基于FBG传感器宏应变分布技术的混凝土梁桥监测研究

基于FBG传感器宏应变分布技术的混凝土梁桥监测研究
桥梁健康监测作为结构健康监测的一个分支,不但能够对灾害作出提前预警,保障交通与人们的生命财产安全;还能够通过对损伤的提前识别,为维修管理提供建议,大大降低桥梁的运营管理成本,具有一定的经济价值。

传统监测系统中使用的测量元件,测量范围有限,难以起到对离散性大的混凝土结构损伤的有效识别。

且这类测量元件多以电类传感器为主,测量结果受环境干扰较大,不适用于结构的长期监测。

光纤传感器从诞生起就以一系列优点成为监测工程中理想的测量元件。

扩大了测量标距的光纤布拉格光栅(FBG)宏应变传感器,相较于传统点式传感器,可以从宏观上对结构的损伤进行把控,为结构整体性测量提供了可能。

本文利用扩大测量范围的FBG宏应变传感器,对其不同的布置方式来实现不同的监测目的进行研究。

具体内容如下:(1)埋入式FBG宏应变传感器的验证。

分别在受弯梁的受压区和受拉区布置一对点式传感器和FBG宏应变传感器,比较它们在受共同力作用下对应变的感知能力;(2)链式分布方式下的弯曲裂缝识别。

计算长度为4米的简支梁划分为8个单元,8个标距为50cm的FBG宏应变传感器分别布置在各个单元最下端钢筋处,实现传感器的链式分布。

通过荷载-平均应变曲线斜率的变化对弯曲裂缝的出现进行识别;(3)交叉分布方式的斜裂缝识别和剪力验算。

靠近支座两端的弯剪区划分出5个单元布置5组交叉分布的FBG宏应变传感器,通过荷载-平均切应变曲线斜率的变化对斜裂缝的出现进行识别,并以两传感
器交叉点位置作为静矩的计算位置验算弹性状态下的剪力;(4)平行分布方式的挠度与裂缝发展监测。

在(2)中8个单元的受压区也布置8个相同标距的FBG宏应变传感器,与受拉区的传感器形成平行分布。

用共轭梁原理计算梁在各种等级荷载下的挠度,并分析裂缝出现后各单元平均裂缝深度和裂缝宽度的发展情况;(5)链式分布下的动力特性识别。

用8个单元受压区FBG宏应变传感器组成的链式分布对简支梁前三阶自振频率和前三阶振型进行识别,与相应位置布置的压电式加速度传感器识别结果作比较。