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应变计组布置特点
来源: | 作者:水利监测人张工 13990298835 | 发布时间: 2024-01-27 | 290 次浏览 | 分享到:
在混凝土内, 应变计组是按点应力状态假定的, 即把整个应变计组作为一个“点”来考虑它的各向应力和主应力。但是应变计组连同其支杆, 大致是一个半径为 0.5m 的球体, 如果作为一个点, 就要求这个球体内没有( 或很小的) 应力梯度和温度梯度, 湿度也没有变化。为了满足这个要求, 应变计组应该埋设在离开边界一定距离( 一般为 2m 以上) 的大体积混凝土内。如要观测坝面混凝土的应力, 应用单支应变计, 其埋设方向必须和坝面平行, 其对应的无应力计埋设在应变计左右侧, 二者距边界的距离相同, 使应变计和无应力计处于同一温度和湿度的条件下。
由应变计实测值计算的总应变中除包括混凝土自身体积变形和温度变形外, 还有湿度变形( 湿胀干缩) , 应以扣除。但目前还没有办法把混凝土的湿度和湿度变形定量地测出来, 无法扣除。而在大体积混凝土内, 可以认为湿度不变, 不必扣除。
为了扣除混凝土自身体积变形, 需在应变计组旁边埋设无应力计。无应力计的套筒多为锥形桶, 高约0.5m, 大口直径约为0.5m, 小口直径约为0.2m, 埋设在应变计组附近( 距离 1~ 1.5m) , 既不能干扰应变计组的应力场, 又要和应变计组的混凝土温度、湿度状态一致, 这也只有在大体积混凝土内才能满足。

应变计组布置的特点
    应变计组只能布置在大体积混凝土内, 其理由是：

    在混凝土内, 应变计组是按点应力状态假定的, 即把整个应变计组作为一个“点”来考虑它的各向应力和主应力。但是应变计组连同其支杆, 大致是一个半径为 0.5m 的球体, 如果作为一个点, 就要求这个球体内没有( 或很小的) 应力梯度和温度梯度, 湿度也没有变化。为了满足这个要求, 应变计组应该埋设在离开边界一定距离( 一般为 2m 以上) 的大体积混凝土内。如要观测坝面混凝土的应力, 应用单支应变计, 其埋设方向必须和坝面平行, 其对应的无应力计埋设在应变计左右侧, 二者距边界的距离相同, 使应变计和无应力计处于同一温度和湿度的条件下。
    由应变计实测值计算的总应变中除包括混凝土自身体积变形和温度变形外, 还有湿度变形( 湿胀干缩) , 应以扣除。但目前还没有办法把混凝土的湿度和湿度变形定量地测出来, 无法扣除。而在大体积混凝土内, 可以认为湿度不变, 不必扣除。
为了扣除混凝土自身体积变形, 需在应变计组旁边埋设无应力计。无应力计的套筒多为锥形桶, 高约0.5m, 大口直径约为0.5m, 小口直径约为0.2m, 埋设在应变计组附近( 距离 1~ 1.5m) , 既不能干扰应变计组的应力场, 又要和应变计组的混凝土温度、湿度状态一致, 这也只有在大体积混凝土内才能满足。
    应变计布置的几个问题
    根据以上讨论可知, 应变计的布置有其局限性。但是, 近年来应变计组布置的部位愈来愈广泛，在有些部位布置应变计组值得商榷。
    小体积混凝土内埋设应变计组
    一些工程在引水隧洞、地下厂房、高压钢管道等地下建筑物的衬砌混凝土中埋设应变计组, 这些衬砌混凝土厚度较薄, 一般不超过 1m, 温度梯度和应力梯度都比较大 , 不能把应变计组作为点应力看待。而且相对于衬砌厚度, 无应力计套筒体积较大,有可能破坏衬砌内的原有应力场, 还可能影响衬砌的强度。云南省某水利工程引水隧洞的衬砌混凝土只有 0.3 m 厚, 按设计要埋设两向应变计组( 一向平行洞壁, 一向垂直洞壁) , 虽然用的是小应变计, 仍不能看作是点应力, 而且无应力计套筒削弱了衬砌结构, 易造成安全隐患。
    钢筋混凝土内埋设应变计组
    虽然整个钢筋混凝土块可能体积很大, 但钢筋之间的混凝土空间一般都很小, 所以也是个小体积内埋设应变计的问题。钢筋间的混凝土体积虽不大, 但应力分布却很复杂 。
在由混凝土自身体积变形、干湿度变形和温度变形等因素引起的非荷载应力作用下, 混凝土内的应力分布很不均匀, 应力变化的梯度很大, 不能视为点应力状态。混凝土内的无应力计套筒也破坏了局部应力场。由此测到的应力不能完全反映真实的混凝土应力。
    面板混凝土中埋设应变计组
    近年来, 在混凝土面板堆石坝的面板中埋设应变计来监测面板混凝土应力的布置方式被广泛地采用。然而面板混凝土实际上是钢筋混凝土结构, 所以这本质上仍是一个钢筋混凝土内埋设应变计的问题, 而且还增加了湿度变化的问题。处于上部( 死水位和最高水位之间) 的面板随库水位变化有时被库水浸泡, 有时出露, 混凝土的湿度也随之变化。由于目前还不能测量混凝土的干湿度, 无法进行湿度补偿, 因而在这个范围内应变计测到的应力是不可靠
的。
   一般面板比较薄, 为避免无应力计套筒破坏面板结构, 常将无应力计埋设在面板底部堆石体内, 或置于单独的混凝土块内并安放在面板上游表面。由于无应力计和应变计组处在不同的位置, 其温度、湿度变化不同步, 用来计算应变和应力都会引起较大的误差。
两向应变计组埋设与安装
    混凝土内部应变计组的安装需要专用的安装附件和配件，将多支应变计按设计要求的数量和方向固定在支座支杆上，终保持正确的位置和方向，仪器观测电缆要集中引线和埋设。

    步骤如下：
    4.1  造坑
          方法一：施工中当混凝土浇筑达到设计埋设应变计组的高程后，根据应变计组的埋设位置，挖一个深 0.6 米，1.2 米左右见方的坑，剔除大于 8cm 的骨料，底部平整出一个混凝土基座面，然后将应变计组安装支座的定位锚杆事先预埋好。
          方法二：施工中当浇筑离设计埋设应变计组的高程相差 0.2m 左右时，在埋设仪器的位置做厚为 200mm 的混凝土基座面，用一无底轻型木板箱（1.2 米×1.2 米×0.6 米），框住应变计组的埋设位置，将装上应变计支座的定位杆固定插入设计位置上。然后在该木板箱周围浇筑混凝土，并随混凝土的升高而逐渐提升木板箱，直至浇筑层达到浇筑高程后取出木板安装应变计组支座前应先固定定位杆，预埋定位杆的作用是固定支座的位置和方向，支座支杆的作用是固定应变计的位置和方向。支杆的数量和位置以及方向按设计要求安装和调
整，随后将应变计按设计编号的顺序安装在支杆上，应变计安装要牢靠，在安装应变计时应手握应变计前端法兰盘旋转，切不可手握应变计其它部位用力旋转。安装埋设时要求使用必要的工具和量具保证应变计组支座支杆的方向和水平度，保证仪器安装角度误差不得超过设计要求的±1°
     4.3  回填混凝土
         应变计组安装完成后要及时核实每支应变计是否完好，如有损坏应及时更换。当观测电缆引出后，用人工将混凝土回填到仪器的周围并仔细捣实，回填时应及时校正仪器的位置和方向，回填混凝土直至略高出坑口后即完成埋设。将安装埋设区安放保护标记，直到混凝土凝固后才能撤除，以防应变计组人为扰动。
    4.4  埋后工作
    应变计组安装就位后应及时测读仪器，待混凝土初凝并水化热结束后，才可将测值设为基准值。根据仪器编号和设计编号作好记录并存档，严格保护好仪器的引出电缆。