在混凝土坝的应力监测资料里,经常能看到两个数并排放着:一个是应变计给出的总应变,一个是无应力计给出的「无应力应变」。不少刚接手监测项目的人会问,既然应变计已经测了应变,这支多花一份钱、多占一个埋设点位的仪器到底在干什么。

答案藏在一个老问题上。混凝土应变计测到的变形里混着两样东西:荷载引起的应力应变,和混凝土自身的体积变化。后者来自水化、自收缩、温度徐变,跟受力毫无关系。坝体里温度降个十几度,应变计读数会明显往压缩方向走,此时结构受力可能一点没变。如果直接把总应变乘上弹性模量当作应力,算出来的数字在蓄水初期、寒潮过后这些时段可以偏出一大截。所以行内才有了「总应变减无应力应变」这一步。
无应力计的活儿就是把那个减数测出来。它的应变计装在一个铁板做的双层桶里,夹层 8~10mm,桶有底无盖。这个桶把外面混凝土传来的荷载挡在外面,桶内那点混凝土不受力、自由变形;但桶是开口的,湿度、温度这些让混凝土自身体积变化的条件照样能传进去。所以它测到的是纯粹的自生体积变化,一点荷载成分都没有。这就是为什么它叫无应力计——不是因为测不到应力,而是因为它被测的位置恰好没有应力。
拿到两支仪器的数,剩下的就是计算。无应力计的测值本身要按 εm = k×(F−F0) + (b−α)×(T−T0) 换算,这里的温度修正用的是仪器自身系数 b(约 13με/℃)与被测混凝土线膨胀系数 α(通常取 8~12×10⁻⁶/℃)之差,因为要修正的正是「两支仪器对温度反应不一致」的那部分。而应变计那边用的是自己的 b。两组数各自的温度项都算干净了,相减才有意义——只修一边、或者两边都用同一个系数,是这类计算里最常见的错误。
选型上,无应力计和应变计一样有标距之分,VWS-10W 是 100mm、VWS-15W 是 150mm,量程 ±1500με、灵敏度 ≤0.5με。关键约定是同一测点上的应变计与无应力计标距要一致,否则两者的平均范围不对应,减出来的应力应变带着几何上的偏差,而且这种偏差在数据上很隐蔽,不会报警、不会突变,只是一直偏着。
所以无应力计在监测系统里的位置,不是可有可无的配角。它把一个本来无法从现场数据里分离的量单独测了出来,让「应变」能真正变成「应力」。埋一支应变计而不配无应力计,等于测了一半。
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