日照水库溢洪闸应力监测分析系统开发与应用

韩勇1成波2

(1.日照水库管理局，山东 日照276816；2.山东水利工程总公司，山东 济南250014)

【摘要】为了便于日照水库溢洪闸钢筋应力和混凝土应变监测分析，在选定初始电阻比、初始温度这两项基准值的基础上，结合仪器生产厂家所附卡片给出的其他各项参数，利用Excel表格的数字运算、分析和图表功能，进行了应力计算简易程序开发，实现了钢筋、混凝土应力的自动计算、自动生成图表，避免了人工计算误差，节省了人工绘图时间，提高了绘图质量和整编分析水平，有助于实现资料的初步分析，在同行业有一定参考借鉴或推广应用价值。

【关键词】应力；分析；系统；开发；应用

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

中图分类号：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基本情况

1.1工程概况

日照水库始建于1958年10月，建成于1959年6月,位于日照市东港区政府驻地以西16km处，是多年调节综合利用的大(2)型水库，总库容3.1805亿m3。水库枢纽工程包括主副坝、南北放水洞、水电站、溢洪道四部分。目前，防洪标准达100年一遇设计、5000年一遇校核。

1.2溢洪闸应力应变观测项目开展情况

2002年日照水库实施除险加固工程，拆除原溢洪闸并新建溢洪闸，闸墩为整体式现浇C25钢筋混凝土结构，溢洪闸闸墩弧门辐射筋及铰支座轴附近受力筋为直径22mm的二级钢筋。为了观测及掌握溢洪闸中墩弧门辐射筋及铰支座轴附近混凝土的应力应变情况，在铰支座附近辐射筋上及右上方的混凝土中分别设有8个差动电阻式钢筋应力计和6个差动电阻式混凝土应变计，代号分别为S1～S8和R1～R6。另在溢洪闸右边墩设立1个混凝土应力应变计，代号R7。

施工期，由施工单位负责观测。2003年10月15日，移交日照水库管理局负责运行管理，溢洪闸应力应变按照相应规范及观测制度，汛期5天观测一次、非汛期10天观测一次，并按时开展了资料整编与分析。

1.3观测方法

观测仪器为SQ—5数字电桥(亦称SQ—5型差动电阻测试仪)，观测方法有五芯测法和三芯测法。由于在安装埋设差阻式仪器时没有接长出厂时自带的1m长的三芯电缆，故采用三芯测法。首先将随仪表提供的三芯测量线插入仪表输入插座，将三芯测量线的鳄鱼夹按黑、 红、白三色夹住仪器电缆相对应的三色芯线；然后将仪表量限转换开关旋转到欲测项目的位置按下仪表电源开关，待显视屏数字稳定后，读出并记录数据。由于三芯测法不能测芯线电阻，每次观测的项目为电阻值Rt、电阻比Z、反电阻比Z′(为了使反测电阻比的测值区别于电阻比的测值，该仪表在反测电阻比的测值前加了一个负号)，观测数值用铅笔记录在卡尔逊式观测原始记录表中，同时记录库水位和气温。

2观测资料的计算与分析

2.1差动电阻式钢筋应力计和混凝土应变计的计算公式

对于钢筋应力计在某一设定时刻开始的实测应力，采用下面的公式计算。

差动电阻式钢筋应力计算公式为σ=f(Zi-Z0)+b(Ti-T0)，差动电阻式混凝土应变计算公式为εm=f(Zi-Z0)+b(Ti-T0)，差动电阻式混凝土应变计算公式中，若假定混凝土是完全弹性体，由下式可求出轴向应力：σ=εE，其中E为混凝土弹性模量。上述两式中，Z0、T0分别为初始电阻比、初始温度，也称为电阻比基准值、温度基准值。

2.2基准值的选择

每次仪器监测完成后，及时进行各监测项目原始监测数据的检查、检验，并应及时进行各监测物理量的计(换)算，以便按规范要求及时进行日常整理。差动电阻式各种观测仪器的计算皆为相对计算，而进行各监测物理量的计(换)算就需要用到电阻比基准值、温度基准值，因此必须确定相应仪器的电阻比与温度基准值。施工期观测时，施工单位受水平所限，在向运行管理单位移交资料时未提供电阻比基准值、温度基准值。基准值也就是观测传感器与周围混凝土开始共同作用时的观测值。因此，日照水库管理局联合济南大学进行了基准值的选定工作，并开发了简易计算程序。

2.2.1基准值选择原则方法

基准值的选择是资料分析中的一个重要环节，选择的适当与否会直接影响以后资料分析的正确性。因此，基准值不能随意确定，必须考虑仪器埋设的位置、混凝土的特性、仪器的性能及周围的温度等，然后从初期数次观测值中，并考虑以后一系列的变化之后，才能确定基准值的数值，一般先画出初期一个时段(一星期左右)的电阻比与时间及温度与时间的关系曲线，从中消除观测上明显的误差。然后依照下述原则选择各类仪器的基准值。

2.2.2应变计基准值选择原则

对于应变计基准值选择应遵循两条基本原则，即当测点处湿度达到均匀后，一组内各仪器间的温度相差不超过1℃，并且互相垂直的应变量之和与另一互相垂直的应变量之和相差不超过(10～25)×10-5范围。由于应变计本身具有一定的刚度，在混凝土尚未硬化前，应变计不能完全反映出混凝土的变形。混凝土的硬化决定于它的水泥用量、入仓温度及当地的气候条件等。因此，选择基准值的时间也有所不同，对于应变计，—般在埋设后12h以上，才能达到平衡状态。

当应力计埋设后，其周围混凝土的温度大体成均一状态，故可将次日的某一观测值作为基准值。通常应力计埋设后12～14h内的数值可作为应力计的基准值。但当应力计与应变计组配合埋设时，则应取与应变计同时间的观测值。

3应力计算简易程序

3.1钢筋应力和混凝土应力的计算

采用上述基准值选择方法并按照上述原则进行基准值选择后，结合厂家所附卡片给出的其他各项参数，便可以进行实测差动电阻式钢筋应力和混凝土应力的计算。

众所周知，Excel表格具有强大的数字运算、分析和图表功能。通过创建工作表、设置单元格式、数据输入、编辑并插入函数公式、创建图表等步骤，便可建立应力计算简易程序，并逐一建立相应代号及仪器编号的应力观测结果表，见下表。

R6—364混凝土应变计应力观测结果表

表中，第一行为固定栏，f、b为厂家所附卡片给出的相关参数，具体名称和单位不再赘述；Z0、T0分别为选定的初始电阻比、初始温度；E为混凝土弹性模量。第三行中的观测时间至温度栏为观测记录值；计算应变值和计算应力值栏为输入观测值后由Excel表格依据事先插入的函数公式自动计算的值；限制应力值栏为C25混凝土轴心抗拉标准值，1.75为日照水库除险加固工程施工图设计说明书(第二卷溢洪道工程)中的采用值。

3.2应力过程线图

自动完成钢筋、混凝土应力计算后，可自动生成应力过程线图。以2014年仪器编号为414、代号为S5的钢筋应力计的观测资料为例，在观测资料输入完毕后，自动完成S5—414钢筋应力计应力观测结果表的计算，并自动生成应力变化过程线图。全年应力变化过程线如下图所示。

3.3初步分析

以左图为例，可采用比较法对计算值与限制应力值进行对照比较，进而对应力应变情况进行初步分析。可以看出，实测应力值大于限制应力值，即日照水库除险加固工程施工图设计说明书(第二卷溢洪道工程)中采用的二级钢筋轴心抗压强度设计值，说明运行正常。

全年库水位持续下降，温度全年变化较大，所测应力曲线与温度曲线基本有很好的对应关系。说明应力受温度影响大，温升时压应力减小，基本未受水位变化的影响。

4结语

日照水库溢洪闸应力计算简易程序的开发，实现了钢筋、混凝土应力的自动计算、自动生成图表，避免了人工计算误差，节省了人工绘图时间，提高了绘图质量和整编分析水平，有助于实现资料的初步分析，在同行业有一定参考借鉴或推广应用价值。

众所周知，钢筋、混凝土应力的变化，是受诸多因素综合作用下的结果。应力计算简易程序在开发设计时，只考虑了库水位和温度两个因素，在资料分析时应注意。

参考文献

施伟强.洛舍大闸渗流与应力观测成果分析[J].水利建设与管理，2009(11).