大坝、隧洞、船闸这类水工混凝土结构做安全监测时,除了埋应变计测应力,通常还要配一支无应力计。它测的不是荷载引起的应变,而是混凝土自身体积变化产生的应变量,作用是给应变监测提供一份"没有外力时混凝土自己会怎么变"的参照。要拿到这份参照,前提是桶内混凝土必须与外部荷载隔开——这也决定了它不能像普通传感器那样直接丢进仓面,而要先在桶里预浇筑。

看结构就明白这道工序为什么讲究。VWS-W型振弦式无应力计由应变计和无应力桶组成,无应力桶是铁板制做的双层桶(夹层 8~10mm),有底无盖,用来把桶内混凝土与外部荷载隔开,但又不妨碍它感受桶内混凝土的自生体积变化。也就是说,桶内那点混凝土必须从始至终处在"无应力"状态,读数才有意义。若埋设时才浇筑,混凝土的冲击力会直接作用在仪器上,这份参照从一开始就失真了。
手册把预浇筑拆成三步。第一步要提前 48 小时以上动手:利用桶内两组铁丝,把应变计悬空栓牢在桶内中心位置,上下、左右都居中,观测电缆引出桶外。第二步灌料,用与浇筑大体积混凝土同标号、同配比的混凝土,但要剔除大骨料,浇灌时逐级人工捣实。第三步浇好的无应力计,桶内混凝土凝固 48 小时后,才能埋入大体积混凝土。整套安排的目的很直接:使无应力计在埋设时已经初凝,就位后混凝土浇灌的冲击力对其影响甚小。
埋设时还有几个动作要跟上。把预先制备好的无应力计在埋设高程和位置摆放稳固,观测电缆合理敷设并保护;就位后立即读取读数,确认仪器完好,并按仪器编号和设计编号记录存档;在埋设区安放保护标记,直到混凝土凝固后才能撤除,防止人为扰动。
基准值的取法与常规应变仪器一致:在外荷载变动不大时,选相同时间、稳定气温的 3 次相近读数取平均;装在混凝土中的,则选水化热过后的测值。两次取值误差 ≤0.5%F.S,才算取准。
常有人问,预浇筑这 48 小时能不能省。从原理上看不能:无应力计给出的本身就是一份"基准参照",参照物在成型阶段就被扰动过,后面无论怎么修正都补不回来。这道工序花的是两天,换的是这支仪器在整个监测周期里的可信度。
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