锚索测力计监测物理量的计算
摘要：锚索测力计主要用来监测各种锚杆、锚索、岩石螺栓、支柱、隧道与地下洞室中的支架以及大型预应力钢筋混凝土结构中的荷载及预应力的损失情况。
目前普遍应用的为多弦式锚索测力计，在运行的过程中常常会出现部分测点失效的情况，若部分测点失效，只要找到合适的计算方法，就可以准确计算出锚固力，使得锚索测力计能发挥正常监测的作用。
关键词：锚索测力计；锚固力；线性回归；计算；误差
Abstract: The loss of anchor cable dynamometer is mainly used to load and prestressed frame to monitor all kinds of bolt and anchor, rock bolts, pillar, tunnel and underground cavern and the large prestressed reinforced concrete structure in the. The current widely used for multiple string type anchor dynamometer, in the course of operation is often part of measuring points of failure, if part of the measurement point of failure, only to find the appropriate numerical methods, we can accurately calculate the anchor force, the anchor cable dynamometer can play a normal monitoring role.
Keywords: anchor ergometer; anchoring force calculation; error; linear regression;
0引言
由钻孔穿过软弱岩层或滑动面，把一端锚固在坚硬的岩层中，然后在另一个自由端进行张拉，从而对岩层施加压力对不稳定岩体进行锚固，这种方法称预应力锚索，简称锚索，其示意图见图1，预应力锚索在岩土工程边坡、地下硐室及其他大型预应力钢筋混凝土结构中均有广泛的应用。
锚索测力计安装在锚索的自由端，监测锚索锚固力的变化情况，从而评价建筑物及结构的稳定性或施工质量。
目前工程中普遍应用的为多弦式锚索测力计，当一台锚索测力计的部分测点失效，仍可以通过其余测点的读数计算出锚固力值，本文将介绍一种准确简便的计算方法来准确的计算锚固力。
图1预应力锚索示意图
1锚索测力计工作原理
1.1仪器结构
振弦式锚索测力计主要由承重筒、保护桶、敏感部件、激振线圈、电缆及密封组件组成，敏感部件为振弦式应变计。
在测力计承重筒上均布着3～6支振弦
式应变计，当荷载使承重筒产生轴向变形时，应变计与承重筒产生同步变形，变形引起应变计钢弦的张弛，从而改变钢弦的振动频率，配套读数仪可以通过信号线测量应变计的读数。
振弦式锚索测力计的结构示意图见图2。
图2振弦式锚索测力计结构图
1.2仪器安装
仪器安装之前，要根据锚墩、锚索测力计及锚板的尺寸加工锚垫板，仪器安装时在锚索的自由端依次装上锚垫板、锚索测力计、锚垫板、锚具、千斤顶、工具锚，保证各部件与锚索的中心轴线同心同轴，然后进行分级张拉和锁定，最后退出工具锚和千斤顶。
锚索测力计的典型安装示意图见图3。
图3锚索测力计典型安装示意图
2计算
2.1锚固力的计算
锚索测力计的监测物理量为锚索测力计承受的荷载即锚固力，下面介绍锚固力的计算方法，厂家提供的计算公式为：
P=k×（F-F0）+b×（T-T0）
式中，P—锚索测力计承受的荷载，即锚固力，单位为kN；
k—锚索测力计的仪器系数，单位为kN/kHz2；
F—实时测量的锚索测力计输出值（所有测点测值平均值），单位为kHz2；
F0—锚索测力计的基准值（自由状态下所有测点测值平均值），单位为kHz2；
b—锚索测力计的温度修正系数，单位为kN/℃；
T—温度实时测值，单位为℃；
T0—温度基准值（F0对应的温度测值），单位为℃；
2.2部分测点失效的锚索测力计的计算
锚索测力计工作一段时间后，由于施工原因和仪器本身质量原因可能会出现部分测点测不出读数的现象。
从锚索测力计的结构和安装工艺来看，锚索测力计是轴向均匀受压，当锚索测力计的部分测点失效后，其余测点的读数不会受到影响，因此可以通过其余测点的读数来计算出锚固力值。
下面我们以某工程安装的一台NVMS-4000型锚索测力计的实时观测数据为例来探讨不同计算方法计算出来的锚固力的准确性。
某工程锚索测力计DP11-M3L2A观测成果见表1。
表1某工程锚索测力计DP11-M3L2A观测成果表
锚索测力计自由状态下测值为锚索测力计锚固力计算的初始值，锚索测力计DP11-M3L2A锚固力计算的初始值：
F0=（5881.8+6883.3+6934.0+6793.7+6235.5+6687.3）÷6=6569.3kHz2；T0=11.5℃。
仪器正常工作状态下锚固力的计算成果即锚索测力计实际承受的荷载（锚固力），我们将实际锚固力定义为M0，M0计算成果见表2。
表2 锚索测力计M0的计算成果表
假设从2012年12月03日开始锚索测力计DP11-M3L2A的3#测点无法测出读数，其余测点读数正常，那么如何计算锚索测力计承受的整体荷载（即锚固力），下面我们介绍三种计算方法，比较各种计算方法的准确性。
2.2.1第一种计算方法
先计算出其余五各测点（1#、2#、4#、5#、6#）实时测值的平均值，然后以F0和T0为初始值来计算锚固力，我们将这种方法计算出来的锚固力定义为M1，M1计算成果见表3。
表3 锚索测力计M1的计算成果
2.2.2第二种计算方法
将锚索测力计工作正常的测点在自由状态下的测值作为初始值来计算锚固力，将这种方法计算出来的锚固力定义为M2，M2的计算成果见表4。
表4锚索测力计M2的计算成果
2.2.3第三种计算方法
在锚索测力计张拉阶段（自由状态至锁定），将目前工作正常的五个测点测值的平均值与六个测点的平均值进行进行线性回归，找出他们的线性关系，将五个测点（1#、2#、4#、5#、6#）实测值的平均值（5）修正为六个测点测值的平均值（6），然后以F0和T0为初始值来计算锚固力，我们将这种方法计算出来的锚固力定义为M3。
锚索测力计DP11-M3L2A在张拉锁定阶段6个测点测值的平均值（6）、5个测点（除去3#测点）测值的平均值（5）的线性回归曲线见图4。
从线性回归曲线可以看出，6 =5×0.9636+310.63，利用该公式将五个测点的平均值修正为六个测点正常工作时的平均值，然后以F0和T0为初始值来计算锚固力（M3），M3的计算成果见表5 。
表5锚索测力计M3的计算成果
2.2.4计算成果准确性
以上三种计算方法计算出来的锚固力值（M1、M2、M3）与M0的误差统计见表6。
表6 锚固力计算值M1、M2、M3与M0的误差
由此可以看出，第三种方法计算锚索测力计的锚固力值最准确。
3结语
当一台振弦式锚索测力计（m弦）的部分测点（n个）无法准确测出读数时（n≤m/2）,可以利用其余正常测点的测值计算出锚索测力计的锚固力。
在实际工作中采用前两种计算方法来计算锚固力的现象比较普遍，在此推荐采用第三种方法进行计算会更准确。
