[科普中国]-水工建筑物应力监测

简介

水工建筑物应力监测是指运用监测仪器和设备，对水工建筑物在内、外部荷载和各种因素作用下引起的应力大小、分布及其变化所进行的监测。应力监测的目的:①通过监测了解水工建筑物内部实际应力的大小、方向和分布，以检验建筑物中应力是否超出材料的强度极限，分析判断建筑物产生裂缝及其扩展甚至破坏的可能性，以便及时采取措施，保证工程安全。②将实测成果与设计假定数据对比，以检验设计假定数据、计算方法和施工方法的合理性，为以后设计和施工选取数据和方法提供资料1。

水工建筑物应力监测的监测项目包括混凝土应力监测、钢筋应力监测、钢板应力监测和土压力监测。

(1)混凝土应力监测。将应变计和无应力计埋设在混凝土内，用检测设备通过应变计和无应力计测量混凝土应变及混凝土的非应力应变，利用徐变资料和监测数据进行计算，求得测点的混凝土应力。对于己知的压应力区，可以采用应力计直接测量混凝土的压应力。

(2)钢筋应力监测。将钢筋计焊接在受力钢筋上，同时在钢筋周围的混凝土内埋设无应力计和应变计，通过这些仪器的监测数据计算钢筋应力和钢筋与混凝土接触处的混凝土应力。

(3)钢板应力监测。在钢管、蜗壳等水工钢结构上焊接专用夹具，安装小应变计，通过应变监测数据计算钢板内的应力。

(4)土压力监测。采用土压计和孔隙水压力计监测土体内的应力和孔隙水压力或监测水工建筑物边界上承受的土压力和孔隙水压力。通过计算可以从土压计和孔隙水压力计的监测数据确定土体内或建筑物边界上土的有效应力2。

水工建筑物应力监测的国际发展概况水工混凝土建筑物的应力监测开始于1926年，美国内政部垦务局在加利福尼亚州的史蒂文森溪(Stevenson Creek)拱坝上进行了混凝土应变监测，通过计算确定拱坝应力分布，研究拱坝计算方法。20世纪30年代，美国和欧洲相继发展了差动电阻式和振弦式两种监测仪器，美国在胡佛、大古力(Urand Coulee)、夏斯塔（ Shasta）等混凝土大坝上进行了应力应变观测。1952年美国卡尔逊(R. W. Carlson)研制的应力计达到实用阶段，用以直接测量混凝土压应力。1916年德国戈德贝克(A. J. Uoldbeck)研制了一种土压力盒，用于土压力监测。20世纪60年代以来，许多高土石坝中都开展了土压力监测项目。由于应力监测的复杂性，混凝土应力和土压力的监测仪器和监测技术还有待进一步研究和提高。

水工建筑物应力监测的国内发展概况中国水工混凝土应力监测开始于20世纪50年代中期。60年代以来兴建的混凝土大坝中一般都开展了应力监测，埋设了国产差阻式仪器;70年代以来国产差阻式仪器产品形成系列，满足了大坝建设需要。中国土压力监测开始于60年代，浙江横山土坝的土压力监测取得了一定成果，国产钢弦式土压力盒在土体应力，特别是在边界土应力监测中得到应用。80年代研制了性能较好的钢弦式、电阻片式土压计，为高土石坝的土应力监测创造了条件。80年代中期自动化的监测系统和数字式仪表开始在应力监测中应用，提高了监测速度和准确度。90年代中期，分布式大坝监测自动化系统研制成功并推广应用，进一步为应力监测提供了先进手段3。