光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器在橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的應(yīng)用

張礦偉　張少杰　趙曉霞等

摘要： 為了更準確了解橋梁結(jié)構(gòu)變化情況，提出了一種新的檢測方法。采用串聯(lián)式組網(wǎng)方法，用光纖Bragg光柵（FBG）表面式應(yīng)變傳感器，對大橋左線襯砌裂縫及其長期變形進行監(jiān)測。對裂縫存在區(qū)域的20個監(jiān)測斷面進行近一年的監(jiān)測結(jié)果表明，對溫度（測量記錄最大溫差6.4 ℃）進行補償后，光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變在正常范圍內(nèi)，表明在監(jiān)測期橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無異常變化。

關(guān)鍵詞： 光纖Bragg光柵； 應(yīng)變傳感器； 橋梁監(jiān)測

中圖分類號： TN 247； TP 212文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.004

引言

橋梁安全關(guān)系著人們的生命安全和社會經(jīng)濟活動[1]，建成的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的承載性、耐久性、滿足使用壽命。一般重要的大型橋梁結(jié)構(gòu)服役期長達幾十年，甚至上百年，在疲勞、腐蝕與材料老化等不利因素的共同作用下，不可避免地產(chǎn)生損傷積累。云南省盆地河谷、山地、丘陵高原相間分布，獨特的立體氣候類型（氣候要素的垂直變化顯著），位于亞歐板塊與印度板塊碰撞帶的東緣附近（地震活動頻繁和強烈），這些復雜的地形、地貌、地質(zhì)、水文、氣候等條件，決定了云南省的橋梁在使用中出現(xiàn)襯砌開裂、錯臺、掉塊、滲水等病害的幾率更高[24]，危及行車安全，嚴重的甚至被迫關(guān)閉交通。因此，對橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)初期病害，及時預(yù)警具有重要意義。

本文把光纖Bragg光柵表面式應(yīng)變傳感器應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，對云南某橋梁左線襯砌裂縫及其長期變形進行監(jiān)測，掌握橋梁二襯的受力與變形情況，分析處理測量數(shù)據(jù)，預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢，評估橋梁結(jié)構(gòu)的安全水平，為處置提供關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

1光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感特性與技術(shù)參數(shù)

建筑物以及道路等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的力學參數(shù)測量、狀態(tài)監(jiān)測中得到應(yīng)用[89]。其中，應(yīng)用光纖光柵傳感器最多的領(lǐng)域之一當數(shù)橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測。

本次監(jiān)測的橋梁為云南省具有最大的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土拱橋。由于該橋采用新的設(shè)計理念、方法和成橋工藝，且跨度大、施工復雜、交通流量大、超載車輛多和環(huán)境氣候特殊等原因，必然會造成大橋輕微的結(jié)構(gòu)松散和有少量裂隙。施工中，橋梁的左洞右側(cè)拱部即出現(xiàn)寬度為1～3 mm的不規(guī)則裂紋，如圖2所示。

通過測量和分析橋梁二襯的受力與變形情況，為進一步施工處置提供技術(shù)支持；預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢，評估橋梁結(jié)構(gòu)的安全水平，及時發(fā)現(xiàn)初期病害，及時預(yù)警，保障今后安全暢通。

2.2傳感器布設(shè)及傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）傳感器布設(shè)

為對橋梁左線K6+130～+302（K6為定標樁號，樁號后的正數(shù)是離該樁的距離，單位為米）裂縫區(qū)域進行長期監(jiān)測，設(shè)計在K6+120～+310的范圍內(nèi)間隔1 m布設(shè)一個監(jiān)測斷面，總計20個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面布設(shè)7個光纖光柵表面應(yīng)變傳感器和1個溫度補償傳感器，如圖3所示。

3結(jié)論

本文應(yīng)用光纖Bragg光柵表面式應(yīng)變傳感器，對云南某橋梁左線襯砌裂縫及其長期變形進行監(jiān)測分析，以了解橋梁二襯的受力與變形情況，為進一步施工處置提供技術(shù)支持；通過量測分析預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢，評估橋梁結(jié)構(gòu)的安全水平，及時發(fā)現(xiàn)初期病害，及時預(yù)警，保障今后運營安全。歷經(jīng)春夏秋冬，跨越雨、旱兩季，在近一年時間內(nèi)對裂縫存在區(qū)域的20個監(jiān)測斷面進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明，光纖光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變量在正常范圍內(nèi)，反映在監(jiān)測期，橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無異常變化。

參考文獻：

[1]CAO M，CHEN Y，WANG D D，et al.Twopipe fiber Bragg grating temperature sensor applied in cable trench and cable pit[J].Procedia Engineering，2011，15：710714.

[2]李志全，白志華，王會波，等.分布式光纖傳感器多點溫度測量的研究[J].光學儀器，2007，29（6）：811.

[3]馬豪豪，劉保健，翁效林，等.光纖Bragg光柵傳感器技術(shù)在隧道模型試驗中應(yīng)用[J].巖土力學，2012，11（33）：185190.

[4]LI C.FBG：Principles，techniques and applications[M].Beijing：Science Publishing house，2005：114116.

[5]李薇，侯睿，楊文俊，等.基于溫度減敏的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器[J].儀表技術(shù)與傳感器，2013，5（6）：14.

[6]李川，由靜，李英娜，等.雙套管式光纖Bragg光柵溫度傳感器[J].光學技術(shù)，2010，36（2）：14.

[7]胡寧.FBG應(yīng)變傳感器在隧道長期健康監(jiān)測中的應(yīng)用[J].交通科技，2009，18（3）：9194.

[8]姜德生，梁磊，周雪芳，等.光纖Bragg光柵傳感器在冷飯盒大橋的應(yīng)用[J].交通科技，2003，6（3）：13.

[9]李晨.FBG傳感器在隧道工程結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用研究[D].昆明：昆明理工大學，2008.

[10]丁勇，施斌，隋海波.隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)與光纖傳感技術(shù)[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學報，2005：25（4）：375380.

[11]楊斌，田杰，江鍵武，等.基于全光纖傳感技術(shù)的電纜健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].光學儀器，2012：34（6）：7175.

摘要： 為了更準確了解橋梁結(jié)構(gòu)變化情況，提出了一種新的檢測方法。采用串聯(lián)式組網(wǎng)方法，用光纖Bragg光柵（FBG）表面式應(yīng)變傳感器，對大橋左線襯砌裂縫及其長期變形進行監(jiān)測。對裂縫存在區(qū)域的20個監(jiān)測斷面進行近一年的監(jiān)測結(jié)果表明，對溫度（測量記錄最大溫差6.4 ℃）進行補償后，光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變在正常范圍內(nèi)，表明在監(jiān)測期橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無異常變化。

關(guān)鍵詞： 光纖Bragg光柵； 應(yīng)變傳感器； 橋梁監(jiān)測

中圖分類號： TN 247； TP 212文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.004

引言

橋梁安全關(guān)系著人們的生命安全和社會經(jīng)濟活動[1]，建成的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的承載性、耐久性、滿足使用壽命。一般重要的大型橋梁結(jié)構(gòu)服役期長達幾十年，甚至上百年，在疲勞、腐蝕與材料老化等不利因素的共同作用下，不可避免地產(chǎn)生損傷積累。云南省盆地河谷、山地、丘陵高原相間分布，獨特的立體氣候類型（氣候要素的垂直變化顯著），位于亞歐板塊與印度板塊碰撞帶的東緣附近（地震活動頻繁和強烈），這些復雜的地形、地貌、地質(zhì)、水文、氣候等條件，決定了云南省的橋梁在使用中出現(xiàn)襯砌開裂、錯臺、掉塊、滲水等病害的幾率更高[24]，危及行車安全，嚴重的甚至被迫關(guān)閉交通。因此，對橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)初期病害，及時預(yù)警具有重要意義。

本文把光纖Bragg光柵表面式應(yīng)變傳感器應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，對云南某橋梁左線襯砌裂縫及其長期變形進行監(jiān)測，掌握橋梁二襯的受力與變形情況，分析處理測量數(shù)據(jù)，預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢，評估橋梁結(jié)構(gòu)的安全水平，為處置提供關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

1光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感特性與技術(shù)參數(shù)

建筑物以及道路等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的力學參數(shù)測量、狀態(tài)監(jiān)測中得到應(yīng)用[89]。其中，應(yīng)用光纖光柵傳感器最多的領(lǐng)域之一當數(shù)橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測。

本次監(jiān)測的橋梁為云南省具有最大的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土拱橋。由于該橋采用新的設(shè)計理念、方法和成橋工藝，且跨度大、施工復雜、交通流量大、超載車輛多和環(huán)境氣候特殊等原因，必然會造成大橋輕微的結(jié)構(gòu)松散和有少量裂隙。施工中，橋梁的左洞右側(cè)拱部即出現(xiàn)寬度為1～3 mm的不規(guī)則裂紋，如圖2所示。

通過測量和分析橋梁二襯的受力與變形情況，為進一步施工處置提供技術(shù)支持；預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢，評估橋梁結(jié)構(gòu)的安全水平，及時發(fā)現(xiàn)初期病害，及時預(yù)警，保障今后安全暢通。

2.2傳感器布設(shè)及傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）傳感器布設(shè)

為對橋梁左線K6+130～+302（K6為定標樁號，樁號后的正數(shù)是離該樁的距離，單位為米）裂縫區(qū)域進行長期監(jiān)測，設(shè)計在K6+120～+310的范圍內(nèi)間隔1 m布設(shè)一個監(jiān)測斷面，總計20個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面布設(shè)7個光纖光柵表面應(yīng)變傳感器和1個溫度補償傳感器，如圖3所示。

3結(jié)論

本文應(yīng)用光纖Bragg光柵表面式應(yīng)變傳感器，對云南某橋梁左線襯砌裂縫及其長期變形進行監(jiān)測分析，以了解橋梁二襯的受力與變形情況，為進一步施工處置提供技術(shù)支持；通過量測分析預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢，評估橋梁結(jié)構(gòu)的安全水平，及時發(fā)現(xiàn)初期病害，及時預(yù)警，保障今后運營安全。歷經(jīng)春夏秋冬，跨越雨、旱兩季，在近一年時間內(nèi)對裂縫存在區(qū)域的20個監(jiān)測斷面進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明，光纖光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變量在正常范圍內(nèi)，反映在監(jiān)測期，橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無異常變化。

參考文獻：

[1]CAO M，CHEN Y，WANG D D，et al.Twopipe fiber Bragg grating temperature sensor applied in cable trench and cable pit[J].Procedia Engineering，2011，15：710714.

[2]李志全，白志華，王會波，等.分布式光纖傳感器多點溫度測量的研究[J].光學儀器，2007，29（6）：811.

[3]馬豪豪，劉保健，翁效林，等.光纖Bragg光柵傳感器技術(shù)在隧道模型試驗中應(yīng)用[J].巖土力學，2012，11（33）：185190.

[4]LI C.FBG：Principles，techniques and applications[M].Beijing：Science Publishing house，2005：114116.

[5]李薇，侯睿，楊文俊，等.基于溫度減敏的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器[J].儀表技術(shù)與傳感器，2013，5（6）：14.

[6]李川，由靜，李英娜，等.雙套管式光纖Bragg光柵溫度傳感器[J].光學技術(shù)，2010，36（2）：14.

[7]胡寧.FBG應(yīng)變傳感器在隧道長期健康監(jiān)測中的應(yīng)用[J].交通科技，2009，18（3）：9194.

[8]姜德生，梁磊，周雪芳，等.光纖Bragg光柵傳感器在冷飯盒大橋的應(yīng)用[J].交通科技，2003，6（3）：13.

[9]李晨.FBG傳感器在隧道工程結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用研究[D].昆明：昆明理工大學，2008.

[10]丁勇，施斌，隋海波.隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)與光纖傳感技術(shù)[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學報，2005：25（4）：375380.

[11]楊斌，田杰，江鍵武，等.基于全光纖傳感技術(shù)的電纜健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].光學儀器，2012：34（6）：7175.

摘要： 為了更準確了解橋梁結(jié)構(gòu)變化情況，提出了一種新的檢測方法。采用串聯(lián)式組網(wǎng)方法，用光纖Bragg光柵（FBG）表面式應(yīng)變傳感器，對大橋左線襯砌裂縫及其長期變形進行監(jiān)測。對裂縫存在區(qū)域的20個監(jiān)測斷面進行近一年的監(jiān)測結(jié)果表明，對溫度（測量記錄最大溫差6.4 ℃）進行補償后，光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變在正常范圍內(nèi)，表明在監(jiān)測期橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無異常變化。

關(guān)鍵詞： 光纖Bragg光柵； 應(yīng)變傳感器； 橋梁監(jiān)測

中圖分類號： TN 247； TP 212文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.004

引言

橋梁安全關(guān)系著人們的生命安全和社會經(jīng)濟活動[1]，建成的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的承載性、耐久性、滿足使用壽命。一般重要的大型橋梁結(jié)構(gòu)服役期長達幾十年，甚至上百年，在疲勞、腐蝕與材料老化等不利因素的共同作用下，不可避免地產(chǎn)生損傷積累。云南省盆地河谷、山地、丘陵高原相間分布，獨特的立體氣候類型（氣候要素的垂直變化顯著），位于亞歐板塊與印度板塊碰撞帶的東緣附近（地震活動頻繁和強烈），這些復雜的地形、地貌、地質(zhì)、水文、氣候等條件，決定了云南省的橋梁在使用中出現(xiàn)襯砌開裂、錯臺、掉塊、滲水等病害的幾率更高[24]，危及行車安全，嚴重的甚至被迫關(guān)閉交通。因此，對橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)初期病害，及時預(yù)警具有重要意義。

本文把光纖Bragg光柵表面式應(yīng)變傳感器應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測，對云南某橋梁左線襯砌裂縫及其長期變形進行監(jiān)測，掌握橋梁二襯的受力與變形情況，分析處理測量數(shù)據(jù)，預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢，評估橋梁結(jié)構(gòu)的安全水平，為處置提供關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

1光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感特性與技術(shù)參數(shù)

建筑物以及道路等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的力學參數(shù)測量、狀態(tài)監(jiān)測中得到應(yīng)用[89]。其中，應(yīng)用光纖光柵傳感器最多的領(lǐng)域之一當數(shù)橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測。

本次監(jiān)測的橋梁為云南省具有最大的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土拱橋。由于該橋采用新的設(shè)計理念、方法和成橋工藝，且跨度大、施工復雜、交通流量大、超載車輛多和環(huán)境氣候特殊等原因，必然會造成大橋輕微的結(jié)構(gòu)松散和有少量裂隙。施工中，橋梁的左洞右側(cè)拱部即出現(xiàn)寬度為1～3 mm的不規(guī)則裂紋，如圖2所示。

通過測量和分析橋梁二襯的受力與變形情況，為進一步施工處置提供技術(shù)支持；預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢，評估橋梁結(jié)構(gòu)的安全水平，及時發(fā)現(xiàn)初期病害，及時預(yù)警，保障今后安全暢通。

2.2傳感器布設(shè)及傳感網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

（1）傳感器布設(shè)

為對橋梁左線K6+130～+302（K6為定標樁號，樁號后的正數(shù)是離該樁的距離，單位為米）裂縫區(qū)域進行長期監(jiān)測，設(shè)計在K6+120～+310的范圍內(nèi)間隔1 m布設(shè)一個監(jiān)測斷面，總計20個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面布設(shè)7個光纖光柵表面應(yīng)變傳感器和1個溫度補償傳感器，如圖3所示。

3結(jié)論

本文應(yīng)用光纖Bragg光柵表面式應(yīng)變傳感器，對云南某橋梁左線襯砌裂縫及其長期變形進行監(jiān)測分析，以了解橋梁二襯的受力與變形情況，為進一步施工處置提供技術(shù)支持；通過量測分析預(yù)測結(jié)構(gòu)變形趨勢，評估橋梁結(jié)構(gòu)的安全水平，及時發(fā)現(xiàn)初期病害，及時預(yù)警，保障今后運營安全。歷經(jīng)春夏秋冬，跨越雨、旱兩季，在近一年時間內(nèi)對裂縫存在區(qū)域的20個監(jiān)測斷面進行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明，光纖光柵應(yīng)變傳感器的應(yīng)變量在正常范圍內(nèi)，反映在監(jiān)測期，橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無異常變化。

參考文獻：

[1]CAO M，CHEN Y，WANG D D，et al.Twopipe fiber Bragg grating temperature sensor applied in cable trench and cable pit[J].Procedia Engineering，2011，15：710714.

[2]李志全，白志華，王會波，等.分布式光纖傳感器多點溫度測量的研究[J].光學儀器，2007，29（6）：811.

[3]馬豪豪，劉保健，翁效林，等.光纖Bragg光柵傳感器技術(shù)在隧道模型試驗中應(yīng)用[J].巖土力學，2012，11（33）：185190.

[4]LI C.FBG：Principles，techniques and applications[M].Beijing：Science Publishing house，2005：114116.

[5]李薇，侯睿，楊文俊，等.基于溫度減敏的光纖Bragg光柵應(yīng)變傳感器[J].儀表技術(shù)與傳感器，2013，5（6）：14.

[6]李川，由靜，李英娜，等.雙套管式光纖Bragg光柵溫度傳感器[J].光學技術(shù)，2010，36（2）：14.

[7]胡寧.FBG應(yīng)變傳感器在隧道長期健康監(jiān)測中的應(yīng)用[J].交通科技，2009，18（3）：9194.

[8]姜德生，梁磊，周雪芳，等.光纖Bragg光柵傳感器在冷飯盒大橋的應(yīng)用[J].交通科技，2003，6（3）：13.

[9]李晨.FBG傳感器在隧道工程結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用研究[D].昆明：昆明理工大學，2008.

[10]丁勇，施斌，隋海波.隧道結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)與光纖傳感技術(shù)[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學報，2005：25（4）：375380.

[11]楊斌，田杰，江鍵武，等.基于全光纖傳感技術(shù)的電纜健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究[J].光學儀器，2012：34（6）：7175.