[科普中國]-水工建筑物應(yīng)力監(jiān)測

簡介

水工建筑物應(yīng)力監(jiān)測是指運(yùn)用監(jiān)測儀器和設(shè)備，對水工建筑物在內(nèi)、外部荷載和各種因素作用下引起的應(yīng)力大小、分布及其變化所進(jìn)行的監(jiān)測。應(yīng)力監(jiān)測的目的:①通過監(jiān)測了解水工建筑物內(nèi)部實(shí)際應(yīng)力的大小、方向和分布，以檢驗(yàn)建筑物中應(yīng)力是否超出材料的強(qiáng)度極限，分析判斷建筑物產(chǎn)生裂縫及其擴(kuò)展甚至破壞的可能性，以便及時(shí)采取措施，保證工程安全。②將實(shí)測成果與設(shè)計(jì)假定數(shù)據(jù)對比，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)假定數(shù)據(jù)、計(jì)算方法和施工方法的合理性，為以后設(shè)計(jì)和施工選取數(shù)據(jù)和方法提供資料1。

水工建筑物應(yīng)力監(jiān)測的監(jiān)測項(xiàng)目包括混凝土應(yīng)力監(jiān)測、鋼筋應(yīng)力監(jiān)測、鋼板應(yīng)力監(jiān)測和土壓力監(jiān)測。

(1)混凝土應(yīng)力監(jiān)測。將應(yīng)變計(jì)和無應(yīng)力計(jì)埋設(shè)在混凝土內(nèi)，用檢測設(shè)備通過應(yīng)變計(jì)和無應(yīng)力計(jì)測量混凝土應(yīng)變及混凝土的非應(yīng)力應(yīng)變，利用徐變資料和監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，求得測點(diǎn)的混凝土應(yīng)力。對于己知的壓應(yīng)力區(qū)，可以采用應(yīng)力計(jì)直接測量混凝土的壓應(yīng)力。

(2)鋼筋應(yīng)力監(jiān)測。將鋼筋計(jì)焊接在受力鋼筋上，同時(shí)在鋼筋周圍的混凝土內(nèi)埋設(shè)無應(yīng)力計(jì)和應(yīng)變計(jì)，通過這些儀器的監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算鋼筋應(yīng)力和鋼筋與混凝土接觸處的混凝土應(yīng)力。

(3)鋼板應(yīng)力監(jiān)測。在鋼管、蝸殼等水工鋼結(jié)構(gòu)上焊接專用夾具，安裝小應(yīng)變計(jì)，通過應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算鋼板內(nèi)的應(yīng)力。

(4)土壓力監(jiān)測。采用土壓計(jì)和孔隙水壓力計(jì)監(jiān)測土體內(nèi)的應(yīng)力和孔隙水壓力或監(jiān)測水工建筑物邊界上承受的土壓力和孔隙水壓力。通過計(jì)算可以從土壓計(jì)和孔隙水壓力計(jì)的監(jiān)測數(shù)據(jù)確定土體內(nèi)或建筑物邊界上土的有效應(yīng)力2。

水工建筑物應(yīng)力監(jiān)測的國際發(fā)展概況水工混凝土建筑物的應(yīng)力監(jiān)測開始于1926年，美國內(nèi)政部墾務(wù)局在加利福尼亞州的史蒂文森溪(Stevenson Creek)拱壩上進(jìn)行了混凝土應(yīng)變監(jiān)測，通過計(jì)算確定拱壩應(yīng)力分布，研究拱壩計(jì)算方法。20世紀(jì)30年代，美國和歐洲相繼發(fā)展了差動電阻式和振弦式兩種監(jiān)測儀器，美國在胡佛、大古力(Urand Coulee)、夏斯塔（ Shasta）等混凝土大壩上進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變觀測。1952年美國卡爾遜(R. W. Carlson)研制的應(yīng)力計(jì)達(dá)到實(shí)用階段，用以直接測量混凝土壓應(yīng)力。1916年德國戈德貝克(A. J. Uoldbeck)研制了一種土壓力盒，用于土壓力監(jiān)測。20世紀(jì)60年代以來，許多高土石壩中都開展了土壓力監(jiān)測項(xiàng)目。由于應(yīng)力監(jiān)測的復(fù)雜性，混凝土應(yīng)力和土壓力的監(jiān)測儀器和監(jiān)測技術(shù)還有待進(jìn)一步研究和提高。

水工建筑物應(yīng)力監(jiān)測的國內(nèi)發(fā)展概況中國水工混凝土應(yīng)力監(jiān)測開始于20世紀(jì)50年代中期。60年代以來興建的混凝土大壩中一般都開展了應(yīng)力監(jiān)測，埋設(shè)了國產(chǎn)差阻式儀器;70年代以來國產(chǎn)差阻式儀器產(chǎn)品形成系列，滿足了大壩建設(shè)需要。中國土壓力監(jiān)測開始于60年代，浙江橫山土壩的土壓力監(jiān)測取得了一定成果，國產(chǎn)鋼弦式土壓力盒在土體應(yīng)力，特別是在邊界土應(yīng)力監(jiān)測中得到應(yīng)用。80年代研制了性能較好的鋼弦式、電阻片式土壓計(jì)，為高土石壩的土應(yīng)力監(jiān)測創(chuàng)造了條件。80年代中期自動化的監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)字式儀表開始在應(yīng)力監(jiān)測中應(yīng)用，提高了監(jiān)測速度和準(zhǔn)確度。90年代中期，分布式大壩監(jiān)測自動化系統(tǒng)研制成功并推廣應(yīng)用，進(jìn)一步為應(yīng)力監(jiān)測提供了先進(jìn)手段3。