大坝应力应变监测方法有哪些?

2023年10月27日 11:13

  大坝应力应变监测是通过测量大坝内部各部位的应力和应变变化,分析其变化规律,以达到监视大坝安全状况、预测大坝工作性态和评价工程质量的目的。目前,对于应力应变监测的方法主要有埋设测力计、测压管、光纤传感器、分布式光纤监测系统和计算机自动化监测系统等。

  混凝土坝是我国最普遍的坝型之一,在我国已建及在建的数百座混凝土坝中,绝大多数采用了埋设测力计和测压管等传统方法进行应力应变监测。

  一、埋设测力计

  测力计是最早应用于大坝应力应变监测的传感器之一,它是通过将应变片或电阻应变片粘贴在钢筋上,然后将埋设好的钢筋埋入坝体内部,从而监测大坝内部的应力应变。随着施工工艺及工程技术的不断进步,测力计在大坝应力应变监测中得到了广泛的应用。

  二、测压管

  测压管是利用钢管将应变计固定于钢管内部,再根据工程需要埋设测压管,在测压管内通以水,通过测压管内壁的压力和测压管的变形来测得大坝各部位的应力应变。由于钢管埋设时要受外部压力作用,因此测压管所承受的外部荷载比较大,这就需要对钢管进行防腐处理。

  测压管采用了很多先进技术,如管壁内壁涂覆防腐涂料、埋设前涂覆弹性树脂膜、埋设时涂覆环氧树脂等,使其能够较好地适应现场施工条件和环境要求。

  三、光纤传感器

  光纤传感器是以光为信息载体的传感器,它是通过将一根光纤埋入被测物体或结构中,将被测物或结构的应变、温度等物理量转换成光能的一种传感器。其原理是在被测物或结构表面涂覆一层厚度均匀的特殊材料,并使之与光纤保持一定距离。当光纤受到外界作用产生形变时,就会产生光的反射和折射,当外界作用停止后,光就会反射回到光纤中。这样,通过对反射光的测量,就可以确定被测物或结构的变形量,从而实现对被测物或结构的应变、温度等物理量的测量。

  四、分布式光纤监测系统

  分布式光纤传感技术是利用光波的分布式特性,实现对结构体的状态量测量。它基于光时域反射计(OTDR)技术,具有传统传感器所不具备的高灵敏度、高空间分辨率和多点测量等优点,能够同时测量被测物体的位置和温度。由于光纤本身具有抗电磁干扰、耐腐蚀等特性,分布式光纤传感系统对外界环境变化不敏感,适用于长距离、大范围的大坝安全监测。基于分布式光纤传感技术的大坝应力应变监测系统主要由分布式光纤传感器、数据采集系统和计算机自动化监测系统组成。通过对分布式光纤传感器进行信号处理,可将被测结构体的应力应变等状态信息传输到数据采集系统,并通过计算机自动化监测系统对采集到的信息进行分析、处理。

  五、计算机自动化监测系统

  计算机自动化监测系统(简称 DCS)是集现代通信技术、电子技术、自动化技术为一体的大坝安全监测系统,它利用计算机和通信技术对大坝进行实时监测,其最大的特点是能以较小的投资获得较高的自动化监测精度和效率,实现对大坝安全的全面、连续、实时和动态的监测。由于 DCS系统采用的是网络通信方式,使得数据采集与处理系统不受时间、空间和设备条件限制,同时也可以与坝体或大坝内部其他系统进行联网运行。

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