[科普中國]-混凝土建筑物應(yīng)力監(jiān)測

發(fā)展概況

混凝土應(yīng)力監(jiān)測工作早在1926年即已開始，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）拱壩上觀測蓄水放水應(yīng)力，使用了140支遙測碳棒應(yīng)變計觀測應(yīng)變。1931年美國的卡爾遜（R.W.Carlson）研制成一系列差動電阻式儀器，于1933年在莫里斯（Morris）壩上試用，1944年建成的夏斯塔（Shasta）壩埋設(shè)了大量的卡爾遜儀器，取得了豐富的觀測成果，應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)和監(jiān)測儀器達到實用階段?？栠d進一步研制了直接測量混凝土壓應(yīng)力的壓應(yīng)力計，到1952年已生產(chǎn)應(yīng)用，應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)更加成熟。

從20世紀(jì)30年代起，一些歐洲國家研制了鋼弦式應(yīng)變計，并得到普遍應(yīng)用。60年代開始，日本研究貼片式監(jiān)測儀器。到70年代，這種以電阻應(yīng)變片制作傳感元件的儀器投入應(yīng)用，在日本已取代差動電阻式儀器。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，美國、瑞士、日本等國家研制并生產(chǎn)了差動電阻式儀器的數(shù)字顯示的小型測量儀表，并在大型水電站安裝使用自動化的數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。與此同時，歐洲一些國家也實現(xiàn)了鋼弦式儀器監(jiān)測的自動化。

中國混凝土壩應(yīng)力監(jiān)測始于20世紀(jì)50年代。最初在三門峽i流溪河、上猶江、梅山和佛子嶺水庫等混凝土壩上埋設(shè)差動電阻式儀器i由于儀器性能差，經(jīng)驗不足，沒有取得成果。60年代以來，許多大型工程(如劉家峽水電站、新安江水電站、葛洲壩水利樞紐、龍羊峽水電站等)的混凝土壩都埋設(shè)了應(yīng)力監(jiān)測儀器，取得了監(jiān)測成果。到80年代中期，研制成功了差動電阻式儀器的自動采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并創(chuàng)造了用五芯電纜連接儀器的“五芯測法”，完全消除了電纜電阻對儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，提高了長期監(jiān)測的準(zhǔn)確度。90年代中期，分布式大壩監(jiān)測自動化系統(tǒng)研制成功并得到推廣應(yīng)用，使應(yīng)力監(jiān)測更加準(zhǔn)確、快捷。1

監(jiān)測方法(1)間接監(jiān)測法

在混凝土建筑物內(nèi)部埋設(shè)單支或成組的應(yīng)變計及無應(yīng)力計，用電阻比電橋或?qū)Ｓ脵z測儀表測量這些儀器的監(jiān)測數(shù)據(jù)。由應(yīng)變計的監(jiān)測數(shù)據(jù)可計算出混凝土在荷載和其他因素作用下的總應(yīng)變，由無應(yīng)力計的監(jiān)測數(shù)據(jù)可計算出非應(yīng)力應(yīng)變，從混凝土總應(yīng)變中扣除非應(yīng)力應(yīng)變后即得到混凝土的應(yīng)力應(yīng)變，再運用混凝土徐變試驗資料即可從應(yīng)力應(yīng)變計算出混凝土應(yīng)力。

(2)直接觀測法

對于壓應(yīng)力方向比較明確的部位，可以利用應(yīng)力計直接測量混凝土內(nèi)的壓應(yīng)力。由于儀器結(jié)構(gòu)上的原因，不能測量混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力，因此這種方法只適用于已知的混凝土受壓區(qū)。2

監(jiān)測布置根據(jù)壩型、結(jié)構(gòu)特點、地質(zhì)條件和基礎(chǔ)處理、應(yīng)力狀態(tài)及分層分塊施工情況等，合理地選擇垂真于壩軸線的監(jiān)測斷面及水平監(jiān)測截面，布置相應(yīng)的監(jiān)測測點。

應(yīng)力監(jiān)測測點所需布置的儀器取決于應(yīng)力狀態(tài)。在平面應(yīng)力狀態(tài)下，一般布置4支應(yīng)變計。其中1支水平；1支垂直；2支分別與水平和垂直應(yīng)變計構(gòu)成45°角。這4支儀器形成一個平面，稱四向應(yīng)變計組。在平面應(yīng)變狀態(tài)下，一般布置5支應(yīng)變計，除按平面應(yīng)力狀態(tài)布置的應(yīng)變計組外，在垂直儀器平面方向布置1支應(yīng)變計，稱五向應(yīng)變計組。在空間應(yīng)力狀態(tài)下，一般布置七向應(yīng)變計組或九向應(yīng)變計組，3支應(yīng)變計沿3個坐標(biāo)軸方向，其余6支應(yīng)變計與坐標(biāo)軸成45°角。每一應(yīng)變計組附近都需要布置1支無應(yīng)力計，為應(yīng)變監(jiān)測數(shù)據(jù)計算提供實測的混凝土非應(yīng)力應(yīng)變。已知主應(yīng)力方向的平面應(yīng)力狀態(tài)測點可以布置單向或兩向應(yīng)變計。應(yīng)力計一般只在測點上布置1支，使受壓平面垂直于所測壓應(yīng)力方向。1

資料整理混凝土應(yīng)力監(jiān)測資料應(yīng)按規(guī)范要求及時整理計算，獲得測點的主應(yīng)力、最大剪應(yīng)力等最終的監(jiān)測成果。根據(jù)這些應(yīng)力監(jiān)測成果可以研究分析結(jié)構(gòu)物的實際工作狀態(tài)，進一步利用統(tǒng)計理論和力學(xué)理論分析應(yīng)力監(jiān)測成果，以便研究某種主要荷載作用下的應(yīng)力狀態(tài)，與模型試驗及結(jié)構(gòu)計算成果進行對比，從而改進設(shè)計計算方法并為安全評估和實際運行提供依據(jù)。1