[发明专利]利用钢弦式表面应变传感器量测隧道型钢拱架应力的方法

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种隧道监控量测方法，尤其是涉及一种利用钢弦式表面应变传感器量测隧道型钢拱架应力的方法。

二、背景技术：

背景技术中，随着公路交通事业的蓬勃发展，公路隧道的数量和建设规模急剧扩大，面临的技术难题越来越多。在围岩级别较差的隧道中，早期围岩压力增长较快，需要及时提供强有力的支护，尤其对于砂、卵石、土夹层、大面积淋水地段以及围岩大变形地段，必须采取强有力的初期支护，确保支护强度和刚度及时、有效。初期支护结构中，型钢拱架发挥着巨大的作用，对抑制围岩变形可以起到至关重要的作用，因此，在施工过程中对型钢拱架应力进行监控量测的重要性就不言而喻了。

目前，型钢拱架应力量测方法比较多，按照测试元件种类来分，常用的有机械式和钢弦式两种。机械式常用的是千分表；钢弦式常用的是钢筋应力传感器。

千分表法是将测杆底座和表座焊在钢架内缘上，测杆（钢筋）焊于测杆底座上，千分表固定在表座上，触头顶在测杆上。这种方法量测型钢钢架应力时，量测的是圆弧拱弦的变形，并不能代替圆弧拱的变形，因而存在一定的误差；探头的安装比较烦琐，且只能量测型钢钢架内缘变形，无法量测外缘变形；而且具有机械式量测元件普遍的缺点，即不便于远距离量测。

钢筋应力传感器法将钢筋应力传感器直接焊在型钢钢架内缘上，来量测型钢钢架的变形，这种方法和千分表法的原理基本一致，也是用弦的变化来代替圆弧拱的变化，存在一定得误差。量测型钢拱架应力时，因为钢筋应力传感器一般采用强度高、优质的钢材，焊接后对所测部位的型钢拱架起到了加固作用，故所量测的变形值并不是型钢拱架本身的受力变形值，而是型钢拱架和钢筋应力传感器共同受力产生的变形值。此外，喷射混凝土后钢筋应力传感器被包裹在喷射混凝土中，测试结果会受到影响，尤其是喷射混凝土在凝固过程中水化热产生的温度效应，使得测试数据偏高。

因此，采用千分表和钢筋应力传感器量测隧道型钢拱架应力时存在以上诸多不足。

三、发明内容：

本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种利用钢弦式表面应变传感器量测隧道型钢拱架应力的方法，其能够真实的反映型钢拱架的应力和应变，测试方便，量测精度高。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为 ：

一种利用钢弦式表面应变传感器量测隧道型钢拱架应力的方法，其特征在于：在隧道型钢拱架的上、下缘分别安装钢弦式表面应变传感器，量测型钢拱架受力后的应变值，然后通过计算获得隧道型钢拱架应力值。

钢弦式表面应变传感器安装在隧道型钢拱架上、下缘的表面，使两者之间连接紧密，确保应变传感器和型钢拱架变形一致。

钢弦式表面应变传感器安装完毕后，在表面覆盖铁皮盒进行保护，再用锚固剂对铁皮盒进行密封和锚固。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

本发明能够真实反映型钢拱架应力和应变；钢弦式表面应变传感器安装方便快捷，施工难度小；特制的铁皮盒不仅可以避免传感器敏感部位与喷射混凝土直接接触而遭到损坏，而且还可以避免传感器和型钢拱架共同变形时受到的喷射混凝土阻力，确保测量数据准确；长距离测试方便、精度和灵敏度高、长期稳定性好、电缆不受潮湿。

四、具体实施方式：

本发明为一种利用钢弦式表面应变传感器量测隧道型钢拱架应力的方法，具体步骤为：将钢弦式表面应变传感器安装在型钢拱架的上、下缘表面，由于两者之间连接紧密，从而传感器和型钢拱架的变形相一致；传感器内部采用波纹管或弹簧，而波纹管和弹簧灵敏度很高，则型钢拱架产生的微小变形也能被传感器量测；用铁皮盒将表面应变传感器保护起来，避免喷射混凝土对量测结果的影响。

实施例：

在某一测点位置的上缘、下缘安装一对传感器，先将带有标定杆的支架焊接在型钢拱架翼缘板上，待支架冷却后将表面应变传感器放在支架上进行调试，调试过程中不可过分用力，确保表面应变传感器的初始频率准确，初始频率为应变为零时对应的频率。调试完毕后，用铁皮盒将表面应变传感器保护起来，以防止喷射混凝土影响传感器正常工作，而且还可以避免传感器和钢架共同变形时受到的喷射混凝土阻力，确保测量数据准确，最后用锚固剂将预制铁皮盒密封、锚固。量测型钢拱架受力后所发生的应变值，然后通过计算获得钢架的应力值。