日照水庫溢洪閘應力監(jiān)測分析系統(tǒng)開發(fā)與應用

韓勇1成波2

(1.日照水庫管理局，山東 日照276816；2.山東水利工程總公司，山東 濟南250014)

【摘要】為了便于日照水庫溢洪閘鋼筋應力和混凝土應變監(jiān)測分析，在選定初始電阻比、初始溫度這兩項基準值的基礎上，結合儀器生產廠家所附卡片給出的其他各項參數，利用Excel表格的數字運算、分析和圖表功能，進行了應力計算簡易程序開發(fā)，實現(xiàn)了鋼筋、混凝土應力的自動計算、自動生成圖表，避免了人工計算誤差，節(jié)省了人工繪圖時間，提高了繪圖質量和整編分析水平，有助于實現(xiàn)資料的初步分析，在同行業(yè)有一定參考借鑒或推廣應用價值。

【關鍵詞】應力；分析；系統(tǒng)；開發(fā)；應用

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

中圖分類號：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，是多年調節(jié)綜合利用的大(2)型水庫，總庫容3.1805億m3。水庫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，防洪標準達100年一遇設計、5000年一遇校核。

1.2溢洪閘應力應變觀測項目開展情況

2002年日照水庫實施除險加固工程，拆除原溢洪閘并新建溢洪閘，閘墩為整體式現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土結構，溢洪閘閘墩弧門輻射筋及鉸支座軸附近受力筋為直徑22mm的二級鋼筋。為了觀測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力應變情況，在鉸支座附近輻射筋上及右上方的混凝土中分別設有8個差動電阻式鋼筋應力計和6個差動電阻式混凝土應變計，代號分別為S1～S8和R1～R6。另在溢洪閘右邊墩設立1個混凝土應力應變計，代號R7。

施工期，由施工單位負責觀測。2003年10月15日，移交日照水庫管理局負責運行管理，溢洪閘應力應變按照相應規(guī)范及觀測制度，汛期5天觀測一次、非汛期10天觀測一次，并按時開展了資料整編與分析。

1.3觀測方法

觀測儀器為SQ—5數字電橋(亦稱SQ—5型差動電阻測試儀)，觀測方法有五芯測法和三芯測法。由于在安裝埋設差阻式儀器時沒有接長出廠時自帶的1m長的三芯電纜，故采用三芯測法。首先將隨儀表提供的三芯測量線插入儀表輸入插座，將三芯測量線的鱷魚夾按黑、 紅、白三色夾住儀器電纜相對應的三色芯線；然后將儀表量限轉換開關旋轉到欲測項目的位置按下儀表電源開關，待顯視屏數字穩(wěn)定后，讀出并記錄數據。由于三芯測法不能測芯線電阻，每次觀測的項目為電阻值Rt、電阻比Z、反電阻比Z′(為了使反測電阻比的測值區(qū)別于電阻比的測值，該儀表在反測電阻比的測值前加了一個負號)，觀測數值用鉛筆記錄在卡爾遜式觀測原始記錄表中，同時記錄庫水位和氣溫。

2觀測資料的計算與分析

2.1差動電阻式鋼筋應力計和混凝土應變計的計算公式

對于鋼筋應力計在某一設定時刻開始的實測應力，采用下面的公式計算。

差動電阻式鋼筋應力計算公式為σ=f(Zi-Z0)+b(Ti-T0)，差動電阻式混凝土應變計算公式為εm=f(Zi-Z0)+b(Ti-T0)，差動電阻式混凝土應變計算公式中，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，也稱為電阻比基準值、溫度基準值。

2.2基準值的選擇

每次儀器監(jiān)測完成后，及時進行各監(jiān)測項目原始監(jiān)測數據的檢查、檢驗，并應及時進行各監(jiān)測物理量的計(換)算，以便按規(guī)范要求及時進行日常整理。差動電阻式各種觀測儀器的計算皆為相對計算，而進行各監(jiān)測物理量的計(換)算就需要用到電阻比基準值、溫度基準值，因此必須確定相應儀器的電阻比與溫度基準值。施工期觀測時，施工單位受水平所限，在向運行管理單位移交資料時未提供電阻比基準值、溫度基準值?；鶞手狄簿褪怯^測傳感器與周圍混凝土開始共同作用時的觀測值。因此，日照水庫管理局聯(lián)合濟南大學進行了基準值的選定工作，并開發(fā)了簡易計算程序。

2.2.1基準值選擇原則方法

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

2.2.2應變計基準值選擇原則

對于應變計基準值選擇應遵循兩條基本原則，即當測點處濕度達到均勻后，一組內各儀器間的溫度相差不超過1℃，并且互相垂直的應變量之和與另一互相垂直的應變量之和相差不超過(10～25)×10-5范圍。由于應變計本身具有一定的剛度，在混凝土尚未硬化前，應變計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、入倉溫度及當地的氣候條件等。因此，選擇基準值的時間也有所不同，對于應變計，—般在埋設后12h以上，才能達到平衡狀態(tài)。

當應力計埋設后，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值作為基準值。通常應力計埋設后12～14h內的數值可作為應力計的基準值。但當應力計與應變計組配合埋設時，則應取與應變計同時間的觀測值。

3應力計算簡易程序

3.1鋼筋應力和混凝土應力的計算

采用上述基準值選擇方法并按照上述原則進行基準值選擇后，結合廠家所附卡片給出的其他各項參數，便可以進行實測差動電阻式鋼筋應力和混凝土應力的計算。

眾所周知，Excel表格具有強大的數字運算、分析和圖表功能。通過創(chuàng)建工作表、設置單元格式、數據輸入、編輯并插入函數公式、創(chuàng)建圖表等步驟，便可建立應力計算簡易程序，并逐一建立相應代號及儀器編號的應力觀測結果表，見下表。

R6—364混凝土應變計應力觀測結果表

表中，第一行為固定欄，f、b為廠家所附卡片給出的相關參數，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。第三行中的觀測時間至溫度欄為觀測記錄值；計算應變值和計算應力值欄為輸入觀測值后由Excel表格依據事先插入的函數公式自動計算的值；限制應力值欄為C25混凝土軸心抗拉標準值，1.75為日照水庫除險加固工程施工圖設計說明書(第二卷溢洪道工程)中的采用值。

3.2應力過程線圖

自動完成鋼筋、混凝土應力計算后，可自動生成應力過程線圖。以2014年儀器編號為414、代號為S5的鋼筋應力計的觀測資料為例，在觀測資料輸入完畢后，自動完成S5—414鋼筋應力計應力觀測結果表的計算，并自動生成應力變化過程線圖。全年應力變化過程線如下圖所示。

3.3初步分析

以左圖為例，可采用比較法對計算值與限制應力值進行對照比較，進而對應力應變情況進行初步分析?？梢钥闯觯瑢崪y應力值大于限制應力值，即日照水庫除險加固工程施工圖設計說明書(第二卷溢洪道工程)中采用的二級鋼筋軸心抗壓強度設計值，說明運行正常。

全年庫水位持續(xù)下降，溫度全年變化較大，所測應力曲線與溫度曲線基本有很好的對應關系。說明應力受溫度影響大，溫升時壓應力減小，基本未受水位變化的影響。

4結語

日照水庫溢洪閘應力計算簡易程序的開發(fā)，實現(xiàn)了鋼筋、混凝土應力的自動計算、自動生成圖表，避免了人工計算誤差，節(jié)省了人工繪圖時間，提高了繪圖質量和整編分析水平，有助于實現(xiàn)資料的初步分析，在同行業(yè)有一定參考借鑒或推廣應用價值。

眾所周知，鋼筋、混凝土應力的變化，是受諸多因素綜合作用下的結果。應力計算簡易程序在開發(fā)設計時，只考慮了庫水位和溫度兩個因素，在資料分析時應注意。

參考文獻

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