1 用途
VWJV型振弦式脫空計(jì)適用于長(zhǎng)期測(cè)量面板壩的混凝土面板與墊料層間，及其它混凝土結(jié)構(gòu)物與地基之間因變形造成的脫空，并可同步測(cè)量埋設(shè)點(diǎn)的溫度。
振弦式脫空計(jì)的傳感器采用的是VWJV型振弦式位移計(jì)，由其加裝配套附件而組成。振弦式位移計(jì)有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能，經(jīng)試驗(yàn)溫度修正系數(shù)甚小，使用中不需要溫度修正。振弦式脫空計(jì)具有智能識(shí)別功能。
2 規(guī)格及主要技術(shù)參數(shù)
| 規(guī)格代號(hào) | VWJV-50 | VWJV-100 | |
| 尺寸 參數(shù) | 外徑D， mm | 30.5 | 30.5 |
| 長(zhǎng)度L， mm | 340 | 400 | |
| 性能 參數(shù) | 測(cè)量范圍， KPa | 0～50 | 0～100 |
| 最小讀數(shù)k， KPa/F | ≤0.02 | ≤0.04 | |
| 測(cè)量精度， %F.S | ±0.1 | ||
| 分辨力， %F.S | ≤0.1 | ||
| 溫度測(cè)量范圍， ℃ | -25～+80 | ||
| 溫度測(cè)量精度， ℃ | ±0.5 | ||
| 溫度修正系數(shù)b， KPa/℃ | ≈0.12 | ||
| 耐水壓 | ≥1MPa | ||
| 絕緣電阻， MΩ | ≥50 | ||
| 執(zhí)行 | 國(guó)標(biāo)GB/T 3410.2-2008 | 非直線度≤2.0%F.S；不重復(fù)度≤0.5%F.S；滯后≤1.0%F.S；綜合誤差≤2.5%F.S | |
3 結(jié)構(gòu)及工作原理
3.1結(jié)構(gòu)
VWJV型振弦式位移計(jì)由脫空計(jì)專用支架、萬(wàn)向連軸節(jié)、不銹鋼護(hù)管、二級(jí)機(jī)械負(fù)放大機(jī)構(gòu)、信號(hào)傳輸電纜、振弦及激振電磁線圈等組成。
3.2工作原理
由于混凝土面板堆石壩的墊層料與面板間存在脫空現(xiàn)象，但過(guò)量的脫空位移勢(shì)必惡化面板的運(yùn)行，監(jiān)測(cè)其脫空間距對(duì)壩體的安全顯得尤為重要。
當(dāng)面板壩的混凝土面板與墊層料之間發(fā)生位移變形時(shí)(脫空)，將會(huì)帶動(dòng)位移計(jì)的測(cè)桿伸縮，經(jīng)萬(wàn)向節(jié)傳遞給位移計(jì)，位移計(jì)內(nèi)的二級(jí)機(jī)械負(fù)放大機(jī)構(gòu)將變形傳遞給振弦，轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激振振弦并測(cè)量其振動(dòng)頻率，頻率信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可計(jì)算出被測(cè)結(jié)構(gòu)物的變形量。同時(shí)可同步測(cè)出埋設(shè)點(diǎn)的溫度值。
脫空計(jì)布置在面板與墊層料之間，兩支位移傳感器分別固定在AC與BC邊上。為計(jì)算方便，面板上的兩個(gè)錨固點(diǎn)A、B與埋設(shè)在墊層料內(nèi)的錨固點(diǎn)C形成等邊三角形兩個(gè)邊，其組成的平面與面板垂直，兩支位移計(jì)分別固定在面板與墊層料的錨固點(diǎn)之間。C點(diǎn)與面板間的法線垂直距離位移即為面板的脫空變化量，通過(guò)計(jì)算三角形ΔABC的高OC的變化，即AC、BC變化到A C′、B C′的高O′C′，便可計(jì)算出面板與墊層料之間的脫空變化量。
4 計(jì)算方法
4.1位移計(jì)計(jì)算方法
位移計(jì)受到的是變形和溫度的雙重作用，位移計(jì)的一般計(jì)算公式為：
Lm= k△F + b△T = k (F - F0)＋b (T - T0)
式中：Lm—被測(cè)結(jié)構(gòu)物的變形量，單位為mm。
K —位移計(jì)的測(cè)量靈敏度，單位為mm/F；
△F—位移計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量值相對(duì)于基準(zhǔn)值的變化量，單位為F；
F —位移計(jì)的實(shí)時(shí)測(cè)量值，單位為F；
F0—位移計(jì)的基準(zhǔn)值，單位為F。
b —位移計(jì)的溫度修正系數(shù)，單位為mm/℃；
△T—溫度實(shí)時(shí)測(cè)量值相對(duì)于基準(zhǔn)值的變化量，單位為℃；
T —溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量值，單位為℃；
T0—溫度的基準(zhǔn)值，單位為℃。
注：VWJV型振弦式位移計(jì)的敏感測(cè)量元件，其與固定機(jī)架的材料線膨脹系數(shù)極為接近，試驗(yàn)所得其溫度修正系數(shù)小于最小讀數(shù)，由此一般計(jì)算可用公式。
Lm= k△F = k (F - F0)
4.2脫空位移計(jì)算方法
計(jì)算的方法很多，可參照用計(jì)算三角形高的方法算出脫空的位移量。設(shè)面板兩個(gè)錨頭之間的距離為常數(shù)AB，兩只位移計(jì)測(cè)量出相應(yīng)邊的增量，各增量加上初始邊長(zhǎng)即為變化后的各邊長(zhǎng)，以此可計(jì)算出頂點(diǎn)(0′)到面板的垂直距離(即高O′C′)，變化后三角形的高與初始之比即為實(shí)際脫空位移量。
5 安裝與埋設(shè)
5.1儀器的安裝
5.1.1預(yù)埋沉降網(wǎng)
沉降網(wǎng)是用于固定墊層料錨頭，當(dāng)墊層料發(fā)生沉降位移時(shí)將帶動(dòng)沉降網(wǎng)，沉降網(wǎng)帶動(dòng)位移傳感器，即可測(cè)量出其沉降量。
沉降網(wǎng)的安裝是在壩體填筑達(dá)到設(shè)計(jì)高程時(shí)(即圖中C點(diǎn))，將制做好的沉降網(wǎng)固定于設(shè)計(jì)部位，并在墊層料上做出標(biāo)記，完成后再繼續(xù)填筑。
5.1.2當(dāng)墊層料全部填筑完成后，在將要埋設(shè)儀器位置挖坑，直挖到沉降網(wǎng)為止，并焊上墊層料錨頭。
5.1.3 組裝儀器：將位移計(jì)連接上讀數(shù)儀，用手拉壓測(cè)桿，確認(rèn)讀數(shù)正常后開始組裝儀器。將位移計(jì)測(cè)桿與傳遞桿用傳遞桿接頭連接起來(lái)，套上保護(hù)管，保護(hù)管套在位移計(jì)上的一端有密封圈，以防泥沙進(jìn)入。位移計(jì)裝入保護(hù)管中時(shí)應(yīng)預(yù)留出壓縮量(大小根據(jù)設(shè)計(jì)或現(xiàn)場(chǎng)情況確定)，儀器組裝完成后應(yīng)再用讀數(shù)儀復(fù)測(cè)。在保護(hù)管的另一端裝上端蓋，端蓋一頭連著傳遞桿、一頭連著萬(wàn)向節(jié)。
5.1.4 安裝儀器：在墊層料錨頭裝上兩支萬(wàn)向節(jié)，在萬(wàn)向節(jié)后裝上組裝好的儀器，將連著儀器另一頭的萬(wàn)向節(jié)擰在面板錨頭上。面板錨頭固定在面板鋼筋上，用鋼尺量取AB點(diǎn)的距離L(AB點(diǎn)為兩萬(wàn)向節(jié)之間距離)。安裝好的脫空計(jì)應(yīng)是一個(gè)等邊三角形，面板錨頭處的兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)為三角形的AB點(diǎn)，墊層料錨頭處的兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)為三角形的C點(diǎn)(近似為三角形的頂點(diǎn))。
5.1.5 精確量取所形成三角形各個(gè)邊長(zhǎng)(精確到0.1mm)作為邊長(zhǎng)的初始值，同時(shí)將傳感器編號(hào)和所在的邊等數(shù)據(jù)記錄下來(lái)以備計(jì)算用。
5.1.6 埋設(shè)
儀器安裝就位后，在回填之前應(yīng)作好電纜的牽引，特別是在靠近傳感器根部的電纜應(yīng)呈彎曲狀，預(yù)留足夠的伸縮量?；靥顣r(shí)傳感器及測(cè)桿周圍可采用人工夯實(shí)，夯實(shí)時(shí)不能過(guò)分沖擊，避免損壞電纜和儀器，待埋設(shè)安裝完成后即可進(jìn)行初始讀數(shù)的測(cè)量。
5.2 儀器的安裝
5.2.1 錨桿在壩體填筑達(dá)到設(shè)計(jì)高程時(shí)（即圖2中橫向錨桿的高程），應(yīng)該在墊層料填筑過(guò)程中的設(shè)計(jì)位置預(yù)埋錨桿并做標(biāo)記，錨桿為φ25mm螺紋鋼，其長(zhǎng)度為1.5~2m,分別為垂直與水平布置并交叉，在交叉點(diǎn)焊接，此后再進(jìn)行填筑。
5.2.2 當(dāng)砼面板澆筑達(dá)到儀器的埋設(shè)高程時(shí)，應(yīng)將該儀器位置的預(yù)埋的錨桿挖出來(lái)，并在錨桿與面板間形成一塊不小于 1.5×1.5M 的工作面，以便于儀器器的安裝。
5.2.3 在儀器埋設(shè)處的面板鋼筋幫扎完畢后，用一鋼尺量取900mm，在錨桿的交會(huì)處固定其一端，然后在面板澆筑混凝土的內(nèi)側(cè)面位置找出面板錨頭的固定位置。注意應(yīng)該留足夠的調(diào)整范圍。待初步確定后，應(yīng)該先安裝面板錨頭，面板錨頭焊接在面板的鋼筋網(wǎng)上，并保證錨頭的連接端部露出澆筑后的內(nèi)側(cè)，特別是萬(wàn)向節(jié)不可埋入混凝土內(nèi)，在焊接時(shí)應(yīng)保證兩個(gè)萬(wàn)向節(jié)的中心距離為900mm為佳。
5.2.4 上述步驟完成后，開始安裝墊層料錨頭，應(yīng)根據(jù)等腰三角形的原則，確定墊層料錨頭的實(shí)際位置，使該錨頭的兩個(gè)連接空的交叉點(diǎn)在等腰三角形的一個(gè)頂點(diǎn)上，然后進(jìn)行焊接，焊接要穩(wěn)固結(jié)實(shí)。
5.2.5 安裝傳感器及傳遞桿：將兩個(gè)傳感器用相應(yīng)的萬(wàn)向節(jié)連接在錨桿的安裝孔上，然后連接傳遞桿。在預(yù)留傳感器的預(yù)拉量（大小根據(jù)設(shè)計(jì)或現(xiàn)場(chǎng)情況確定）的同時(shí)，應(yīng)該照顧到連接各自到面板錨頭的具體長(zhǎng)度，如果傳遞桿過(guò)長(zhǎng)，可進(jìn)行截?cái)喽嘤嗖糠诌M(jìn)行調(diào)節(jié)，待長(zhǎng)度符合要求后，在傳感器及測(cè)桿表面涂抹足夠厚度的黃油，分別套入PVC波紋管（波紋管應(yīng)壓縮后套入，以便伸長(zhǎng)時(shí)有足夠的保護(hù)長(zhǎng)度），再連接到各自的面板錨頭。用螺絲上緊。
5.2.6 精確量取所形成三角形各個(gè)邊長(zhǎng)（精確到0.1mm）作為邊長(zhǎng)的初始值，同時(shí)將傳感器編號(hào)等數(shù)據(jù)記錄下來(lái)以備計(jì)算
儀器安裝到位后，在回填之前應(yīng)作好電纜的牽引，特別是在靠近傳感器根部的電纜應(yīng)呈彎曲狀，預(yù)留足夠的活動(dòng)量。
5.2.7 回填
回填的材料一般為細(xì)紗，也可根據(jù)設(shè)計(jì)要求及相應(yīng)規(guī)范確定回填。傳感器及測(cè)桿周圍采用人工夯實(shí)，夯實(shí)時(shí)不能沖擊，避免損壞電纜和儀器，待埋設(shè)安裝完成后再進(jìn)行初始讀數(shù)，以確定傳感器是否損壞計(jì)算的方法很多，按照三角形高的計(jì)算方法，來(lái)計(jì)算脫空位移量。此時(shí)面板兩個(gè)錨頭之間的距離為常數(shù)（如900mm），兩只位移傳感器即反映相應(yīng)邊的當(dāng)前增量變化，根據(jù)量取的初始邊長(zhǎng)與相應(yīng)增量相加，即得實(shí)際邊長(zhǎng)，再計(jì)算該頂點(diǎn)到面板的垂直距離（即高），得到最終的變化值。如果需要計(jì)算與面板相平行的錯(cuò)動(dòng)位移，可參照有關(guān)方法進(jìn)行。
5.2.8 數(shù)據(jù)處理
計(jì)算的方法很多，按照三角形高的計(jì)算方法，來(lái)計(jì)算脫空位移量。此時(shí)面板兩個(gè)錨頭之間的距離為常數(shù)（如900mm），兩只位移傳感器即反映相應(yīng)邊的當(dāng)前增量變化，根據(jù)量取的初始邊長(zhǎng)與相應(yīng)增量相加，即得實(shí)際邊長(zhǎng)，再計(jì)算該頂點(diǎn)到面板的垂直距離（即高），得到最終的變化值。如果需要計(jì)算與面板相平行的錯(cuò)動(dòng)位移，可參照有關(guān)方法進(jìn)行。
