TCASMES 220-2023 异形钢拱桥应力控制监测技术规范

ICS93.040CCSP28团体标准T/CASMES220—2023异形钢拱桥应力控制监测技术规范Technicalspecificationforstresscontrolandmonitoringofirregularsteelarchbridges2023-12-04发布2023-12-06实施中国中小企业协会发布T/CASMES220—2023I目次前言.................................................................................II1范围...............................................................................12规范性引用文件.....................................................................13术语和定义.........................................................................14缩略语.............................................................................15总述...............................................................................26应力控制分析.......................................................................27内部应力控制技术...................................................................38焊接技术...........................................................................39监测系统技术.......................................................................4T/CASMES220—2023II前言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由浙江钜实桥梁钢构有限公司提出。本文件由中国中小企业协会归口。本文件起草单位：浙江钜实桥梁钢构有限公司、杭州萧宏建设环境集团有限公司、杭州水电建筑集团有限公司、浙江创新工程检测有限公司、浙江道一工程检测技术有限公司、杭州方平建设工程检测有限公司。本文件主要起草人：孙荣国、周月军、王昕、俞康军、詹鼎杰、王涛锋、张平、谈飞、余甜、王力、鲍志芳、陈龙银、李君超、裘刘中、宋汉波。T/CASMES220—20231异形钢拱桥应力控制监测技术规范1范围本文件规定了异形钢拱桥应力控制监测的总述、应力控制分析、内部应力控制技术、焊接技术、监测系统技术。本文件适用于异形钢拱桥的应力控制和监测。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1异形钢拱桥irregularsteelarchbridge一种非对称性和异形构型的大跨度桥梁结构。3.2应力stress桥梁由于外因而变形时，在桥梁内各部分之间产生相互作用的内力，单位面积上的内力称为应力。3.3应力控制stresscontrol在施工过程中保证桥梁的受力性能。3.4内部应力internalstress当外部荷载去掉以后，仍残存在桥梁内部的应力。3.5单板应力stress所受荷载由单个梁板承受。3.6曲率curvature针对曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率。3.7荷载load使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素。4缩略语下列缩略语适用于本文件。MIG：熔化极惰性气体保护焊（MeltInertGasWelding）T/CASMES220—20232TIG：钨极惰性气体保护焊（TungstenInertGasWelding）5总述应从以下方面实现应力控制：a)尽量消除内部应力，提高材料的韧性，避免出现应力集中和变形等问题；b)采用合适的焊接技术和工艺，保证焊缝的质量和强度，避免产生裂缝和变形；c)建立异形钢拱桥的监测系统，实时监测桥梁的应力状态和变形情况，及时采取措施进行调整和修复。6应力控制分析内部应力分析6.16.1.1单板应力分析在异形钢拱桥上，单板是承受轮压荷载和自重荷载的主要构件。单板的曲率半径大于钢板厚度，由于板的弯曲而产生的应力可近似为平面应变状态，即根据杨氏模量E和泊松比v，可用平面应力场理论计算单板在荷载下的应力状态。在计算单板应力状态时，宜采用有限元方法进行分析。6.1.2纵向应力分析在异形钢拱桥上，弧形主桁架的非对称性和变形等原因会引起纵向应力的集中，荷载和自重产生的变形产生的应力也会影响异形钢拱桥的纵向应力分布。在设计过程中，应采取合适的措施，如采用斜腹杆或采用适当的初始张力等方式减小纵向应力集中的风险。6.1.3横向应力分析在异形钢拱桥中，横向应力主要由横向刚度和荷载引起。在设计过程中，应结合桥梁的使用环境和特点，合理控制横向应力的大小和分布。6.1.4轴向应力分析在异形钢拱桥中，轴向应力由桥墩和主桁之间的相互作用和变形等原因而产生。在设计过程中，应采用适当的桥墩布置和构造方式降低轴向应力的大小和分布。焊接技术分析6.26.2.1焊接工艺异形钢拱桥的焊接工艺应采用合适的焊接工艺和技术，如TIG焊、MIG焊、埋弧焊等，对焊接参数应进行严格控制。6.2.2焊接质量控制在焊接过程中，应采用高品质的焊条和保护气体，严格控制焊接过程中的温度和焊缝的质量，不应产生裂缝和变形等问题。还应采用适当的焊接接头形式和布置方式，提高焊缝的质量和强度。6.2.3焊缝检测T/CASMES220—20233在焊接完成后，应对焊缝进行检测，保证焊接质量和强度的稳定性，焊缝检测可以通过X射线检测、超声波检测、磁粉检测等方法进行。监测系统分析6.36.3.1系统构成监测系统能实现对异形钢拱桥的实时监测和预警，主要由以下部分构成：a)物理传感器：能实时监测桥梁的应力状态和变形情况；b)数据采集设备：能将传感器采集到的数据传输到计算机等终端设备上进行处理；c)数据传输设备：能将数据传输到云端等集中式管理平台上进行存储和分析；d)数据处理与分析软件：能对采集到的数据进行处理和分析。6.3.2系统实施6.3.2.1在设计监测系统时，应根据异形钢拱桥的使用环境和特点，选用合适的传感器和监测设备，并应根据桥梁的特点确定监测系统的布置方式和接线方式。6.3.2.2在实施监测系统时，应采用高可靠性的传感器和监测设备，并采取适当的防护措施。6.3.2.3应建立相关的预警机制和应急管理体系。7内部应力控制技术控制材料7.17.1.1钢材宜作为异形钢拱桥的主要材料，如低合金高强度钢和高强度钢等，其质量应符合国家相关标准的规定。7.1.2使用前应对钢材进行防腐蚀处理，常用的处理方法包括喷涂防腐漆、热浸镀锌等。控制桥梁构型7.2在设计过程中应控制桥梁的构型，以消除应力集中和减少变形，具体如下：a)控制钢拱的高度和宽度：若钢拱的高度过小，会导致应力集中；若钢拱的宽度太大，可能会影响桥梁的美观性和交通能力；b)控制钢拱的曲率半径：钢拱的曲率半径越大，受力情况越平均，内部应力分布也更均匀；c)控制钢拱的圆形度：圆形度不好可能会导致应力集中和变形从而影响使用过程中的稳定性和可靠性。优化设计结构7.3通过优化设计结构，减小异形钢拱桥的内部应力并提高材料的韧性。具体措施如下：a)增加边缘强度：可通过增加钢拱的边缘强度来加强钢拱的承载能力，边缘强度的增加还可减小应力集中，提高钢材的韧性；b)设置支撑杆：应合理设置支撑杆的数量和位置使异形钢拱桥在受到荷载时更稳定；c)增加连续梁：可通过增加连续梁的数量和长度来改善异形钢拱桥的结构使桥梁更稳定、可靠。8焊接技术T/CASMES220—20234应选用高强度、耐腐蚀性的焊接材料。8.1焊接工艺应保证焊缝的质量和强度，并具备稳定性和可操作性。焊接工艺参数包括电流、电压、8.2预热温度、焊接速度等。可采用自动化焊接技术，实现自动定位、智能控制，并可对焊接工艺参数进行调控。8.3可采用X射线探伤、超声波检测、电磁检测、磁性粉检测等方法进行焊接质量检测，也可采用机8.4器视觉、红外成像等技术直观判断焊接质量。9监测系统技术传感器9.19.1.1传感器选用9.1.1.1常见的传感器类型包括应变传感器、位移传感器、温度传感器、加速度传感器等。9.1.1.2异形钢拱桥应选用能够测量桥梁结构受力状态和变形情况的传感器。9.1.1.3高强度异形钢拱桥应选用应变传感器和位移传感器。9.1.2传感器布设位置9.1.2.1传感器的布设位置应根据桥梁的结构特点和设计要求选择。9.1.2.2在异形钢拱桥的监测系统中，常用的布设位置包括拱顶、拱腿、支座、中桥塔、桥面等处。9.1.2.3传感器的布设位置应能够全面、准确地反映桥梁的应力和变形状态，以便通过数据分析和处理提供可靠的预警和诊断服务。9.1.3传感器调试和校正9.1.3.1传感器在安装后应进行调试和校正。9.1.3.2应变传感器应进行标定和线性化处理。9.1.3.3位移传感器应进行零点校正和灵敏度校正等操作。9.1.3.4应对传感器进行防水、防护和防雷等环境保护措施。数据采集系统9.2数据采集系统由以下部分组成。a)数据采集设备：数据采集系统的核心部分，包括传感器信号调节器、模数转换器、数据采集仪等。数据采集设备的选型应根据传感器类型、布设位置和监测需求等因素进行选择，还应考虑设备的可靠性、精度和稳定性等因素。b)数据处理软件：实现数据分析和处理的重要部分，可通过对数据进行滤波、采样、归一化、插值等操作，提取出桥梁的应力和变形状态信息。数据处理软件应具有较高的精度、速度和稳定性，适应异形钢拱桥的监测需求和数据处理要求。c)数据传输设备：将数据从监测现场传输到监测中心的设备。异形钢拱桥应选择高性能的数据传输设备。常见的数据传输方式包括有线传输、无线传输和卫星传输等，应根据具体情况进行选择和优化。预警系统9.3T/CASMES220—20235预警系统通过对监测数据的实时分析，可对桥梁的应力和变形状态进行预警，并及时采取措施加以修复。预警系统的使用应注意以下方面。a)预警指标的选择：预警指标可通过对不同指标的监测和分析，对桥梁的应力和变形状态进行预测和诊断。异形钢拱桥的预警指标应包括桥梁的静力应力、变形量、倾斜度等指标。b)预警阈值的设定：预警阈值可通过对数据的实时监测和分析，设定桥梁的应力和变形状态的合理范围。应根据桥梁的结构特点、监测环境和运行状况等因素，设定不同的预警阈值。c)预警信息的传递和处理：异形钢拱桥应建立完善的预警信息传递通道和处理系统，使监测数据及时、准确地传递到中心，并进行分析和处理，提供预警和应对措施。