混凝土结构裂缝监测方法综述

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1、混凝土结构裂缝监测方法综述（中国交通建设股份有限公司总承包经营分公司）【摘要】混凝土结构的性能退化及失效通常始于裂缝的发牛和发展,因此对混凝土结构关键区域的裂缝监测是结构健康监测的重要内容。木文对研究了现有的混凝土结构裂缝监测方法，并对现有方法进行了评述。1.引言混凝土结构的性能退化及失效通常始于裂缝的发牛和发展［1］,混凝土破坏的实质就是裂纹的产牛、扩展和失稳过程。因此对混凝土结构关键区域的裂缝监测是结构健康监测的重要内容。目前，混凝土裂缝监测方法主要有：光纤光栅裂缝监测方法、图像监测方法、SMA裂缝监测方法、涂膜监测方法、结构动态响应裂缝

2、监测方法和机敏网裂缝监测方法等。2.现常用的裂缝监测方法2.1光纤光栅裂缝监测方法（1）光纤裂缝传感器基木原理分布式光纤传感技术借鉴的是光时域反射技术（OTDR）,其监测信号是光波导中的瑞利散射（RayleighScattering）。用光纤裂缝传感器监测裂缝时，需预先知道混凝土结构中裂缝走向［2］。一般根据混凝土的浇筑情况和结构的受力情况，可预测裂缝大致走向。将光纤与裂缝成一定角度布置在混凝土结构内部或表面，当混凝土结构产生裂缝时，光纤就会随之产生弯曲，并在裂缝处产生能量消耗，能量消耗的大小就能反映裂缝宽度［3］。在用光纤裂缝传感器监测裂缝

3、时，可在光纤前向出光端监测光功率的折减，但只能测量一条裂缝；为监测多条裂缝的位置及其宽度，可后向反射端用光时域反射计（OTDR）量测光纤中的能量损耗。（2）国外研究现状在国外的早期研究中，光纤传感技术主要集中在混凝土结构健康监测方面⑷。1989年美国布朗大学的Mendez等率先提出了把光纤传感器植入钢筋混凝土结构中，并提出在实际工程应用中的一些构想［4］。后来英国、日本、美国、瑞士和德国等国的工程师将光纤传感技术应用到桥梁、隧道、大坝、大楼和山体滑坡等复杂系统的健康监测，从而开创了光纤传感器用于大型结构健康监测。(3)国内研究现状光纤传感器在

4、国内的研究开始于二十世纪90年代。在公路、桥梁和隧道等方面的裂缝监测上也做了一些探索性的研究，对智能监控网络的建立也有一些相关的研究成果。2.2图像监测方法有学者考虑利用摄影成像的图形分析处理技术监测裂缝的发展。现有的图像处理方法大多是基于灰度，而灰度受外部光线强弱、角度和阴影等影响严重,其图像边界区域总是要受外部光线的影响的；另外，图像处理算法特别复杂，并不能实时处理，且在精度方面，现采用的去噪方法不可避免的使裂缝图像失真和缺失。2.3SMA裂缝监测方法利用形状记忆合金丝超弹性和激励冋复产生较大驱动力的特性，将不同预拉长度及根数的Ni・Ti

5、形状记忆合金(SMA)丝预埋入混凝土试验梁中。在试验中研究了混凝土梁加载过程中Ni-Ti形状记忆合金丝电阻变化率与混凝土梁裂缝宽度的关系和SMA丝通电激励过程中混凝土梁裂缝恢复的变化规律试验表明:SMA丝电阻变化率随混凝上梁裂缝宽度的增加发生规律性变化，特别是当混凝土裂缝宽度在0.3mm范围内变化吋其电阻变化率对梁裂缝变化较敏感。该监测方法尚处于在实验室研究阶段，未能用于实际工程的裂缝监测。2.4导电涂膜裂缝监测方法(1)导电涂膜裂缝监测系统工作原理导电涂膜裂缝监测系统由导电涂膜、混凝土裂缝监测仪、电脑、连接线和混凝土裂缝监测软件系统构成。在

6、把导电涂膜涂刷固化在混凝土结构监测部位后，通过电线将其与混凝土裂缝监测仪相连接，并安装、调试监测系统。当混凝土构件发生变形时，导电涂膜随混凝土构件表面-起发生变形，电阻也会变化。当涂膜所在部位产生拉伸变形时，涂刷在混凝上结构表面的涂膜就会变薄、变长,电阻就会变大；当产生裂缝时，电阻变为无限大；产生压缩吋，涂刷在混凝土结构表面的涂膜变厚、变短，电阻就会变小。裂缝监测系统开始工作后，混凝土裂缝监测仪将按顺序循环扫描各个裂缝监测通道，并把采集到的导电涂膜电信号转换为数字信号并传输至电脑端口，通过混凝土裂缝监测软件形成实时电阻变化率曲线。（2）裂缝情

7、况判断依据由于随混凝土结构所在环境温、湿度等的变化，涂膜电阻可能会不断发生变化（可通过设置补偿片来消除），因此对于混凝土裂缝产生与发展的判断不能仅依据涂层电阻的长期变化情况（累积电阻变化率），还要依靠测试某一极短吋段内其电阻变化值的大小（即吋电阻变化率）进行判断。当较小的冲击荷载或动荷载作用于混凝土构件上的时候，构件表面发生变形较小，其变形尚在弹性变化范围之内，此吋导电涂膜即时电阻变化率先为正值再变为负值或相反（先拉伸再冋弹或相反），其累积电阻变化率因正负值累加后互相抵消而无较人变化；当较大冲击荷载作用于混凝土结构上时，混凝土结构会发生脆性破

8、坏，产生裂缝和较大的变形，该变形为永久变形，此吋导电涂膜即吋电阻变化率为正值较大、负值较小，其累积电阻变化率曲线的初始水平线因为正值累加值较人而跃升。因此,可以通过