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

1、由于設(shè)計、施工及運營期存在的各種弊端，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，會對鋼筋造成腐蝕。這些將造成結(jié)構(gòu)的耐久性降低，甚至出現(xiàn)坍塌。如果對裂縫的出現(xiàn)及開展進行有效的捕捉，并對其進行及時的修復(fù)，對提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性具有重大的意義。為此，國內(nèi)外學(xué)者先后展開了對裂縫進行監(jiān)測的研究。
　　 目前，傳統(tǒng)的裂縫檢測手段以人工檢測

2、為主，而且現(xiàn)有的“點式”監(jiān)測技術(shù)難以全面監(jiān)測橋梁的應(yīng)力分布，監(jiān)測結(jié)果受局部信息影響較大，難以滿足實際工程的監(jiān)測要求，特別對于混凝土結(jié)構(gòu)的隨機裂縫。
　　 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)測方法，并對分布式光纖傳感器基本性能及利用其進行預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋的裂縫識別方法開展了一系列的試驗研究。所采用的分布式光纖傳感技術(shù)，可實現(xiàn)空間連續(xù)場的整體測量，為實現(xiàn)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的連續(xù)測量提供了可

3、能。
　　 首先，介紹了光纖傳感技術(shù)的特點與優(yōu)勢，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、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、長標(biāo)距和增敏三種封裝方法；重點研究了基于PPP-BOTDA技術(shù)分布式光纖傳感器及長標(biāo)距FBG傳感器的應(yīng)變及溫度傳感性能，試驗證明了傳感器的優(yōu)良傳感性能；同時分析了利用分布式光纖傳感器進行結(jié)構(gòu)測量時溫度補償?shù)?/p>

4、方法。
　　 其次，介紹了箱梁截面的空間分析方法，并對各種分析方法進行了比較，指出了有限元分析法在進行復(fù)雜結(jié)構(gòu)空間受力分析時的優(yōu)勢。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。通過對橋梁荷載的分析，最終選取兩種荷載工況對橋梁的受力進行計算分析。分析結(jié)果表明，環(huán)境作用中的橫向溫度梯度對箱型橋的拉應(yīng)力分布及大小均有一定的影響，其中對頂板的應(yīng)力分布影響比較小，對底板及腹板的拉應(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；考慮測量精度及經(jīng)濟性問題，確定了長標(biāo)距傳感器的測量標(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)，并對每種方案裂縫信息給出了計算公式。
　　 最后，采用混凝土梁進行了裂縫監(jiān)測效果的驗證。試驗中，通過文中所述的三種布設(shè)方案，利用長標(biāo)距及全面粘貼的光纖傳感器對彎區(qū)及彎剪區(qū)裂縫的出現(xiàn)及開展的實