扩散的屏障作用, 然后由东侧开始, 沿东向西进行沉桩, 具体压桩流程见图2。
(4) 合理控制沉桩速率。合理的沉桩速率可以有效控制超孔隙水压力的叠加效应, 图2中遮帘效应分布区内沉桩速率不大于6根/d, 其余工程桩沉桩速率不大于8根/d, 并保证土体每天有8h以上的休止期, 使沉桩过程中产生的超孔隙水压力得到充分消散。
(5) 设置位移监测系统。对A楼、B楼和道路等进行位移观测, 在沉桩施工期间, 每天观测一次, 如位移值超过报警值 (位移累计量超过10.0mm或日变化量超过2.0mm) , 应每天观测两次, 以便调整压桩流程和速率或采取进一步措施。
(6) 合理选择压桩机械。根据桩型、地层场地及环境条件, 压桩宜采用600t以上 (有效压力应大于500t) 液压静力压桩机, 施工前应在场地表面铺设0.5m左右建筑垃圾, 以防桩身受损偏位。
3 监测结果
沉桩过程中, 在压桩区域外围及已建建筑和道路上布置了可靠的监测点。在沉桩过程中对周边环境进行详细的信息化监测, 以便指导沉桩施工。沉桩过程中, 各监测点的日均变化量均未超过报警值, 图3为沉桩结束后主要监测点的竖向位移变化曲线 (部分监测点未列出) 。
由监测资料可知, 上述沉桩防护措施是行之有效的。采取上述措施后, 有效减少了沉桩对周边环境的影响, 未产生任何不利因素。
4 结语
在软土地区, 静压桩的挤土效应会对周边环境产生不利影响, 沉桩施工前须对周边环境进行现场调查和分析, 积极采取有效的沉桩防护措施, 尽量减小沉桩对周边环境的不利影响。设置隔离桩或防挤沟及应力释放孔等, 合理安排沉桩流程和控制沉桩速率等都是有效的防护措施, 同时, 沉桩过程中的信息化监测是十分必要的, 对沉桩过程进行有效监控, 及时反馈施工对周边环境的影响。
参考文献
[1]张明义.静压桩螺旋可控纠倾法[J].工程勘察, 1999 (4) :7-10.
[2]袁聚云, 李镜培, 楼晓明.基础工程设计原理[M].上海:同济大学出版社, 2001.
[3]GB50021—2001, 岩土工程勘察规范[S].
[4]张明义.静力压入桩的研究与应用[M].北京:中国建材工业出版社, 2004.
飞机操纵钢索损伤分析 篇2
飞行操纵系统直接控制飞机的姿态变化与姿态稳定, 直接影响飞机的性能和安全。习惯上, 将使用钢索作为传动部件的操纵系统称为软式操纵系统。由于钢索具有较高强度、耐疲劳、可传递长距离的负载等特点, 在飞机操纵系统中得到广泛应用, 特别是通航小飞机, 更是广泛使用钢索传动。在以往的飞机运行中, 不仅大飞机发生过因操纵钢索失效导致的舵面失效故障, 通航领域的小飞机也经常发生因操纵钢索严重磨损、断裂等失效导致的不安全事件, 如某公司Cessna 172飞机在降落过程中发生升降舵钢索断裂故障。故防飞行操纵失效成为航空维修领域预防性维修的重点内容之一。
1 常用的飞机操纵钢索
钢索的单体结构是钢丝, 一束钢丝按螺旋形扭织成股, 然后以一股为中心股, 其余数股绕中心股螺旋编织成钢索。根据钢丝的材质不同, 飞机操纵钢索主要有碳钢钢索和不锈钢钢索两类。为防锈, 按照美军标要求, 碳钢钢索的钢丝外面都需经过镀锌或镀锡处理。
2 常见的钢索损伤形式及分析
1) 腐蚀。腐蚀仅出现在碳钢钢索中。一方面, 钢索上的润滑脂吸附环境中的灰尘, 形成油泥, 这些灰尘颗粒会逐渐进入钢索的股与股、丝与丝之间, 随着钢索的运动, 灰尘颗粒做为磨粒, 破坏了钢丝表面的保护层;另一方面, 由于潮湿的环境或沾染了腐蚀性液体, 使得碳钢钢索上出现了腐蚀。
2) 磨损。钢索的磨损形式较多, 通过对收集的失效钢索进行分析, 可以将钢索的磨损形式分为磨粒磨损、疲劳磨损、微动磨损。磨粒磨损通常发生在钢索穿过导向器的部分、钢索穿过支撑滑轮的部分、钢索穿过气动封严的部分以及钢索的内部。在操纵舵面时, 钢索在运动的同时张力也发生着变化:宏观上, 钢索会与导向器、滑轮、气动封严等发生摩擦;微观上, 钢索内部股与股、丝与丝之间在灰尘等磨粒的作用下发生磨损。对于钢索与导向器、支撑滑轮、封严件之间的磨粒磨损, 可以在磨损部位的微观形貌上看到许多沿运动方向的磨损沟槽, 而钢索内部的磨粒磨损, 磨损部位的微观形貌则是一些杂乱的磨损沟槽或者小坑。
疲劳磨损主要发生在钢索与导向器接触的部位、钢索与变向滑轮接触的部位。通常, 在舵面处于中立位置时, 钢索与导向器接触的部位在飞机飞行中产生的中、低频振动作用下, 产生交变的撞击应力, 钢索表面由于疲劳发生材料损失;在操纵舵面时, 钢索与变向滑轮发生相对运动, 钢索与滑轮接触的部位产生交变的弯曲应力, 从而发生疲劳磨损, 而且, 由于磨损的颗粒容易在滑轮槽处聚集, 使钢索与滑轮之间产生磨粒磨损, 在两种磨损形式复合作用下, 钢索在变向滑轮处容易发生断裂, 图1即为某活塞飞机方向舵钢索在变向滑轮处发生的疲劳-磨粒复合磨损。
微动磨损主要发生在钢索的丝与丝之间, 组成钢索的钢丝普遍存在线-线接触和点-点接触, 在钢索振动时, 钢丝间亦存在微小的错动, 从而产生微动磨损。微动磨损也可以在某些位置形成微动疲劳源, 促进裂纹萌生和扩展。在钢索的定期检查中, 发现的那些内部钢丝出现的磨损和断裂即与微动磨损有关。
3) 切削损伤。钢索切削损伤的形式为钢索在振动时与邻近的薄壁金属件发生切削撞击, 逐渐在钢索上形成切削沟槽, 进而导致钢索断股直至完全破断。此种损伤主要与钢索支撑结构设计有关, 一方面, 钢索的跨度过大, 中间缺少必要的支撑, 导致在飞行中, 钢索的摆振幅度较大;另一方面, 对邻近钢索的薄壁结构缺少必要的保护, 造成摆动的钢索与薄壁结构发生直接的切削撞击。图2为典型的钢索切削撞击V形沟槽。
4) 散股。散股的形式是钢索的股与股之间呈现松散的状态, 如图3所示。这种缺陷一般是钢索捻制过程中张力不均匀或其它原因产生的质量问题。由于钢索股之间的相对位置发生了变化, 松散的股容易受到磨损。
3 减缓钢索损伤的措施
虽然腐蚀、磨损等损伤是不可避免的, 但经过实践验证、分析总结, 可以采取一些措施减缓钢索的损伤速度, 减轻钢索的损伤程度, 保证在钢索的例行检查之前不发生操纵系统性能退化或失效, 从而保证飞机飞行安全。
1) 在钢索维护时, 用干净的抹布清洁钢索和滑轮槽, 擦掉钢索上和滑轮槽内附着的灰尘等杂质, 可以减缓磨粒磨损和腐蚀等损伤。
2) 定期对碳钢钢索进行润滑, 保护钢索不受腐蚀侵害。
3) 在钢索导向器或过壁孔的位置, 增加柔性限动材料, 如柔软的胶皮。这样可以减小钢索在导向器或过壁孔处的振幅, 而且阻止钢索与导向器或过壁孔边的磨损和撞击。
4) 在邻近钢索的薄壁件边缘加装材质柔软且截面尺寸较大的保护套, 消除钢索与薄壁件之间发生的切削冲击。
5) 在钢索系统设计或改装中, 使用或改用材质柔软的导向器, 减缓钢索与导向器之间的磨损。
6) 在钢索系统设计或改装中, 减小钢索的自由跨度, 增加支撑点, 可以减小钢索的振幅, 从而减缓钢索的疲劳磨损和切削损伤。
7) 在钢索系统设计或改装中, 可以通过增大变向滑轮的直径, 这样将减小钢索的弯曲应力, 减缓钢索的疲劳磨损。
4 结语
飞机操纵钢索损伤会严重影响飞行安全, 但在飞机的日常维护中, 只要能根据钢索损伤部位和损伤形式采取对应的措施, 即可将操纵钢索的损伤控制在允许的范围内, 保证飞行性能和飞行安全。
参考文献
[1]张清平.飞机钢索及相关主要部件的维护[J].科技传播, 2010 (14) :87.
[2]MIL-TL-83420M-2011 Wire rope, flexible, for aircraft control, general specification[S].
[3]刘庭耀, 赵晓辉.飞机操纵系统钢索断裂原因分析[J].失效分析与预防, 2009, 4 (4) :247-250.
钢索预应力监测 篇3
1 工程概况
某特大桥主桥为42 m+65 m+42 m三跨预应力混凝土连续梁。主梁为单箱单室结构, 箱梁底宽7.0 m, 顶宽12.75 m, 中跨墩顶支点处梁高4.0 m, 跨中最小梁高为2.1 m, 纵桥向箱梁底采用二次抛物线变化, 每幅桥面设2.0%单向横坡, 箱梁底板横向水平, 底板厚度从65 cm变化到跨中30 cm, 腹板厚度从65 cm变化到40 cm, 顶板厚度不变30 cm。
本桥20#、21#墩为主墩, 19#、22#墩为边墩, 其中0#块长度为10 m, 边跨现浇段长度为8.4 m, 中跨和边跨合龙段均为2.0 m, 每墩各有悬浇节段8个, 4个主墩共有4个T构[2]。图1是连续梁桥主桥节段示意图。
2 仿真分析
2.1 施工阶段有限元模型
在结构分析时, 需要准确的表现结构的特性和结构所处的外部环境。其中外部环境主要就是指荷载因素和边界因素, 一般通过规范、设计图纸、施工方案等资料得到。但是, 通常结构的形状、所受的荷载、边界条件都是复杂的, 混凝土的物理特性也很难精确把握。因此, 进行结构分析时, 在不破坏整体结构特征的前提下, 结构的数学模型必须给予适当的简化[3], 使得用最少的投入, 得到最佳的结果。因此本桥利用空间有限元软件MIDAS/CIVEL和前进分析法进行了主桥施工阶段有限元分析, 为了精确地模拟施工过程, 考虑了桥面的竖曲线及纵坡, 将全桥离散成空间杆系单元, 有限元模型全桥模型消隐图如图2所示。计算过程中节点坐标取用设计成桥坐标, 主梁用梁单元模拟, 全桥梁单元划分为168个, 梁、墩固结处采用刚性连接, 模型中预应力混凝土采容重采用26 kN/m3。
2.2 施工控制原理
施工过程中变形和内力状态偏离理想目标的主要原因是, 理论计算模型中的计算参数与施工中的实际情况有一定的差距。为了得到比较准确的控制调整量, 必须根据施工中实测的结构反应不断修正计算模型中的这些参数值, 经过反复“磨合”之后, 自动适应结构的物理力学规律, 并对已有的误差进行修正。所以, 参考国内外连续梁桥施工控制的经验, 我们采用这种在闭环反馈控制的基础上, 再加上一个参数辨识和修正过程, 并在此基础上对施工过程进行反馈控制的自适应控制系统。
在实际运行中, 将监测结果与理论计算结果分析比较, 进行参数辨识和参数修正, 用修正后的参数重新对施工工况进行计算, 对结构实施控制。这样, 经过几个工况的反复辨识修正后, 计算模型就将与实际结构趋向一致。图3为该大桥自适应施工控制系统运行流程。
3 测点监测方案
3.1 线形监测方案
在主梁的悬臂浇筑施工过程中, 为保证主桥顺利合龙和线形符合设计要求, 需对合龙段两侧的节段标高进行监测[4,5]。首先需在测区布设高程控制点, 并用精确方法测定各控制点高程, 构成高程控制网, 从而为该大桥主桥施工中的高程控制提供依据。采用了TOPCON 精密水准仪, 型号为拓普康ATG-2, 其精度为光学读数:±1.5 mm/km。为了准确控制桥梁的线形和确保合龙段两侧高差不超过规定值, 选取箱梁4个特征位置, 箱梁具体截面测点位置见图4中的“▲”所指处, 其中箱梁纵向测点位置见图5的“■”所指处。
3.2 应力监测方案
在悬臂施工过程中确保施工中桥梁的安全和成桥后的内力状态符合设计要求, 需对主桥合龙段左右各节段分别进行应力监测[6]。采用埋入式钢弦式应变传感器[7]监测混凝土内部应变, 箱梁截面及纵向监测位置如图6、图7所示.
4 监测结果及分析
4.1 线形监测结果及分析
主桥施工过程中, 要随时监测各施工节段的标高, 并与设计标高及计算预测标高对比进行及时的调整, 以保障主桥的顺利合龙。由于工况、测点数目及测量次数之多, 限于篇幅, 故仅以各节段施工完毕 (预应力束张拉完成后) 此工况的H1、H2、H3、H4为例来说明预应力连续梁桥在施工合龙过程中的位移变形情况。其测点高程随节段的变化趋势如图8、图9所示。
由图8、图9可知, 合龙段两侧箱梁顶面测点随节段的不同, 其标高变化幅度不同, 这是因为施工现场复杂的施工环境等原因的影响, 图中节段3和节段4个别测点的标高值突增或突降, 但在节段1和节段2时, 合龙段两侧的高差均在20 mm以内, 同时箱梁底面测点的标高随节段的不同其变化趋势基本一致, 且合龙段两侧的高差也在20 mm以内, 通过对计算模型和各节段标高的调整, 该连续梁桥最终顺利合龙。
4.2 应力监测结果及分析
根据主桥施工方案, 按混凝土浇注后预应力张拉前、预应力第一次张拉后 (中跨合龙段顶板束2束、底板束14束) 、预应力第二次张拉后 (中跨合龙段顶板束4束、底板束6束以及边跨底板束2束) 3个工况进行应变测试。由于工况、测点数目及测量次数之多, 限于篇幅, 故也仅以图6中2点位置为例说明预应力连续梁桥在施工合龙过程中的应力变化情况。其测点应力随工况的变化趋势如图10所示。
由图10可知, 同一工况中, 合龙段两侧对应的节段其应力变化趋势大致相同, 由于复杂的施工现场环境, 个别测点的应力突增或突降, 但这不影响整体结构的安全;通过仿真分析, 计算得到了测点2在不同节段和不同工况中的应力计算值, 由图10看出, 合龙段两侧对应的节段在同一工况中的实际应力值在其计算值附近波动, 应力相差不大, 且实际应力峰值也在规范规定范围之内, 故可认为连续梁桥在合龙段施工过程中是安全的。
5 结 论
a.6个合龙段的实测高程和计算值相差不大, 且合龙段标高高差均在规范容许的范围内, 说明通过线形监测能够保证主桥的顺利合龙和成桥后的线形符合设计要求。
b.实际应力峰值都在规范允许范围之内, 说明通过应力监控能够保证预应力混凝土连续梁桥在施工合龙过程的安全。
c. 通过比较控制截面测点应力的理论值和实测值, 认为两者变化规律基本一致, 而且实测值和理论值也基本吻合, 从而论证了该文采用的仿真分析是合理的。
参考文献
[1]徐君兰.大跨度桥梁施工控制[M].北京:人民交通出版社, 2000.
[2]葛耀君.分段施工桥梁分析与控制[M].北京:人民交通出版社, 2003.
[3]郑凯锋.桥梁结构仿真分析技术研究[J].桥梁建设, 1998, 21.
[4]贾明伦.铁路客运专线连续梁桥的线形监控技术[J].山西建筑, 2010.4, 36 (11) :1-2.
[5]姜晓鹏.连续梁桥的线形监控研究[J].甘肃科技, 2010.4, 26 (8) :1.
[6]王卫锋, 徐郁峰.崖门大桥施工中的应力及温度测量[J].桥梁建设.2003, (1) :31-34.