儲(chǔ)華平，范光亞，趙 陽(yáng)，周 楷，周克明

（1.水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，江蘇南京，210012；2.水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇南京，210012；3.南京水利科學(xué)研究院，江蘇南京，210029）

1 概述

鋼筋計(jì)是巖土工程中常用的監(jiān)測(cè)儀器之一，常以焊接或螺紋連接方式與受力鋼筋或錨桿串接，用來(lái)測(cè)量鋼筋應(yīng)力。按照傳感器測(cè)量原理，鋼筋計(jì)有差動(dòng)電阻式、振弦式、光纖光柵式等。鋼筋計(jì)安裝方便、成果直觀，在廠房、閘墩、輸水隧洞、基坑、邊坡等部位常常布置很多鋼筋計(jì)，以監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)受力情況。在鋼筋計(jì)工程應(yīng)用中，其標(biāo)定設(shè)備、安裝方法、量程選擇、成果計(jì)算等，常常存在各種容易發(fā)生問(wèn)題的環(huán)節(jié)，導(dǎo)致鋼筋應(yīng)力計(jì)算成果不符合常理，誤導(dǎo)施工。結(jié)合多年工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)行的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)上述內(nèi)容深入分析，提出相應(yīng)解決辦法。

2 鋼筋計(jì)應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題

要獲取可靠的監(jiān)測(cè)成果，高質(zhì)量的鋼筋計(jì)是前提，正確安裝、選取基準(zhǔn)值是保證，鋼筋應(yīng)力計(jì)算成果的合理分析是關(guān)鍵。鋼筋計(jì)及其檢驗(yàn)、安裝，在相關(guān)的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中都有較全面的規(guī)定[1-5]。針對(duì)應(yīng)用中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，分析并提出相應(yīng)的解決方法。

2.1 標(biāo)定設(shè)備的問(wèn)題

按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范[5]，鋼筋計(jì)自廠家發(fā)到現(xiàn)場(chǎng)后，需要進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)試，包括絕緣度、測(cè)量范圍、靜態(tài)特性等，以檢測(cè)鋼筋計(jì)在運(yùn)輸途中是否出現(xiàn)問(wèn)題。檢驗(yàn)測(cè)試規(guī)程[3]中，鋼筋計(jì)的分辨力、非線性度、不重復(fù)度、滯后、綜合誤差等靜態(tài)特性都有明確的控制指標(biāo)。

精度低于技術(shù)規(guī)范要求的材料試驗(yàn)機(jī)不能用來(lái)檢驗(yàn)鋼筋計(jì)，以免引起誤導(dǎo)，甚至損傷鋼筋計(jì)。相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范中，對(duì)材料試驗(yàn)機(jī)精度要求及鋼筋計(jì)量程的規(guī)定如表1所示。鋼筋計(jì)靜態(tài)性能測(cè)試需要用到材料試驗(yàn)機(jī)，且精度不低于1級(jí)[1-3]，該設(shè)備價(jià)格高、體積大，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)不一定會(huì)配備。在條件較好的實(shí)驗(yàn)室、儀器研制廠家，一般采用電腦控制電液伺服萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，基本能排除檢測(cè)過(guò)程中的人為因素影響。在工程第三方檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室中，用來(lái)檢測(cè)混凝土試塊抗壓強(qiáng)度、鋼筋屈服強(qiáng)度的材料試驗(yàn)機(jī)，精度不一定滿足上述要求，由于往往采用手動(dòng)液壓控制加載各檔，不同技術(shù)人員操作不可避免地存在偶然誤差。當(dāng)采用后者進(jìn)行鋼筋計(jì)靜態(tài)性能測(cè)試時(shí)，往往會(huì)因?yàn)榧?、卸載的誤差，導(dǎo)致合格鋼筋計(jì)的非線性、遲滯誤差不能滿足規(guī)范要求，引起誤導(dǎo)。

2.2 穩(wěn)定性

現(xiàn)場(chǎng)可以根據(jù)鋼筋計(jì)自由狀態(tài)下測(cè)值與出廠檢驗(yàn)資料比較，初步判斷其是否正常，可以不對(duì)鋼筋計(jì)進(jìn)行穩(wěn)定性檢測(cè)。鋼筋計(jì)的穩(wěn)定性包括高溫穩(wěn)定性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性。檢驗(yàn)測(cè)試規(guī)程[3]中，差動(dòng)電阻式鋼筋計(jì)高溫穩(wěn)定性檢驗(yàn)方法是：將鋼筋計(jì)在＋60℃下持續(xù)48 h、在環(huán)境溫度下穩(wěn)定24 h，其電阻、電阻比限值分別為±0.1 Ω、±2%FS；鋼筋計(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢驗(yàn)方法是：將鋼筋計(jì)加載至量程上限恒定8 h、卸載恒定8 h，循環(huán)7次，其電阻、電阻比誤差限值分別為±0.1 Ω、±2%FS；振弦式鋼筋計(jì)也有類(lèi)似規(guī)定。該操作過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)、要求高，現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行較為困難。鋼筋計(jì)的穩(wěn)定性試驗(yàn)為專項(xiàng)檢驗(yàn)，僅在型式試驗(yàn)和有特定要求時(shí)進(jìn)行檢測(cè)測(cè)試[3]，因此項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)一般可以不做。建議可以根據(jù)鋼筋計(jì)自由狀態(tài)讀數(shù)，初步判斷是否正常。對(duì)振弦式鋼筋計(jì)，每支鋼筋計(jì)出廠檢驗(yàn)表給出了頻率模數(shù)與鋼筋應(yīng)力的關(guān)系，同時(shí)也給出了鋼筋計(jì)在零荷載時(shí)的頻率模數(shù)，鋼筋計(jì)運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后自由狀態(tài)下的讀數(shù)與該頻率模數(shù)比較，經(jīng)過(guò)溫度修正后，兩者之差不應(yīng)大于25 Hz2[6]。對(duì)差動(dòng)電阻式鋼筋計(jì)而言，電阻比讀數(shù)相差超過(guò)10×0.01%時(shí)[7]，應(yīng)查明原因，及時(shí)與廠家聯(lián)系。

2.3 靈敏度與量程

鋼筋計(jì)的量程決定于現(xiàn)場(chǎng)鋼筋的屈服強(qiáng)度與直徑，并非鋼筋直徑越大越好。300MPa和400MPa差動(dòng)電阻式鋼筋計(jì)在整個(gè)受拉量程內(nèi)電阻比的變化量在500個(gè)電阻比（0.01%）左右，每個(gè)電阻比對(duì)應(yīng)著鋼筋應(yīng)力的變化，即鋼筋計(jì)的分辨力，因此鋼筋計(jì)的量程越大，鋼筋應(yīng)力的絕對(duì)測(cè)量精度越低。

隨著混凝土用鋼的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的修訂，鋼筋計(jì)的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，量程也應(yīng)相應(yīng)調(diào)整，生產(chǎn)廠家應(yīng)及時(shí)研制量程為500 MPa和600 MPa的鋼筋計(jì)。根據(jù)2010年頒布的《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]，以300 MPa級(jí)光圓鋼筋取代了235 MPa級(jí)鋼筋，增加了屈服強(qiáng)度為500 MPa級(jí)帶肋鋼筋，該規(guī)范自2011年7月1日起實(shí)施。國(guó)發(fā)〔2009〕38號(hào)文《國(guó)務(wù)院批轉(zhuǎn)發(fā)展改革委等部門(mén)關(guān)于抑制部分行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩和重復(fù)建設(shè)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展若干意見(jiàn)的通知》中提出，“盡快完善建筑用鋼標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)規(guī)范，加快淘汰強(qiáng)度335 MPa以下鋼筋，推廣強(qiáng)度400 MPa及以上鋼筋，促進(jìn)建筑鋼材升級(jí)換代”。因此主流牌號(hào)變成了HRB400和HRB500。2018年2月發(fā)布、2018年11月1日開(kāi)始實(shí)施的《鋼筋混凝土用鋼第2部分：熱軋帶肋鋼筋》[9]，取消了335 MPa級(jí)鋼筋，增加了600 MPa鋼筋。鋼筋計(jì)的量程決定于現(xiàn)場(chǎng)受力鋼筋的屈服強(qiáng)度，并保持一致。在差動(dòng)電阻式鋼筋計(jì)、振弦式鋼筋計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中[1-2]，尚無(wú)量程為500 MPa和600 MPa的鋼筋計(jì)技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)及時(shí)修訂相關(guān)內(nèi)容，指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)、實(shí)施。

表1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)規(guī)范中對(duì)鋼筋計(jì)標(biāo)定設(shè)備要求Table 1 Requirements of calibration equipment for rebar strain meter in relevant standards and technical specifications

2.4 鋼筋計(jì)直徑方面的問(wèn)題

按照差動(dòng)電阻式鋼筋計(jì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]，鋼筋計(jì)的直徑有16 mm、18 mm、20 mm、22 mm、25 mm、28 mm、32 mm、36 mm和40 mm，振弦式鋼筋計(jì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2]中，鋼筋計(jì)的直徑比前者增加了10 mm、12 mm、14 mm和30 mm，其中在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]的附錄A“鋼筋的公稱直徑、公稱截面積及理論重量表”中沒(méi)有30 mm直徑的鋼筋，因此設(shè)計(jì)中不會(huì)有該直徑的鋼筋，標(biāo)準(zhǔn)[2]中應(yīng)將該型號(hào)的鋼筋計(jì)刪除。鋼筋計(jì)的直徑取決于現(xiàn)場(chǎng)鋼筋的直徑，兩者應(yīng)盡量保持一致。此外，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，因?yàn)閺S家供貨、長(zhǎng)途運(yùn)輸、設(shè)計(jì)變更等原因，都可能存在混凝土要施工但鋼筋計(jì)尚未運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)的問(wèn)題。

按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范，鋼筋計(jì)與鋼筋的直徑可以不一致，宜采用高一規(guī)格的鋼筋計(jì)代替，此時(shí)應(yīng)修正鋼筋計(jì)的靈敏度及溫度修正系數(shù)?！洞髩伟踩O(jiān)測(cè)儀器安裝標(biāo)準(zhǔn)》[4]中規(guī)定：“當(dāng)所選擇的鋼筋計(jì)連接桿的直徑與鋼筋直徑差異過(guò)大時(shí)，應(yīng)考慮截面積的換算”?！痘炷翂伟踩O(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[5]中規(guī)定：“盡量按照結(jié)構(gòu)鋼筋直徑配置相同直徑的鋼筋計(jì)，如果直徑不同，應(yīng)盡量接近，兩直徑之差不宜大于鋼筋直徑的10%”?？紤]到鋼筋拉力極大值，不能用小直徑的鋼筋計(jì)代替大直徑的鋼筋計(jì)。按照文獻(xiàn)[5]理解，若25 mm鋼筋計(jì)缺貨，需要用直徑不大于25 mm×110%=27.5 mm的鋼筋計(jì)替代，可按照標(biāo)準(zhǔn)[1]看，最接近的是直徑28 mm的鋼筋計(jì)，但又不滿足“兩直徑之差不宜大于鋼筋直徑10%”的條件。其他直徑的鋼筋計(jì)也都有同樣問(wèn)題。因此，規(guī)范[5]中此項(xiàng)應(yīng)修改為“宜采用直徑大一檔的鋼筋計(jì)代替”。

按照鋼筋計(jì)、鋼筋受力相等的原則，以差動(dòng)電阻式鋼筋計(jì)為例，有：

將式（2）代入式（1），

鋼筋計(jì)的最小讀數(shù)、溫度修正系數(shù)應(yīng)按式（4）修正：

式中：f′、b′分別為修正后的鋼筋計(jì)最小讀數(shù)、溫度修正系數(shù)；f、b分別為出廠鋼筋計(jì)的最小讀數(shù)、溫度修正系數(shù)；△Z、△T分別為電阻比、溫度變化量；S1、S分別為鋼筋計(jì)、鋼筋的截面積；σ1、σ分別為鋼筋計(jì)、鋼筋應(yīng)力。

不同直徑鋼筋計(jì)替代使用時(shí)，鋼筋計(jì)的最小讀數(shù)、溫度修正系數(shù)應(yīng)同時(shí)修正。規(guī)范[5]規(guī)定了按照式（4）修正鋼筋計(jì)的最小讀數(shù)f，對(duì)溫度修正系數(shù)b沒(méi)有說(shuō)明修正與否。鋼筋計(jì)的溫度修正系數(shù)一般為0.06 MPa/℃，按照溫度變幅30℃計(jì)，此時(shí)溫度對(duì)鋼筋的應(yīng)力影響為1.8 MPa。根據(jù)表2和表3，不同直徑鋼筋計(jì)替代的修正系數(shù)為1.21～1.65，此時(shí)鋼筋應(yīng)力的修正在2.2～3.0 MPa左右，按照鋼筋計(jì)最小讀數(shù)為0.7 MPa/0.01%，該部分誤差相當(dāng)于3～4個(gè)電阻比的影響，已超過(guò)差動(dòng)電阻式儀器電阻比的測(cè)量精度要求。因此，不同直徑鋼筋計(jì)替代使用時(shí)，鋼筋計(jì)的溫度修正系數(shù)也要根據(jù)面積比修正。

用直徑大一檔的相同量程鋼筋計(jì)替代，實(shí)際鋼筋計(jì)的精度將有所降低，應(yīng)盡量避免直徑大兩檔的鋼筋計(jì)替代。鋼筋計(jì)的最小讀數(shù)體現(xiàn)了其測(cè)量精度，對(duì)于差動(dòng)電阻式鋼筋計(jì)，最小讀數(shù)表示1個(gè)電阻比對(duì)應(yīng)的鋼筋應(yīng)力，最小讀數(shù)越大表明該鋼筋計(jì)測(cè)量精度越低。采用直徑高一規(guī)格的鋼筋計(jì)替代時(shí)，其最小讀數(shù)需要進(jìn)行修正，從表2可以看出修正系數(shù)一般在1.21～1.31之間，均值為1.26；當(dāng)用直徑高兩檔的鋼筋計(jì)替代時(shí)，從表3可以看出其最小讀數(shù)的修正系數(shù)一般在1.49～1.65之間，均值為1.58。對(duì)于差動(dòng)電阻式鋼筋計(jì)來(lái)說(shuō)，200 MPa和300 MPa的鋼筋計(jì)最小讀數(shù)一般分別在0.7 MPa/0.01%和1.0 MPa/0.01%左右，規(guī)范中要求該值應(yīng)小于1.0 MPa/0.01%和1.3 MPa/0.01%[1]，經(jīng)過(guò)上述直徑高一檔修正系數(shù)修正后為0.882 MPa/0.01%和1.26 MPa/0.01%，滿足規(guī)范要求，高兩檔的修正系數(shù)修正后為1.11 MPa/0.01%和1.58 MPa/0.01%，已經(jīng)超過(guò)規(guī)范要求，因此這種情況應(yīng)避免。

表2 鋼筋計(jì)與鋼筋不同直徑的系數(shù)修正（一）Table 2 Coefficient correction for diameter difference between rebar strain meter and rebar(I)

表3 鋼筋計(jì)與鋼筋不同直徑的系數(shù)修正（二）Table 3 Coefficient correction for diameter difference between rebar strain meter and rebar(II)

表4 鋼筋計(jì)修正后的最小讀數(shù)（單位：MPa/0.01%）Table 4 Minimum reading of rebar strain meter after correction(unit:MPa/0.01%)

另外，用量程低一檔、直徑大一檔鋼筋計(jì)替代，用量程高一檔、直徑小一檔鋼筋計(jì)替代，都應(yīng)進(jìn)行以上分析，修正鋼筋計(jì)的計(jì)算參數(shù)。采用量程高一檔、直徑相同的鋼筋計(jì)替代時(shí)，鋼筋應(yīng)力的測(cè)量精度將明顯降低。

2.5 安裝方式

鋼筋計(jì)采用對(duì)接焊、坡口焊、螺紋等方式與受力鋼筋連接，現(xiàn)行技術(shù)規(guī)范中沒(méi)有提到綁條焊。鋼筋計(jì)安裝的關(guān)鍵是必須將鋼筋計(jì)和鋼筋的中心線保持在同一軸線上。對(duì)接焊需要現(xiàn)場(chǎng)配置對(duì)焊機(jī)，且適用鋼筋直徑宜小于25 mm。坡口焊要將鋼筋計(jì)的連接桿、鋼筋相應(yīng)端部加工成45°～60°坡口，需要在鋼筋廠現(xiàn)場(chǎng)加工。螺紋連接需要鋼筋計(jì)生產(chǎn)廠家在鋼筋計(jì)的連接桿上加工陽(yáng)螺紋、并配套陰螺紋的連接套筒，鋼筋端部現(xiàn)場(chǎng)加工陽(yáng)螺紋，這種方式不需要電焊機(jī)、鋼筋計(jì)溫度不會(huì)升高，對(duì)保護(hù)鋼筋計(jì)有利。

在混凝土沒(méi)有出現(xiàn)裂縫時(shí)，鋼筋計(jì)與混凝土處于等應(yīng)變狀態(tài)，兩者之間不會(huì)有相對(duì)位移，因此鋼筋計(jì)采用綁條焊方式與受力鋼筋連接是可行的。綁條焊無(wú)需專門(mén)設(shè)備、焊接方便，鋼筋計(jì)安裝時(shí)往往采用這種方式。儲(chǔ)海寧認(rèn)為[7]鋼筋計(jì)和鋼筋連接處較為粗大，應(yīng)用布條或塑料包裹，外涂瀝青，使接頭處有微小位移的可能，以便受力鋼筋將拉力傳遞到鋼筋計(jì)上。

2.6 基準(zhǔn)值對(duì)量程的影響

對(duì)于鋼筋計(jì)的初始值、基準(zhǔn)值，水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)比電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解釋得更全面，工程項(xiàng)目中可以參照?qǐng)?zhí)行。在電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》[5]中，鋼筋計(jì)基準(zhǔn)值是安裝好后、混凝土澆筑前的穩(wěn)定測(cè)值。水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《大壩安全監(jiān)測(cè)儀器安裝標(biāo)準(zhǔn)》[4]中，定義了監(jiān)測(cè)儀器的起始值、初始值、基準(zhǔn)值，起始值指監(jiān)測(cè)儀器在現(xiàn)場(chǎng)零荷載下的測(cè)值；初始值指儀器安裝后，在既定荷載下，安裝影響消除后的測(cè)值；基準(zhǔn)值指相對(duì)于荷載條件的計(jì)算起點(diǎn)的測(cè)值。鋼筋計(jì)的初始值取埋設(shè)12～24 h后的測(cè)值，基準(zhǔn)值可以為混凝土初凝后的基準(zhǔn)值、下閘蓄水前的基準(zhǔn)值、除險(xiǎn)加固前的基準(zhǔn)值等。

按照現(xiàn)行規(guī)范，鋼筋計(jì)量程為200MPa和300MPa時(shí)，表示相對(duì)于室內(nèi)率定時(shí)的零值，其受拉量程為200 MPa和300 MPa，實(shí)際具備120%的超量程。鋼筋計(jì)受壓量程為100 MPa，按照規(guī)范，受壓量程在鋼筋計(jì)的率定過(guò)程中不需檢驗(yàn)。鋼筋計(jì)的量程是相對(duì)于自由狀態(tài)下廠家標(biāo)定時(shí)的零值，此時(shí)的電阻比或頻率模數(shù)可以在其率定資料中找到。在鋼筋計(jì)的工程應(yīng)用中，安裝過(guò)程中外界影響、基準(zhǔn)值的取值方式、運(yùn)輸途中震動(dòng)，有可能導(dǎo)致計(jì)算成果超過(guò)其量程。如圖1中，鋼筋計(jì)的基準(zhǔn)值設(shè)置在其零值右側(cè)距離a處，這種情況下，鋼筋計(jì)具備了更多的受壓量程，其應(yīng)力計(jì)算值在受壓100+a也沒(méi)有超過(guò)量程，鋼筋也不會(huì)受壓破壞。同樣，若基準(zhǔn)值取在零值的左側(cè)距離a處，鋼筋計(jì)將具有更多的受拉量程，其應(yīng)力計(jì)算值在受拉300+a時(shí)，仍沒(méi)有超過(guò)量程。

圖1 鋼筋計(jì)量程與基準(zhǔn)值關(guān)系Fig.1 Relationship between range of rebar strain meter and benchmark value

2.7 鋼筋計(jì)應(yīng)力成果分析

根據(jù)廠家提供的公式計(jì)算的鋼筋應(yīng)力，包括鋼筋的荷載應(yīng)力與非荷載應(yīng)力之和，在資料分析中要克服非荷載應(yīng)力存在難度。一般認(rèn)為，在混凝土不出現(xiàn)裂縫時(shí)，在外荷載作用下，鋼筋混凝土內(nèi)鋼筋與混凝土同步變形，即等應(yīng)變法：

式中：σS、ES分別為鋼筋的應(yīng)力、彈模；σC、EC分別為混凝土的應(yīng)力、彈模。

此時(shí)，鋼筋與混凝土的荷載應(yīng)力大小與彈模之比成線性關(guān)系，且符號(hào)相同。但由于鋼筋與混凝土的物理特性不同，結(jié)構(gòu)內(nèi)部常常出現(xiàn)非荷載應(yīng)力，且兩者應(yīng)力的大小與彈模無(wú)關(guān)，方向相反。鋼筋計(jì)的非荷載應(yīng)力可以由混凝土的熱脹冷縮、干縮濕漲、徐變、自生體積變形等原因產(chǎn)生，非荷載應(yīng)力對(duì)鋼筋與混凝土的應(yīng)力影響的特點(diǎn)是兩者符號(hào)相反，即一個(gè)受拉則另一個(gè)受壓，或反之。

混凝土澆筑后產(chǎn)生水化熱，一般2～3 d到最高溫度，然后開(kāi)始降溫，此時(shí)，混凝土彈模已經(jīng)較大。溫度降低導(dǎo)致鋼筋與混凝土都收縮，由于鋼筋熱膨脹系數(shù)要大于混凝土熱膨脹系數(shù)，正常來(lái)說(shuō)鋼筋的收縮量要大于混凝土，按照等應(yīng)變?cè)?，此時(shí)混凝土將阻止鋼筋收縮，因此鋼筋表現(xiàn)為受拉，混凝土表現(xiàn)為受壓。如圖2所示，當(dāng)混凝土后期受環(huán)境溫度升高影響時(shí)，鋼筋受熱膨脹εs，混凝土受熱膨脹εc，兩者相互作用下，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最終變形為ε，此時(shí)鋼筋與混凝土內(nèi)力平衡，此時(shí)鋼筋表現(xiàn)為受壓，混凝土表現(xiàn)為受拉。溫度降低時(shí)情況相反。

圖2 溫度升高時(shí)鋼筋、混凝土變形關(guān)系Fig.2 Relationship between deformations of rebar and concrete when temperature rises

鋼筋混凝土構(gòu)件在澆筑完成的初期，混凝土的干縮是不可避免的，但鋼筋沒(méi)有干縮的特性，因此，鋼筋將阻礙混凝土的干縮變形，表現(xiàn)為鋼筋受壓、混凝土受拉的應(yīng)力狀態(tài)，因此澆水養(yǎng)護(hù)有利于降低低齡期混凝土內(nèi)拉應(yīng)力。大壩蓄水后高程較低部位混凝土發(fā)生濕漲，表現(xiàn)鋼筋為受拉、混凝土受壓的應(yīng)力狀態(tài)，改善了混凝土應(yīng)力情況。

混凝土的徐變、自生體積變形也都影響著鋼筋的應(yīng)力。混凝土的徐變是指在既定持續(xù)荷載作用下，其體積逐漸變小的趨勢(shì)，這種變形不會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力，但鋼筋的存在將阻止混凝土自生體積變形，此時(shí)鋼筋產(chǎn)生壓應(yīng)力、混凝土內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力?；炷恋淖陨w積變形一般由埋設(shè)在混凝土內(nèi)的無(wú)應(yīng)力計(jì)測(cè)得，顯示混凝土不受外界荷載的變形情況，一般有收縮型或膨脹型規(guī)律，收縮型變形對(duì)鋼筋應(yīng)力的影響與混凝土徐變一樣，膨脹型則相反。

混凝土的熱脹冷縮、干縮濕漲、徐變、自生體積變形等對(duì)鋼筋應(yīng)力的影響如表5所列，混凝土的干縮、溫度升高、徐變、收縮型自生體積變形是鋼筋安裝初期非荷載應(yīng)力導(dǎo)致鋼筋計(jì)出現(xiàn)壓應(yīng)力的主要原因。

表5 鋼筋及混凝土應(yīng)力的非荷載應(yīng)力Table 5 Non-load stress of rebar and concrete

為研究混凝土溫度、干縮濕漲、自生體積變形和徐變對(duì)鋼筋計(jì)引起的非荷載應(yīng)力，邵乃辰[10]在直徑20 cm、長(zhǎng)80 cm的150號(hào)混凝土試塊內(nèi)埋設(shè)一支?20 mm鋼筋計(jì)，成型3 d后置于恒溫（20℃）、恒濕（相對(duì)濕度60%）環(huán)境中進(jìn)行干縮試驗(yàn)，在開(kāi)始60 d內(nèi)鋼筋計(jì)應(yīng)力增加很快，半年后基本穩(wěn)定，鋼筋計(jì)應(yīng)力達(dá)-70 MPa（壓應(yīng)力）。干縮一年后，再放入同溫度的水中，混凝土吸水膨脹，鋼筋應(yīng)力迅速下降，半年后剩下-14 MPa。結(jié)果表明，實(shí)測(cè)鋼筋計(jì)的非荷載應(yīng)力受混凝土干縮、濕漲影響很大。

3 結(jié)語(yǔ)

鋼筋計(jì)是巖土工程安全監(jiān)測(cè)中常用的一種儀器，在應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）鋼筋計(jì)在標(biāo)定時(shí)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，應(yīng)采用不低于1級(jí)精度的材料試驗(yàn)機(jī)，避免檢測(cè)數(shù)據(jù)異常，引起誤導(dǎo)或損壞鋼筋計(jì)，工程現(xiàn)場(chǎng)一般可以通過(guò)自由狀態(tài)時(shí)鋼筋計(jì)的測(cè)值簡(jiǎn)單判斷其是否異常。

（2）隨著國(guó)家對(duì)混凝土用鋼的升級(jí)換代，現(xiàn)行鋼筋計(jì)的國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)及時(shí)完善，增加量程為500 MPa和600 MPa的鋼筋計(jì)的技術(shù)指標(biāo)，生產(chǎn)廠家應(yīng)及時(shí)研制這類(lèi)大量程鋼筋計(jì)，以適應(yīng)工程項(xiàng)目的需要。

（3）當(dāng)鋼筋計(jì)與受力鋼筋直徑不一致時(shí)，應(yīng)同時(shí)修正鋼筋計(jì)的最小讀數(shù)與溫度修正系數(shù)。為滿足規(guī)范靈敏度的要求，應(yīng)避免采用直徑高兩檔的鋼筋計(jì)替代。

（4）埋設(shè)在混凝土內(nèi)的鋼筋計(jì)實(shí)測(cè)成果包括非荷載應(yīng)力與荷載應(yīng)力，非荷載應(yīng)力是鋼筋計(jì)出現(xiàn)壓應(yīng)力的一個(gè)重要原因。