[科普中国]-混凝土建筑物应力监测

发展概况

混凝土应力监测工作早在1926年即已开始，美国内政部垦务局在加利福尼亚州的史蒂文森溪（Stevenson Creek）拱坝上观测蓄水放水应力，使用了140支遥测碳棒应变计观测应变。1931年美国的卡尔逊（R.W.Carlson）研制成一系列差动电阻式仪器，于1933年在莫里斯（Morris）坝上试用，1944年建成的夏斯塔（Shasta）坝埋设了大量的卡尔逊仪器，取得了丰富的观测成果，应力监测技术和监测仪器达到实用阶段。卡尔逊进一步研制了直接测量混凝土压应力的压应力计，到1952年已生产应用，应力监测技术更加成熟。

从20世纪30年代起，一些欧洲国家研制了钢弦式应变计，并得到普遍应用。60年代开始，日本研究贴片式监测仪器。到70年代，这种以电阻应变片制作传感元件的仪器投入应用，在日本已取代差动电阻式仪器。

随着电子技术的发展和应用，美国、瑞士、日本等国家研制并生产了差动电阻式仪器的数字显示的小型测量仪表，并在大型水电站安装使用自动化的数据采集和处理系统。与此同时，欧洲一些国家也实现了钢弦式仪器监测的自动化。

中国混凝土坝应力监测始于20世纪50年代。最初在三门峡i流溪河、上犹江、梅山和佛子岭水库等混凝土坝上埋设差动电阻式仪器i由于仪器性能差，经验不足，没有取得成果。60年代以来，许多大型工程(如刘家峡水电站、新安江水电站、葛洲坝水利枢纽、龙羊峡水电站等)的混凝土坝都埋设了应力监测仪器，取得了监测成果。到80年代中期，研制成功了差动电阻式仪器的自动采集和数据处理系统，并创造了用五芯电缆连接仪器的“五芯测法”，完全消除了电缆电阻对仪器监测数据的影响，提高了长期监测的准确度。90年代中期，分布式大坝监测自动化系统研制成功并得到推广应用，使应力监测更加准确、快捷。1

监测方法(1)间接监测法

在混凝土建筑物内部埋设单支或成组的应变计及无应力计，用电阻比电桥或专用检测仪表测量这些仪器的监测数据。由应变计的监测数据可计算出混凝土在荷载和其他因素作用下的总应变，由无应力计的监测数据可计算出非应力应变，从混凝土总应变中扣除非应力应变后即得到混凝土的应力应变，再运用混凝土徐变试验资料即可从应力应变计算出混凝土应力。

(2)直接观测法

对于压应力方向比较明确的部位，可以利用应力计直接测量混凝土内的压应力。由于仪器结构上的原因，不能测量混凝土内的拉应力，因此这种方法只适用于已知的混凝土受压区。2

监测布置根据坝型、结构特点、地质条件和基础处理、应力状态及分层分块施工情况等，合理地选择垂真于坝轴线的监测断面及水平监测截面，布置相应的监测测点。

应力监测测点所需布置的仪器取决于应力状态。在平面应力状态下，一般布置4支应变计。其中1支水平；1支垂直；2支分别与水平和垂直应变计构成45°角。这4支仪器形成一个平面，称四向应变计组。在平面应变状态下，一般布置5支应变计，除按平面应力状态布置的应变计组外，在垂直仪器平面方向布置1支应变计，称五向应变计组。在空间应力状态下，一般布置七向应变计组或九向应变计组，3支应变计沿3个坐标轴方向，其余6支应变计与坐标轴成45°角。每一应变计组附近都需要布置1支无应力计，为应变监测数据计算提供实测的混凝土非应力应变。已知主应力方向的平面应力状态测点可以布置单向或两向应变计。应力计一般只在测点上布置1支，使受压平面垂直于所测压应力方向。1

资料整理混凝土应力监测资料应按规范要求及时整理计算，获得测点的主应力、最大剪应力等最终的监测成果。根据这些应力监测成果可以研究分析结构物的实际工作状态，进一步利用统计理论和力学理论分析应力监测成果，以便研究某种主要荷载作用下的应力状态，与模型试验及结构计算成果进行对比，从而改进设计计算方法并为安全评估和实际运行提供依据。1