[发明专利]一种测量冰层拉压力的装置及其安装方法

说明书

本发明公开一种测量冰层拉压力的装置及其安装方法，装置包括固定设于大坝上的底座，所述底座与拉压力传感器一侧连接，拉压力传感器另一侧与受力盘连接，所述拉压力传感器外表面设有保护套管；另外本发明还公开装置的安装方法；本发明结合拉压力传感器进行结构设计，制作出一套可以实时测量冰层拉压力的装置，通过合理的布置和辅助设备，可对寒冷地区水利工程冬季受到的冰层拉压力进行测量，为准确研究冰的力学特性和变化情况，和对寒冷地区的农业生产、水利建设等具有积极的指导意义。

技术领域

本发明涉及水利工程混凝土施工技术领域，具体地指一种测量冰层拉压力的装置及其安装方法。

背景技术

冰冻现象是低温条件下一种常见的自然现场，在我国西北地区的冬季冰冻现象更加普遍。在这些地区陆续建设了相当数量的水利工程（包括大坝、引水渠道、堤坝等），当冬季寒潮来临气温降低时，这些水工建筑物就会受到冰冻现象带来的危害。我国寒冷地区的水利工程冬季水库结冰后随着温度的波动会发生体积膨胀，产生的静冰压力对坝体及附属结构破坏十分严重；库区冰盖在产生静冰压力的同时，随着库区水位的升降可能会产生崩塌现象，紧贴坝体结构的冰层又会产生拉压破坏；而到了春季冰融化之后冰层破碎在库区来回漂流又会形成冻冰，不断撞击坝体产生另一种形式的破坏，这些外力作用轻则损伤坝体表层和其附属结构，重则造成结构破坏影响大坝安全。

由于环境变化的复杂性和冰的自身特性，冰层与约束条件的相互作用受到诸多条件如地域特性、边界条件的形状、温度、风速等的影响，且静冰压力的研究涉及热力学、动力学、材料力学等各个学科，因此对静冰压力的规律一直没有普便适用的方法。准确研究冰的力学特性和检测静冰压力的变化情况，对寒冷地区的农业生产、水利建设等具有积极的指导意义。

为了准确研究冰的拉压力，就首先要寻求一种准确测量冰层拉压力的方法和装置，实现对寒冷地区水利工程在冬季受冰层拉压力的实时检测。国外专家很早就进行了理论分析和实验测量，得到的成果包括静冰压力估算公式、相关规范和估计河流结冰厚度模型等。国内学者对冰层拉压力的测量研究开始的相对较晚，通过对国外专家开展冰拉压力研究理论和实验技术的借鉴，综合考虑了国内实际环境，从20世纪80 年代至今三十多年以来进行了大量研究工作，许多研究者也取得了各种成果，这些成果对水利设施的设计和建造具有极大的指导意义。

为了研究寒冷地区水利工程在冬季受冰层的影响程度，需要对冰层拉压力进行准确测量。目前研究冰层拉压力的方法主要有三种：

（1）表面直接测量法

由压力传感器和金属盒支撑固体面板做成冰荷载压力盒，安装在冰与结构的作用面上，通过人工进行长期的观测记录获取冰层内部力学强度变化的数值，该方法被认为是最合理的直接测定冰压力的方法。

该方法的主要不足：由于现场测试环境复杂恶劣，检测技术所限，导致数据匮乏，缺乏连续完整性，往往很难测试到冰力学强度值完整的变化过程。同时受冰本身性质影响，普通的压力传感器容易被冰包裹，致使测量值产生误差，或者得到错误的数据。

（2）冰力模型试验法

通过在室内建立低温实验室，通过对现场原型冰切割取样、人工降温冷冻生产、化学合成等途径获得实验用模型冰，在人造低温环境下对模型冰外施单轴方向机械力或模拟与结构物的碰撞，实现对冰力学强度的检测。

该方法存在的缺点一是投资高，检测方法陈旧，实时性差，二是与现场环境存在一定差别，因此所得数据较实际环境误差较大。

（3）光纤光栅传感器

目前主要以光纤光栅为代表，光纤光栅传感器具有精度高、重量轻、体积小、可靠性好、布点容量大等特点，利用光纤光栅制作冰压力传感器，能够实现超远距离的信号传输和高速的动态在线检测从而满足静冰压力现场在线检测的要求。