基于温度影响修正的拱桥挠度监测方法

技术领域

本发明属于桥梁监测技术领域，具体涉及了一种基于温度影响修正的拱桥挠度监测方法。

背景技术

为了掌握桥梁的技术状态和了解其承载能力，定期对桥梁进行检测或监测十分必要，而载荷试验是最直接的判断桥梁承载能力的检测方法，试验时主拱肋的挠度是非常重要的判断依据之一，因此准确测量主拱肋的挠度是否必要。

通常钢箱或钢管拱肋由于长期暴露于室外环境下，其表面的温度场不可避免的受到外部环境的影响，尤其是在光照作用下，圆钢管构件的温度分布呈现非均匀的特点，随着光照条件的变化，拱肋表面的温度场也会随之变化。特别是对于空心钢管拱肋拱桥而言的温差变形更加明显。一般在检测桥梁时，往往会忽略空心钢管拱肋变形造成的测量误差，而为了降低这种误差经常会选择在晚上温度影响较低时进行；但这些操作增加了操作难度的同时，依然无法有效消除影响，检测数据精度无法得到进行进一步提高。

专利CN201410160000.8公开一种精确测量吊索(杆)拱桥主拱肋挠度的方法及其装置，包括以下步骤：在桥址附近稳定的地基上埋设方便水准测量的基准点；在主拱肋的测试截面悬吊一根钢绞线，钢绞线下端挂一重锤使钢绞线绷紧；在重锤侧面捆绑位移计，位移计指针抵触在水平牢固粘在桥面的钢垫板上，用以测量加载时桥面和主拱肋的相对挠度Δ1；在钢垫板上布设有桥面挠度观测点，使用精密水准仪，在试验加载前后分别按照二等水准测量标准，选用闭合路线从基准点引测，两次测量计算出其高程的变化量Δ2；根据几何关系，计算主拱肋试验加载时的挠度Δ＝Δ2-Δ1。上述方案虽然提供了一种主拱肋挠度的测量方案，但依然没有消除光照带来的温差影响，特别是该方案操作明显只能在白天进行，温差影响是否明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于温度影响修正的拱桥拱肋挠度监测方法。本发明通过消除测量拱肋的挠度时的光照温差带来的变形影响，提高挠度测量精度。

本发明采用了以下技术方案：

一种基于温度影响修正的拱桥挠度监测方法，主要是对钢箱或钢管拱桥的拱肋挠度进行监测的方法，包括以下步骤：

步骤一，时间为t

步骤二，时间为t

步骤三，基于时间为t

步骤四，计算主拱肋在荷载作用下剔除日照温度影响后的实测真实挠度值Δ＝Δ

在有限元软件中，建立拱桥有限元模型，求得在荷载作用下拱肋的理论计算挠度值Δ

本发明进一步说明，步骤一中温度值T

本发明进一步说明，所述的稳态温度场表达式，具体为：

等效整体温度

测量点钢管拱肋的最大温差Δu＝u

其中：

在上述式子中：R为钢管拱肋的外半径；θ为钢管拱肋截面外径上的任意两点间的圆心角；u

本发明进一步说明，所述的稳态温度场表达式是利用傅里叶定律推导光照条件下钢箱或空心钢管拱肋截面表面温度分布解析式，具体为：

1)以空心钢管为例说明，阳光相对于钢管截面水平线角度的影响，忽略阳光的方位角，在仅考虑阳光高度角的情况下设钢管拱截面圆心与日心连线交钢管拱外径于n点，钢管拱截面外径上的任一点m与n点间的圆心角为θ，则两点受到的光照强度间的关系式为J

2)在dt的时间内，在圆心角为dθ内的拱壁吸收的热量：

其中，R为钢管拱的外半径；

在光线的照射下，钢结构会产生由外到内的不均匀升温，使结构产生弯曲；依照傅里叶定律，钢管在光照下存在以下关系：

当物体内的热量为稳态时有

q(c,t)+p

式中：c表示钢管拱壁线长度，J

3)在以北京时间为标准记录的24小时中，太阳辐射在同一时段的强度和方向会随地球上的四季变化而变化；按照经验解析式，太阳的最大辐射强度J

I

δ＝23.45°sin[284+N] (8)

t

θ

τ＝(12-t)×15° (12)

sinθ

cosθ

J

式中，I

4)当钢管处于热平衡状态即钢管上各点的温度都处于稳态时，根据光照条件，可以解算出两个边界条件解析式分别为：

q(θ)＝β[u(θ)-u

当拱肋温度处于稳态时，有q(c,t)＝q(θ)。

根据式(18)可以得到方程：

式中，β表示空气对流热交换系数，根据经验解析式

根据式(6)及式(18)及式(19)可以得到解析式：

加入代数进行换算，换算表为：

依照式(17)～式(20)，可以推导钢管表面的稳态温度：

钢管拱表面的换算整体温度通过以下解析式计算：

钢管拱肋的最大温度差为：

Δu＝u

以上的解析式都是假定钢管拱肋在光照条件下瞬间达到稳态作为前提条件。

本发明的优点：

本发明中通过构建钢管拱肋在光照下的稳态温度场表达式，能够快速获取得到拱肋挠度测量时的拱肋的温差，并结合midas civil有限元软件计算模拟得到拱肋竖直方向变形数据，从而在计算拱肋试验加载时的挠度时减去该值的影响，使得检测数据的精度更高且试验作业不受时间限制，试验环境更加安全。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步说明。

实施例：

一种基于温度影响修正的拱桥挠度监测方法，主要是对钢箱或钢管拱桥的拱肋挠度进行监测的方法，包括以下步骤：

步骤一，时间为t

步骤二，时间为t

步骤三，基于时间为t

步骤四，计算主拱肋在荷载作用下剔除日照温度影响后的实测真实挠度值Δ＝Δ

在有限元软件中，建立拱桥有限元模型，求得在荷载作用下拱肋的理论计算挠度值Δ

上述步骤一中温度值T

本实施例采用的稳态温度场表达式，具体为：

等效整体温度

测量点钢管拱肋的最大温差Δu＝u

其中：

在上述式子中：R为钢管拱肋的外半径；θ为钢管拱肋截面外径上的任意两点间的圆心角；u

工程实例：

某主跨150m的钢箱拱桥，在L/2、7L/8、6L/8分布布置挠度测点1、测点2、测点3，时间为t

表1拱桥拱肋受力技术状态参数计算表

通过上述工程实例，可以知道按照本发明实施后可以取得良好的技术效果。

显然，上述实施例仅仅是为了清楚的说明本发明所作的举例，而并非对本发明实施的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。