日照水庫(kù)溢洪閘應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

日照水庫(kù)溢洪閘應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

韓勇1成波2

(1.日照水庫(kù)管理局，山東 日照276816；2.山東水利工程總公司，山東 濟(jì)南250014)

【摘要】為了便于日照水庫(kù)溢洪閘鋼筋應(yīng)力和混凝土應(yīng)變監(jiān)測(cè)分析，在選定初始電阻比、初始溫度這兩項(xiàng)基準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上，結(jié)合儀器生產(chǎn)廠家所附卡片給出的其他各項(xiàng)參數(shù)，利用Excel表格的數(shù)字運(yùn)算、分析和圖表功能，進(jìn)行了應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)易程序開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了鋼筋、混凝土應(yīng)力的自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)生成圖表，避免了人工計(jì)算誤差，節(jié)省了人工繪圖時(shí)間，提高了繪圖質(zhì)量和整編分析水平，有助于實(shí)現(xiàn)資料的初步分析，在同行業(yè)有一定參考借鑒或推廣應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】應(yīng)力；分析；系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)；應(yīng)用

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.09.014

中圖分類號(hào)：TV214

Development and application of spillway gate stress

monitoring and analyzing system in Rizhao Reservoir

HAN Yong1, CHENG Bo2

(1.RizhaoReservoirAdministration,Rizhao276816,China;

2.ShandongWaterConservancyEngineeringCorporation,Jinan250014,China)

Abstract:Two basic benchmark values of initial resistance ratio and initial temperature are selected. On the basis, other parameters given by the attached card of instrument manufacturers are combined. Digital calculation, analysis and graphics functions of Excel spreadsheet are utilized for developing stress calculation simple procedure, automatic calculation and automatic diagram formation of steel bar and concrete stress are realized in order to facilitate monitoring and analysis of spillway gate steel bar stress and concrete strain in Rizhao Reservoir. Artificial calculation error is avoided, manual drawing time is saved, mapping quality and reorganization analysis level are improved, which are beneficial for realizing primary analysis of data. It has certain reference or promotion application value in the industry.

Key words: stress; analysis; system; development; application

1基本情況

1.1工程概況

日照水庫(kù)始建于1958年10月，建成于1959年6月,位于日照市東港區(qū)政府駐地以西16km處，是多年調(diào)節(jié)綜合利用的大(2)型水庫(kù)，總庫(kù)容3.1805億m3。水庫(kù)樞紐工程包括主副壩、南北放水洞、水電站、溢洪道四部分。目前，防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)100年一遇設(shè)計(jì)、5000年一遇校核。

1.2溢洪閘應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)項(xiàng)目開(kāi)展情況

2002年日照水庫(kù)實(shí)施除險(xiǎn)加固工程，拆除原溢洪閘并新建溢洪閘，閘墩為整體式現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，溢洪閘閘墩弧門輻射筋及鉸支座軸附近受力筋為直徑22mm的二級(jí)鋼筋。為了觀測(cè)及掌握溢洪閘中墩弧門輻射筋及鉸支座軸附近混凝土的應(yīng)力應(yīng)變情況，在鉸支座附近輻射筋上及右上方的混凝土中分別設(shè)有8個(gè)差動(dòng)電阻式鋼筋應(yīng)力計(jì)和6個(gè)差動(dòng)電阻式混凝土應(yīng)變計(jì)，代號(hào)分別為S1～S8和R1～R6。另在溢洪閘右邊墩設(shè)立1個(gè)混凝土應(yīng)力應(yīng)變計(jì)，代號(hào)R7。

施工期，由施工單位負(fù)責(zé)觀測(cè)。2003年10月15日，移交日照水庫(kù)管理局負(fù)責(zé)運(yùn)行管理，溢洪閘應(yīng)力應(yīng)變按照相應(yīng)規(guī)范及觀測(cè)制度，汛期5天觀測(cè)一次、非汛期10天觀測(cè)一次，并按時(shí)開(kāi)展了資料整編與分析。

1.3觀測(cè)方法

觀測(cè)儀器為SQ—5數(shù)字電橋(亦稱SQ—5型差動(dòng)電阻測(cè)試儀)，觀測(cè)方法有五芯測(cè)法和三芯測(cè)法。由于在安裝埋設(shè)差阻式儀器時(shí)沒(méi)有接長(zhǎng)出廠時(shí)自帶的1m長(zhǎng)的三芯電纜，故采用三芯測(cè)法。首先將隨儀表提供的三芯測(cè)量線插入儀表輸入插座，將三芯測(cè)量線的鱷魚夾按黑、 紅、白三色夾住儀器電纜相對(duì)應(yīng)的三色芯線；然后將儀表量限轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到欲測(cè)項(xiàng)目的位置按下儀表電源開(kāi)關(guān)，待顯視屏數(shù)字穩(wěn)定后，讀出并記錄數(shù)據(jù)。由于三芯測(cè)法不能測(cè)芯線電阻，每次觀測(cè)的項(xiàng)目為電阻值Rt、電阻比Z、反電阻比Z′(為了使反測(cè)電阻比的測(cè)值區(qū)別于電阻比的測(cè)值，該儀表在反測(cè)電阻比的測(cè)值前加了一個(gè)負(fù)號(hào))，觀測(cè)數(shù)值用鉛筆記錄在卡爾遜式觀測(cè)原始記錄表中，同時(shí)記錄庫(kù)水位和氣溫。

2觀測(cè)資料的計(jì)算與分析

2.1差動(dòng)電阻式鋼筋應(yīng)力計(jì)和混凝土應(yīng)變計(jì)的計(jì)算公式

對(duì)于鋼筋應(yīng)力計(jì)在某一設(shè)定時(shí)刻開(kāi)始的實(shí)測(cè)應(yīng)力，采用下面的公式計(jì)算。

差動(dòng)電阻式鋼筋應(yīng)力計(jì)算公式為σ=f(Zi-Z0)+b(Ti-T0)，差動(dòng)電阻式混凝土應(yīng)變計(jì)算公式為εm=f(Zi-Z0)+b(Ti-T0)，差動(dòng)電阻式混凝土應(yīng)變計(jì)算公式中，若假定混凝土是完全彈性體，由下式可求出軸向應(yīng)力：σ=εE，其中E為混凝土彈性模量。上述兩式中，Z0、T0分別為初始電阻比、初始溫度，也稱為電阻比基準(zhǔn)值、溫度基準(zhǔn)值。

2.2基準(zhǔn)值的選擇

每次儀器監(jiān)測(cè)完成后，及時(shí)進(jìn)行各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的檢查、檢驗(yàn)，并應(yīng)及時(shí)進(jìn)行各監(jiān)測(cè)物理量的計(jì)(換)算，以便按規(guī)范要求及時(shí)進(jìn)行日常整理。差動(dòng)電阻式各種觀測(cè)儀器的計(jì)算皆為相對(duì)計(jì)算，而進(jìn)行各監(jiān)測(cè)物理量的計(jì)(換)算就需要用到電阻比基準(zhǔn)值、溫度基準(zhǔn)值，因此必須確定相應(yīng)儀器的電阻比與溫度基準(zhǔn)值。施工期觀測(cè)時(shí)，施工單位受水平所限，在向運(yùn)行管理單位移交資料時(shí)未提供電阻比基準(zhǔn)值、溫度基準(zhǔn)值?；鶞?zhǔn)值也就是觀測(cè)傳感器與周圍混凝土開(kāi)始共同作用時(shí)的觀測(cè)值。因此，日照水庫(kù)管理局聯(lián)合濟(jì)南大學(xué)進(jìn)行了基準(zhǔn)值的選定工作，并開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)易計(jì)算程序。

2.2.1基準(zhǔn)值選擇原則方法

基準(zhǔn)值的選擇是資料分析中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，選擇的適當(dāng)與否會(huì)直接影響以后資料分析的正確性。因此，基準(zhǔn)值不能隨意確定，必須考慮儀器埋設(shè)的位置、混凝土的特性、儀器的性能及周圍的溫度等，然后從初期數(shù)次觀測(cè)值中，并考慮以后一系列的變化之后，才能確定基準(zhǔn)值的數(shù)值，一般先畫出初期一個(gè)時(shí)段(一星期左右)的電阻比與時(shí)間及溫度與時(shí)間的關(guān)系曲線，從中消除觀測(cè)上明顯的誤差。然后依照下述原則選擇各類儀器的基準(zhǔn)值。

2.2.2應(yīng)變計(jì)基準(zhǔn)值選擇原則

對(duì)于應(yīng)變計(jì)基準(zhǔn)值選擇應(yīng)遵循兩條基本原則，即當(dāng)測(cè)點(diǎn)處濕度達(dá)到均勻后，一組內(nèi)各儀器間的溫度相差不超過(guò)1℃，并且互相垂直的應(yīng)變量之和與另一互相垂直的應(yīng)變量之和相差不超過(guò)(10～25)×10-5范圍。由于應(yīng)變計(jì)本身具有一定的剛度，在混凝土尚未硬化前，應(yīng)變計(jì)不能完全反映出混凝土的變形?；炷恋挠不瘺Q定于它的水泥用量、入倉(cāng)溫度及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件等。因此，選擇基準(zhǔn)值的時(shí)間也有所不同，對(duì)于應(yīng)變計(jì)，—般在埋設(shè)后12h以上，才能達(dá)到平衡狀態(tài)。

當(dāng)應(yīng)力計(jì)埋設(shè)后，其周圍混凝土的溫度大體成均一狀態(tài)，故可將次日的某一觀測(cè)值作為基準(zhǔn)值。通常應(yīng)力計(jì)埋設(shè)后12～14h內(nèi)的數(shù)值可作為應(yīng)力計(jì)的基準(zhǔn)值。但當(dāng)應(yīng)力計(jì)與應(yīng)變計(jì)組配合埋設(shè)時(shí)，則應(yīng)取與應(yīng)變計(jì)同時(shí)間的觀測(cè)值。

3應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)易程序

3.1鋼筋應(yīng)力和混凝土應(yīng)力的計(jì)算

采用上述基準(zhǔn)值選擇方法并按照上述原則進(jìn)行基準(zhǔn)值選擇后，結(jié)合廠家所附卡片給出的其他各項(xiàng)參數(shù)，便可以進(jìn)行實(shí)測(cè)差動(dòng)電阻式鋼筋應(yīng)力和混凝土應(yīng)力的計(jì)算。

眾所周知，Excel表格具有強(qiáng)大的數(shù)字運(yùn)算、分析和圖表功能。通過(guò)創(chuàng)建工作表、設(shè)置單元格式、數(shù)據(jù)輸入、編輯并插入函數(shù)公式、創(chuàng)建圖表等步驟，便可建立應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)易程序，并逐一建立相應(yīng)代號(hào)及儀器編號(hào)的應(yīng)力觀測(cè)結(jié)果表，見(jiàn)下表。

R6—364混凝土應(yīng)變計(jì)應(yīng)力觀測(cè)結(jié)果表

表中，第一行為固定欄，f、b為廠家所附卡片給出的相關(guān)參數(shù)，具體名稱和單位不再贅述；Z0、T0分別為選定的初始電阻比、初始溫度；E為混凝土彈性模量。第三行中的觀測(cè)時(shí)間至溫度欄為觀測(cè)記錄值；計(jì)算應(yīng)變值和計(jì)算應(yīng)力值欄為輸入觀測(cè)值后由Excel表格依據(jù)事先插入的函數(shù)公式自動(dòng)計(jì)算的值；限制應(yīng)力值欄為C25混凝土軸心抗拉標(biāo)準(zhǔn)值，1.75為日照水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工圖設(shè)計(jì)說(shuō)明書(第二卷溢洪道工程)中的采用值。

3.2應(yīng)力過(guò)程線圖

自動(dòng)完成鋼筋、混凝土應(yīng)力計(jì)算后，可自動(dòng)生成應(yīng)力過(guò)程線圖。以2014年儀器編號(hào)為414、代號(hào)為S5的鋼筋應(yīng)力計(jì)的觀測(cè)資料為例，在觀測(cè)資料輸入完畢后，自動(dòng)完成S5—414鋼筋應(yīng)力計(jì)應(yīng)力觀測(cè)結(jié)果表的計(jì)算，并自動(dòng)生成應(yīng)力變化過(guò)程線圖。全年應(yīng)力變化過(guò)程線如下圖所示。

3.3初步分析

以左圖為例，可采用比較法對(duì)計(jì)算值與限制應(yīng)力值進(jìn)行對(duì)照比較，進(jìn)而對(duì)應(yīng)力應(yīng)變情況進(jìn)行初步分析。可以看出，實(shí)測(cè)應(yīng)力值大于限制應(yīng)力值，即日照水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程施工圖設(shè)計(jì)說(shuō)明書(第二卷溢洪道工程)中采用的二級(jí)鋼筋軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，說(shuō)明運(yùn)行正常。

全年庫(kù)水位持續(xù)下降，溫度全年變化較大，所測(cè)應(yīng)力曲線與溫度曲線基本有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。說(shuō)明應(yīng)力受溫度影響大，溫升時(shí)壓應(yīng)力減小，基本未受水位變化的影響。

4結(jié)語(yǔ)

日照水庫(kù)溢洪閘應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)易程序的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了鋼筋、混凝土應(yīng)力的自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)生成圖表，避免了人工計(jì)算誤差，節(jié)省了人工繪圖時(shí)間，提高了繪圖質(zhì)量和整編分析水平，有助于實(shí)現(xiàn)資料的初步分析，在同行業(yè)有一定參考借鑒或推廣應(yīng)用價(jià)值。

眾所周知，鋼筋、混凝土應(yīng)力的變化，是受諸多因素綜合作用下的結(jié)果。應(yīng)力計(jì)算簡(jiǎn)易程序在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，只考慮了庫(kù)水位和溫度兩個(gè)因素，在資料分析時(shí)應(yīng)注意。

參考文獻(xiàn)

施偉強(qiáng).洛舍大閘滲流與應(yīng)力觀測(cè)成果分析[J].水利建設(shè)與管理，2009(11).