振弦式应变计

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    SWS型振弦式应变计、振弦式应变计、混凝土应变计、埋入式应变计

产品用途

    SWS型振弦式应变计适用于长期埋设在水工结构物或其它混凝土结构物内，测量结构物内部的应变量，并可同步测量埋设点的温度。

    应变计加装配套附件可组成多向应变计组、无应力计、岩石应变计等测量应变的仪器。大弹模应变计主要用于高仓位混凝土连续浇筑，如地下连续墙、防渗墙、灌注桩等工程场合。振弦式应变计具有参数识别功能。

产品实物图片

产品规格及主要技术参数 

 注：模数（F）=频率（HZ^2）×10^-3；在防渗墙10米以下的应变计必须采用大弹模应变计(SWS-10M或SWS-15M)。

产品结构及工作原理

    产品结构：SWS型振弦式应变计由前后端座、不锈钢护管、观测电缆、振弦及激振电磁线圈等组成。

    工作原理 ：当被测结构物内部的应力发生变化时，应变计同步感受变形，变形通过前、后端座传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物内部的应变量。同步测量埋设点的温度值。

埋设与安装

    1）应变计应用    

    VWS型应变计仪器经加装一些附件可以组成多向应变计组、无应力计、岩石应变计等测量应变的仪器，这些仪器的工作情况及安装条件各不相同，所以埋设安装方法有所不同。

    2）仪器的准备

    仪器到工地后即刻拆包，检查仪器在运输过程中是否有损坏或丢失，并用读数仪测读校验。仪器表面损坏影响使用的或测读校验困难的仪器，将其单独摆放，或退回厂家更换。

    仔细记录每只应变计的出厂编号，并检查各电缆头上是否有编号标记(没有的补作编号标记)，以便于在电缆引长后识别仪器。仪器电缆接长，应严格按电缆接头的规程操作。

    3）埋设

    每支应变计都应按设计要求的位置和方向定位，并要求埋设应变计用的混凝土和被测结构物所用的混凝土标号相同。埋设前必须对应变计进行一次检测，发现问题可及时处理和更换，防止有故障的应变计被埋设。

    回填混凝土时在应变计附件剔除大于8cm的骨料，人工分层振捣密实。混凝土下料时距仪器1.5cm以上，振捣器距仪器大于半径0.5m。

    也可采用预置埋设槽的方法，该法是预先在仪器埋设部位设置槽模板，待混凝土凝固前拆除埋设槽模板，将仪器安装在槽内，然后人工回填混凝土。埋设完成后应做好标记，以防施工中人为损坏仪器。

    4）混凝土结构物应变计安装

    单向应变计埋设时应首先根据力的方向在坝体或其它结构物上定位，在混凝土浇筑到埋设高程时，在该部位挖尺寸在20×15×15Cｍ左右的坑(仪器测量标距不同)，清除混凝土中直径大于8cm 的骨料，回填混凝土人工捣密实。

    当埋设部位有钢筋时可以将应变计(包括电缆)绑扎在钢筋上, 固定仪器可采用胶带、自锁扎带、细铁丝捆扎，捆扎要保证应变计位置不易移动，但捆扎不能过紧，阻碍应变计变形。观测电缆同样捆扎在钢筋上，但捆扎时也要松弛，靠近仪器的地方要打8回环。

    埋设多向应变计时要用多向应变计安装支座，以固定每个受力方向的应变计。

    应变计埋设前要校对仪器的角度、方向、部位。规范要求：埋设仪器的角度误差应不超过1°，位置误差应不超过2cm。

    应变计就位后用人工捣实应变计周围的混凝土，避免有过大的振动，以免扰动应变计放置的方位或损伤电缆。埋设完成后及时测量应变计，如有损坏及时更换。电缆按规定的走向埋设，并作好电缆的保护。

    仪器的埋设位置、设计编号、仪器编号、电缆长度、埋设前读数、埋设后读数、埋设时的温度、湿度、气压等填表记录，并作好存档。

    5）基岩应变计安装

    基岩应变计用以测量岩体内部的变形，应变计在岩体内不应跨越结构断面，安装在节理发育的岩体内，应变计标距可加长，使被测标距扩大。

     在埋设位置造孔(槽)，孔(槽)径应大于仪器的最大直径4cm～5cm，以便留出回填固结料的空隙，仪器应位于埋设孔中心,孔(槽)内杂质要冲洗干净，排除积水。

    埋设时用膨胀水泥填孔，为了防止膨胀水泥固结时对应变计的影响，可在应变计中间嵌一层2mm厚的隔离材料(如橡皮和油毛毡)，以消除膨胀水泥固结时的变形。

6）防渗墙应变计安装

防渗墙中埋设应变计一般采用两种形式，即钢性和柔性两种，钢性可用钢筋或角钢焊成笼骨架，柔性可用钢丝绳加固定框和承重块做成的吊笼。两种方法都是依靠笼子将应变计绑扎在设计高程，将笼子放入防渗墙的槽中，向防渗墙槽中灌注混凝土。

    A、柔性笼构成部件

a) 铸铁沉重块(在四个角上预埋钢缆挂钩)；

b) 四根一样长短的钢缆；

c) 在固定应变计的部位设置细钢筋定位框；

d) 用钢管做的吊装架；

e) 吊装架的上部留有吊装钢缆。

   B、吊装安装埋设

    沉重块的比重应远大于同标号混凝土的比重，以免防渗墙混凝土浇筑时发生漂移。沉重块的宽度比防渗墙厚度小5～10mm，以免在下放过程中卡在槽壁上。

    安装埋设前应将铸铁沉重块和吊装架用四根一样长短的￠10mm钢缆组装在一起，组装时钢缆扣要用双扣扣紧。悬挂沉重块的四根钢丝绳，每隔5米左右布置细钢筋定位框，以使钢丝绳不缠绕。

    柔性笼采用吊装就位，若防渗墙槽比较深，应分段吊装，分段吊装时在分段处设置吊装挂耳。边往槽下放吊笼，边在设计高程位置固定应变计和无应力计。

    应变计用细铁丝或扎绳固定在钢缆上(按设计要求确定方向)，无应力计悬挂在笼的中央，应变计的观测电缆汇集在一处松弛扎好引出。

   防渗墙混凝土浇筑是连续的，在防渗墙槽中仪器的压力是非常大的，所以埋设在防渗墙10米以下的应变计必须采用大弹模应变计(SWS-10M或SWS-15M)。仪器的布置必须根据不同的埋设高程，设置不同弹模和初始模数的应变计(应变计的弹模和初始模数由厂家根据埋设高程或设计图设定）。

测量数据方法

    SWS型振弦式应变计测量用SW-102型振弦式读数仪或GN-106型全功能读数仪，将测量电缆一头连接读数仪，

将另一头各色夹子对应连接上应变计的输出电缆，黑、红为电源端，白、绿为测量端。

    SWS型振弦式应变计测量用MCU-1X系列自动化采集设备，接入芯线按振弦传感器信号接入；MCU端子接线

柱1（频率 红，+）、2（频率 黑，-）、3（地）、4（温度 绿，+）、5（温度 白，-）。

    SWS型振弦式应变计测量用MCU-32X系列分步式模块化自动测量单元，接入芯线按485信号接入；MCU端子

接线柱1（温度 绿，+）、2（温度 白，-）（黑，-）、3（地）、4（频率 红，+）、5（频率 黑，-）。

    SWS型振弦式应变计观测电缆（五芯水工双护套屏蔽线）与读数仪连接；传感器芯线的红（+）、黑（-）芯

线为频率，激励电压≤5V；白（A）、绿（B）为温度，电阻3K信号输出。

选取基准值

应变计的测量值为实时测量值相对于基准值的变化量，所以基准值选取的准确与否，将直接影响到测值的准确性。

在外荷载变动不大选取相同时间、稳定气温的3次相近的读数，经平均后做为基准值，应变计安装在混凝土中应选取水化热过后的测值。基准值选定后应做好记录，作为计算的基准值。

为使基准值取的更准确，可将以上操作重复进行两次，如果两次测值基本相同(误差≤0.5％F.S)，则证明基准值取值正确。

应变计的测量值出现偏差时，可用以上方法重新校准基准值。

计算方法

    1) 当外界温度恒定应变计仅受到轴向变形时，其应变量ε与输出的频率模数△F具有如下线性关系：

    ε= k×△F

    △F = F - F0

    式中：ε—应变计的测量值，单位为10-6；

              k—应变计的测量灵敏度，单位为10-6/F；

            △F—应变计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；

              F—应变计的实时测量值，单位为F；

            F0—应变计的基准值，单位为F。

    2) 当应变计不受外力作用时(仪器两端标距不变)，而温度增加△T时，应变计有输出量△F´，这个输出量是由温度变化而造成的，因此在计算时应给以扣除。

        实验可知△F´与△T具有下列线性关系：

    ε´=K×△F´+ b×△T = 0

    k×△F´= -b×△T

    △T = T - T0

    式中：b—应变计的温度修正系数，单位为10-6/℃；

            △T—温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；

              T—温度的实时测量值，单位为℃；

             T0—温度的基准值，单位为℃。

    3) 埋设在水工结构物或其它混凝土结构物中的应变计，受到的是变形和温度的双重作用，此时的温度修正系数为应变计的温度修正系数与被测结构物的线膨胀系数之差，

      因此应变计一般计算公式为：

    εm= k×△F + b′×△T = k×(F - F0)+(b -α)×(T - T0)

     式中：εm—被测结构物的应变量，单位为10-6；

                  α—被测结构物的线膨胀系数，单位为10-6／℃；

     混凝土的线膨胀系数通常取值为：α≈8～12×10-6/℃。

    4) 应变计的计算工程值乘以被测物的弹模可得被测物的应力。

     σ=(k×(F-F₀) + (b-α) × (T-T₀)) × E

    式中：α—被测结构物的线膨胀系数，单位为10-6／℃；

               b—应变计的温度修正系数，单位为10-6/℃；

               K，F，F₀，T，T₀——同上公式说明。

               E—被测物弹模（具体可咨询13990298835葛南水利监测人）

    注：钢弦的膨胀系数12.2με/℃，混凝土温度膨胀系数10.4με/℃ 。钢模弹模206000mpa×10-6/℃，混凝土弹模3.00×10⁴N/mm²。

SW-102B型振弦式读数仪（测量SWS-10）

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