混凝土建築物應力監測是指通過埋設在混凝土建築物表面和內部的監測儀器和設備，對混凝土建築物在荷載和其他因素作用下產生的應力及其變化情況所進行的量測。其目的是了解建築物的應力狀態，用以分析建築物工作狀況是否正常，評估建築物的安全程度，為工程的安全運行和維修加固提供科學依據，同時也為評價施工質量、改進設計提供實測資料。
基本介紹
- 中文名：混凝土建築物應力監測
- 外文名：stress monitoring of concrete structure
- 目的：了解建築物的應力狀態等
- 儀器：應變計、無應力計等
- 方法：間接監測、直接檢測
- 學科：水利工程
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發展概況
混凝土應力監測工作早在1926年即已開始，美國內政部墾務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力，使用了140支遙測碳棒應變計觀測應變。1931年美國的卡爾遜（R.W.Carlson）研製成一系列差動電阻式儀器，於1933年在莫里斯（Morris）壩上試用，1944年建成的夏斯塔（Shasta）壩埋設了大量的卡爾遜儀器，取得了豐富的觀測成果，應力監測技術和監測儀器達到實用階段。卡爾遜進一步研製了直接測量混凝土壓應力的壓應力計，到1952年已生產套用，應力監測技術更加成熟。
從20世紀30年代起，一些歐洲國家研製了鋼弦式應變計，並得到普遍套用。60年代開始，日本研究貼片式監測儀器。到70年代，這種以電阻應變片製作感測元件的儀器投入套用，在日本已取代差動電阻式儀器。
隨著電子技術的發展和套用，美國、瑞士、日本等國家研製並生產了差動電阻式儀器的數字顯示的小型測量儀表，並在大型水電站安裝使用自動化的數據採集和處理系統。與此同時，歐洲一些國家也實現了鋼弦式儀器監測的自動化。
中國混凝土壩應力監測始於20世紀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差動電阻式儀器i由於儀器性能差，經驗不足，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)的混凝土壩都埋設了應力監測儀器，取得了監測成果。到80年代中期，研製成功了差動電阻式儀器的自動採集和數據處理系統，並創造了用五芯電纜連線儀器的“五芯測法”，完全消除了電纜電阻對儀器監測數據的影響，提高了長期監測的準確度。90年代中期，分散式大壩監測自動化系統研製成功並得到推廣套用，使應力監測更加準確、快捷。
監測方法
(1)間接監測法
在混凝土建築物內部埋設單支或成組的應變計及無應力計，用電阻比電橋或專用檢測儀表測量這些儀器的監測數據。由應變計的監測數據可計算出混凝土在荷載和其他因素作用下的總應變，由無應力計的監測數據可計算出非應力應變，從混凝土總應變中扣除非應力應變後即得到混凝土的應力應變，再運用混凝土徐變試驗資料即可從應力應變計算出混凝土應力。
(2)直接觀測法
對於壓應力方向比較明確的部位，可以利用應力計直接測量混凝土內的壓應力。由於儀器結構上的原因，不能測量混凝土內的拉應力，因此這種方法只適用於已知的混凝土受壓區。
監測布置
根據壩型、結構特點、地質條件和基礎處理、應力狀態及分層分塊施工情況等，合理地選擇垂真於壩軸線的監測斷面及水平監測截面，布置相應的監測測點。
應力監測測點所需布置的儀器取決於應力狀態。在平面應力狀態下，一般布置4支應變計。其中1支水平；1支垂直；2支分別與水平和垂直應變計構成45°角。這4支儀器形成一個平面，稱四向應變計組。在平面應變狀態下，一般布置5支應變計，除按平面應力狀態布置的應變計組外，在垂直儀器平面方向布置1支應變計，稱五向應變計組。在空間應力狀態下，一般布置七向應變計組或九向應變計組，3支應變計沿3個坐標軸方向，其餘6支應變計與坐標軸成45°角。每一應變計組附近都需要布置1支無應力計，為應變監測數據計算提供實測的混凝土非應力應變。已知主應力方向的平面應力狀態測點可以布置單向或兩向應變計。應力計一般只在測點上布置1支，使受壓平面垂直於所測壓應力方向。
資料整理
混凝土應力監測資料應按規範要求及時整理計算，獲得測點的主應力、最大剪應力等最終的監測成果。根據這些應力監測成果可以研究分析結構物的實際工作狀態，進一步利用統計理論和力學理論分析應力監測成果，以便研究某種主要荷載作用下的應力狀態，與模型試驗及結構計算成果進行對比，從而改進設計計算方法並為安全評估和實際運行提供依據。
