金國光，謝德清

(1.隨州市水利水電建筑設(shè)計(jì)院，湖北隨州441300；2.福建省金湖電力有限責(zé)任公司，福建將樂 353300)

差動(dòng)電阻式應(yīng)變計(jì)是大壩、船閘、碼頭等混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測中常用的埋入式儀器之一，其原理是利用張緊在儀器內(nèi)部的兩根交叉的彈性鋼絲作為感應(yīng)元件，將儀器感受到的混凝土應(yīng)變量轉(zhuǎn)換為模擬量。當(dāng)儀器感受到的混凝土應(yīng)變發(fā)生變化時(shí)，內(nèi)部兩根鋼絲的電阻值R1、R2將發(fā)生差動(dòng)變化，采用水工比例電橋可測量出電阻比(R1/R2)的變化值，從而計(jì)算出相應(yīng)的混凝土應(yīng)變。

埋入式應(yīng)變計(jì)在長期運(yùn)行后，儀器將逐漸老化，技術(shù)性能和工作狀態(tài)也會(huì)逐步下降，有時(shí)甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤的測值。為此，應(yīng)對埋入式應(yīng)變計(jì)監(jiān)測儀器定期進(jìn)行鑒定，判斷應(yīng)變計(jì)技術(shù)狀態(tài)和工作狀態(tài)是否正常，測值是否反映混凝土應(yīng)變的實(shí)際狀態(tài)。

對已埋設(shè)的應(yīng)變計(jì)進(jìn)行鑒定，既要對儀器的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場測試，以判斷儀器當(dāng)前性能是否滿足技術(shù)要求；又要對其長期觀測資料進(jìn)行分析，以判斷儀器長期測值的可靠性、穩(wěn)定性和觀測精度。因此，應(yīng)變計(jì)儀器鑒定一般按下列步驟進(jìn)行：首先在現(xiàn)場對所要鑒定的應(yīng)變計(jì)進(jìn)行全面測試，然后對應(yīng)變計(jì)長期觀測資料進(jìn)行分析，最后根據(jù)現(xiàn)場測試和資料分析結(jié)果，對應(yīng)變計(jì)性能作出綜合評價(jià)。

1 現(xiàn)場測試

1.1 現(xiàn)場測試內(nèi)容

以四芯電纜接入式應(yīng)變計(jì)為例，用率定合格的數(shù)字式電橋按四芯測法進(jìn)行現(xiàn)場測試，共測試9個(gè)參數(shù)：應(yīng)變計(jì)的電阻比 Z，反測電阻比 Z'，總電阻 Rs(即 R黑白)，5 個(gè)分線電阻R黑紅、R黑綠、R紅綠、R紅白、R白綠以及芯線電阻r。各測試參數(shù)之間的關(guān)系如下：

電阻比：Z=(R1+r黑)/(R2+r白)

反測電阻比：Z'=1/Z=(R2+r白)/(R1+r黑)

總電阻：Rs=R1+R2+r黑+r白

分線電阻：R黑綠=R1+R2+r黑+r綠

由以上各測試參數(shù)，可進(jìn)一步求得正反測電阻比之和(Z+Z')，儀器的分線電阻R1+r黑、R2+r白、計(jì)算電阻比Z計(jì)和電纜芯線電阻r白、r綠、r紅等，將它們與規(guī)定的質(zhì)量控制指標(biāo)和正常情況下的測值進(jìn)行比較，即可判定儀器技術(shù)狀態(tài)是否正常，以及分析產(chǎn)生不正常變化的原因。

1.2 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 各單項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)上述現(xiàn)場測試參數(shù)，按正反測電阻比誤差、芯線電阻變差以及絕緣度3個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)作為評價(jià)指標(biāo)。各單項(xiàng)指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：

(1)正反測電阻比誤差。采用水工比例電橋?qū)λ男揪€應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測試時(shí)，正反測電阻比質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《混凝土壩安全監(jiān)技術(shù)測規(guī)范》(DL/T5178-2003)附錄E的規(guī)定，按下表控制，表中Z為正測電阻比，為反測電阻比。滿足表1指標(biāo)要求的應(yīng)變計(jì)電阻比為合格，反之為不合格。

表1 電阻比質(zhì)量控制表(×104)

(2)芯線電阻變差。一般地，四芯應(yīng)變計(jì)芯線電阻變化0.01 Ω，就會(huì)引起電阻比變化3個(gè)，即1:3的關(guān)系；此外，規(guī)范規(guī)定每100 m芯線電阻之間的差值應(yīng)≤0.05Ω。為統(tǒng)一控制標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際儀器鑒定中設(shè)定不管電纜多長，r白-r綠芯線電阻值之差控制在±0.04 Ω，因此，芯線阻值變差的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下：

(3)絕緣度。用標(biāo)準(zhǔn)兆歐表對每支應(yīng)變計(jì)進(jìn)行絕緣電阻測試，根據(jù)已有工程經(jīng)驗(yàn)，絕緣電阻按以下評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

R絕≥2 MΩ 優(yōu)秀

0.1 MΩ≤R絕＜2 MΩ 合格

R絕＜0.1 MΩ 不合格

1.2.2 綜合評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)以上3個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，對應(yīng)變計(jì)的技術(shù)狀態(tài)作出綜合評價(jià)，評價(jià)等級分為5類。

(1)A類——各單項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)(正反電阻比誤差達(dá)到合格即可)。

(2)B類——各單項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)均應(yīng)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。

(3)C類——有一項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)不合格。

(4)D類——雖勉強(qiáng)可測，但測值不可信。有二項(xiàng)或二項(xiàng)以上的評價(jià)指標(biāo)不合格。

(5)E類——測不出或現(xiàn)場找不到的儀器，或無編號(hào)的儀器。

2 長期測值可靠性檢查分析

2.1 檢查分析項(xiàng)目

(1)計(jì)算方法檢查。應(yīng)變計(jì)實(shí)測混凝土總應(yīng)變按下式計(jì)算：

式中，εmi為觀測時(shí)刻 ti的實(shí)測總應(yīng)變(×10－6)；△Z 為 ti時(shí)刻應(yīng)變計(jì)實(shí)測電阻比Zi相對于基準(zhǔn)時(shí)刻t0實(shí)測電阻比Z0(基準(zhǔn)電阻比)的電阻比增量(0.01%)，即△Z=Zi-Z0；△T為ti時(shí)刻應(yīng)變計(jì)實(shí)測溫度Ti相對于基準(zhǔn)時(shí)刻t0實(shí)測溫度T0(基準(zhǔn)溫度)的溫度增量(℃)，即△T=Ti-T0；f為應(yīng)變計(jì)修正靈敏度系數(shù)(×10－6/0.01%)，b為應(yīng)變計(jì)溫度補(bǔ)償系數(shù)(×10－6/℃)，兩者可根據(jù)出廠資料查得或根據(jù)率定資料獲得。

根據(jù)式(1)，要計(jì)算總應(yīng)變 εmi，必須具有儀器參數(shù) f、b，必須確定基準(zhǔn)電阻比Z0和基準(zhǔn)溫度T0(基準(zhǔn)溫度T0由基準(zhǔn)電阻R0求的)。因此，在計(jì)算方法檢查時(shí)，因重點(diǎn)檢查儀器參數(shù)是否正確，基準(zhǔn)值是否合理。

(2)配套無應(yīng)力計(jì)檢查。應(yīng)變計(jì)實(shí)測效應(yīng)量為混凝土總應(yīng)變，包括應(yīng)力應(yīng)變?chǔ)舏和非應(yīng)力應(yīng)變?chǔ)?i，即：

通過應(yīng)變計(jì)測值，最終應(yīng)獲得混凝土應(yīng)力。而混凝土應(yīng)力是由應(yīng)力應(yīng)變?chǔ)舏進(jìn)行計(jì)算的，因此，需要從總應(yīng)變?chǔ)舖i中分離出非應(yīng)力應(yīng)變?chǔ)?i。利用無應(yīng)力計(jì)可觀測非應(yīng)力應(yīng)變?chǔ)?i，因此，通常在應(yīng)變計(jì)(組)附近配套埋設(shè)1支無應(yīng)力計(jì)，進(jìn)行配套計(jì)算，并結(jié)合混凝土徐變資料，求得混凝土應(yīng)力。

由此可見，當(dāng)應(yīng)變計(jì)附近沒有相應(yīng)的無應(yīng)力計(jì)時(shí)，應(yīng)變計(jì)測值無法計(jì)算出最終的混凝土應(yīng)力。

(3)測值的完整性檢查。利用應(yīng)變計(jì)實(shí)測資料計(jì)算混凝土應(yīng)變時(shí)，應(yīng)保證測值的連續(xù)性和完整性。當(dāng)測值測缺時(shí)段較長時(shí)，應(yīng)力計(jì)算成果的精度將受到明顯影響。

此外，還應(yīng)保證應(yīng)變計(jì)和配套無應(yīng)力計(jì)測值的對應(yīng)性。

(4)觀測成果規(guī)律性檢查。當(dāng)測值真實(shí)反映混凝土實(shí)際應(yīng)力時(shí)，觀測成果所描述的應(yīng)力變化過程、應(yīng)力分布狀態(tài)等規(guī)律性應(yīng)符合混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化的一般性規(guī)律。

測值規(guī)律性一般通過繪制實(shí)測應(yīng)力變化過程線、分布圖及相關(guān)圖等方法進(jìn)行分析。

2.2 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)以上4個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，對應(yīng)變計(jì)的工作狀態(tài)作出綜合評價(jià)，評價(jià)等級也分為5類。其中儀器參數(shù)f、b以及配套無應(yīng)力計(jì)為必備指標(biāo)，即當(dāng)應(yīng)變計(jì)沒有計(jì)算參數(shù)f、b，或應(yīng)變計(jì)附近沒有埋設(shè)配套無應(yīng)力計(jì)時(shí)，該應(yīng)變計(jì)工作狀態(tài)直接評定為E類。

(1)A類——計(jì)算方法正確，儀器參數(shù)完備，有配套無應(yīng)力計(jì)，測值穩(wěn)定、完整，監(jiān)測成果規(guī)律性良好。

(2)B類——計(jì)算方法正確，儀器參數(shù)完備，有配套無應(yīng)力計(jì)，測值基本穩(wěn)定、完整，監(jiān)測成果基本能反映混凝土應(yīng)力的規(guī)律性。

(3)C類——計(jì)算方法正確，儀器參數(shù)完備，有配套無應(yīng)力計(jì)，測值存在較多的尖點(diǎn)或突變，測值序列存在短期缺測，監(jiān)測成果規(guī)律性不強(qiáng)。

(4)D類——計(jì)算方法正確，儀器參數(shù)完備，有配套無應(yīng)力計(jì)，但測值存在大量的鋸齒、尖點(diǎn)或突變，測值序列存在多個(gè)較長時(shí)段的缺測，監(jiān)測成果基本無規(guī)律性。

(5)E類——儀器參數(shù)不完備，或沒有配套無應(yīng)力計(jì)，或監(jiān)測成果明顯不合理甚至明顯異常，不符合基本物理力學(xué)規(guī)律。

3 應(yīng)變計(jì)綜合評價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場測試和長期觀測資料可靠性2個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)，對應(yīng)變計(jì)作出最終的綜合評價(jià)。最終綜合評價(jià)等級也分為5類，各類評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如下。

(1)A類——測試參數(shù)優(yōu)秀，技術(shù)狀態(tài)為A類；儀器測值穩(wěn)定可靠，工作狀態(tài)為A類。此時(shí)，應(yīng)變計(jì)監(jiān)測資料可作為大壩安全分析和評價(jià)的引用依據(jù)。

(2)B類——技術(shù)狀態(tài)不低于B類，工作狀態(tài)不低于B類。此時(shí)，監(jiān)測資料基本可作為分析和評價(jià)的引用依據(jù)。

(3)C類——技術(shù)狀態(tài)不低于C類，工作狀態(tài)不低于C類。此時(shí)，監(jiān)測資料僅能作為分析和評價(jià)的參考。對C類儀器，在今后的觀測中應(yīng)予以密切關(guān)注。

(4)D類——技術(shù)狀態(tài)不低于D類，工作狀態(tài)不低于D類。

(5)E類——技術(shù)狀態(tài)或工作狀態(tài)中，任何一個(gè)指標(biāo)被評定為E類。

對D類和E類應(yīng)變計(jì)，可作封存或報(bào)廢處理。

4 結(jié)束語

(1)對已埋設(shè)的應(yīng)變計(jì)進(jìn)行鑒定，應(yīng)通過現(xiàn)場測試確定儀器的技術(shù)狀態(tài)，通過長期測值可靠性分析確定儀器的工作狀態(tài)，然后進(jìn)行綜合評價(jià)。

(2)現(xiàn)場測試時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考察應(yīng)變計(jì)的正反測電阻比誤差、芯線電阻變差和絕緣度；長期測值可靠性評價(jià)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考察計(jì)算參數(shù)是否完備、是否具有配套無應(yīng)力計(jì)、測值是否完整以及觀測成果是否合理。

(3)應(yīng)變計(jì)現(xiàn)場測試的技術(shù)狀態(tài)評價(jià)、可靠性分析的長期工作狀態(tài)評價(jià)以及應(yīng)變計(jì)最終評價(jià)結(jié)果可以根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)劃分為A、B、C、D、E五類。A、B類應(yīng)變計(jì)的觀測成果可作為或基本可作為大壩安全分析和評價(jià)的引用依據(jù)，C類應(yīng)變計(jì)的觀測成果只能作為大壩安全分析和評價(jià)的參考依據(jù)，D、E類應(yīng)變計(jì)宜作封存或報(bào)廢處理。

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