基于分布式光纖傳感技術(shù)的大跨箱梁橋裂縫監(jiān)測(cè)研究.pdf

1、由于設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)期存在的各種弊端，不少既有的橋梁在其使用期內(nèi)出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的開裂問題。裂縫的出現(xiàn)，不僅降低了結(jié)構(gòu)的整體剛度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)后期撓度的增大：而且有害物質(zhì)侵入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，會(huì)對(duì)鋼筋造成腐蝕。這些將造成結(jié)構(gòu)的耐久性降低，甚至出現(xiàn)坍塌。如果對(duì)裂縫的出現(xiàn)及開展進(jìn)行有效的捕捉，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)，對(duì)提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性具有重大的意義。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者先后展開了對(duì)裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)的研究。
　　 目前，傳統(tǒng)的裂縫檢測(cè)手段以人工檢測(cè)

2、為主，而且現(xiàn)有的“點(diǎn)式”監(jiān)測(cè)技術(shù)難以全面監(jiān)測(cè)橋梁的應(yīng)力分布，監(jiān)測(cè)結(jié)果受局部信息影響較大，難以滿足實(shí)際工程的監(jiān)測(cè)要求，特別對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的隨機(jī)裂縫。
　　 基于工程需要及分布式光纖傳感技術(shù)，本文提出了一種基于分布式光纖傳感技術(shù)的橋梁裂縫監(jiān)測(cè)方法，并對(duì)分布式光纖傳感器基本性能及利用其進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的裂縫識(shí)別方法開展了一系列的試驗(yàn)研究。所采用的分布式光纖傳感技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)空間連續(xù)場(chǎng)的整體測(cè)量，為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的連續(xù)測(cè)量提供了可

3、能。
　　 首先，介紹了光纖傳感技術(shù)的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，描述了基于布里淵散射、布拉格光柵(FBG)等幾種典型的分布式光纖傳感技術(shù)；考慮到復(fù)合材料(FRP)具有高強(qiáng)、耐腐、線彈性等優(yōu)越性能，確定了FRP作為封裝材料，并探討了全面粘貼、長(zhǎng)標(biāo)距和增敏三種封裝方法；重點(diǎn)研究了基于PPP-BOTDA技術(shù)分布式光纖傳感器及長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器的應(yīng)變及溫度傳感性能，試驗(yàn)證明了傳感器的優(yōu)良傳感性能；同時(shí)分析了利用分布式光纖傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)測(cè)量時(shí)溫度補(bǔ)償?shù)?/p>

4、方法。
　　 其次，介紹了箱梁截面的空間分析方法，并對(duì)各種分析方法進(jìn)行了比較，指出了有限元分析法在進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)空間受力分析時(shí)的優(yōu)勢(shì)。利用ANSYS有限元分析軟件建立了箱型截面連續(xù)橋梁的有限元分析模型。通過對(duì)橋梁荷載的分析，最終選取兩種荷載工況對(duì)橋梁的受力進(jìn)行計(jì)算分析。分析結(jié)果表明，環(huán)境作用中的橫向溫度梯度對(duì)箱型橋的拉應(yīng)力分布及大小均有一定的影響，其中對(duì)頂板的應(yīng)力分布影響比較小，對(duì)底板及腹板的拉應(yīng)力分布影響比較大；利用有限元分析結(jié)

5、果，得到了中跨頂板、腹板、底板處的最大拉應(yīng)力，由此可判斷出混凝土裂縫可能出現(xiàn)的位置分別為支座、L/4跨、1/2跨；考慮測(cè)量精度及經(jīng)濟(jì)性問題，確定了長(zhǎng)標(biāo)距傳感器的測(cè)量標(biāo)距以1m左右為宜；提出了三種傳感器布設(shè)方案，即水平布設(shè)、斜向布設(shè)、網(wǎng)格布設(shè)，并對(duì)每種方案裂縫信息給出了計(jì)算公式。
　　 最后，采用混凝土梁進(jìn)行了裂縫監(jiān)測(cè)效果的驗(yàn)證。試驗(yàn)中，通過文中所述的三種布設(shè)方案，利用長(zhǎng)標(biāo)距及全面粘貼的光纖傳感器對(duì)彎區(qū)及彎剪區(qū)裂縫的出現(xiàn)及開展的實(shí)