分布式光纤光栅传感技术在混凝土梁监测中的应用00007new

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1、万方数据52江苏建筑2010年第3期(总第134期)分布式光纤光栅传感技术在混凝土梁监测中的应用蒋程．洪万(东南大学土木工程学院，江苏南京210096)【摘要】文章首先介绍了分布式光纤光栅传感技术监测混凝土粱的原理，然后进行了实验梁的静裁实验。结果表明：通过与理论值、传统电阻式应变片的测量值进行比较。光纤光栅传感器的测量数据具有足够的精度和良好的可靠性。【关键词】光纤光栅传感器；混凝土梁；分布式应变【中图分类号]TU375．1[文献标识码】B【文章l号]1005-6270(2010}03-0052-03ApplicationofDi

2、stributedFBGTechnologyinConcreteBeamsStrainMonitoringJIANGChengHONGWan(CoHegeofCivilEngineering，SoutheastUnive玛ity，NanjingJiangsu210096China)Abstract：Inthispaper，theprincipleofthedistributedFBGtechnologyforreinforcedconcretebeamsmoni-totingwasintroducedfirstly，andthena

3、nexperimentalreinforcedbeamunderstaticloadwagstudied．There-suitsshowthatcomparedwiththetheoreticalvalueandthemeasurementswithtraditionalstraingaugeFBGtechnologyownsenoughaccuracyandreliability．Keywords：FBG；concretebeam；distributedstrainO前言混凝土结构的健康状况直接关系着各种基础设施尤其是生命线工程的

4、安全．从而影响国家经济和人民生命财产的安全。因此．对混凝土结构实施长期健康监测非常必要。然而混凝土结构的损伤往往具有很强的离散性和局部性．且经常会在结构使用若干年后才出现损伤．因此导致传统测量方法在混凝土结构健康监测领域效用有限。一方面。点式测量一般比较难捕捉到结构的局部损伤；另一方面，传统的传感器的耐久性也备受质疑。近年来．分布式光纤传感技术日益受到国内外学者和工程人员的青睐l嘲．其中以光纤布拉格光栅(FBG)最为瞩目。FBG具有精度高、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点，而且光纤光栅传感器比较方便在一根光纤内串联成光纤光栅阵列，构成分布式

5、监测系统。与传统的点式传感器相比，具有无法比拟的优越性。为了考察分布式光纤光栅传感技术在混凝土结构健康监铡中应用的效果．本文在某混凝土梁上下表面布设多个光栅传感器，形成分布式测量系统，测量混凝土梁在加载过程中的应变变化．并将此结果与应变片结果、理论计算值等进行了对比与分析。l光纤光栅传感原理嘲光纤布拉格光栅(FAG)本质是一段光纤，其纤芯中具有折射率周期性变化的结构。目前，其工作原理都是基于对布拉格光栅中心波长h的测量，通过测量由外界扰动引起的h漂移量的测量，得到压力、应力与温度等待测量。根据耦合模式理论，A。与光纤纤芯有效折射率～

6、以及光纤光栅长度周期A相关．存在下述对应关系：Az=2n4(1)外界温度或应力作用于光纤光栅时，改变了光纤光栅的有效折射率和周期，导致反射光的中心波长值发生漂移，关系为：AA日=(I—R)Ae·A一(时‘)△T·AB(2)式(2)中，AA。为反射光中心波长变化量，Ae为应变变化量，AT为温度变化量，R为光纤有效弹光系数，Ot，和‘分别为光纤的热膨胀系数和热光系数。故光纤光栅反射光中心波长变化量与外界温度或应变变化呈线笥关系。但单独的FBG传感器无法区分由应变和温度引起的△k。为了去除环境温度波动对应变测量的影响。FBG传感器在作应变

7、测星时，均需采取温度补偿措施。2实验梁的设计与传感器的布设本次实验在东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室进行，实验构件、加载及测量装置如图l和图2所示。试验梁为C30混凝土的矩形梁，受拉主筋为4根垂14啪的HRB335螺纹钢筋。截面尺寸为200minx400mm，长3．8m，考虑支座宽度，实际净跨3．6m。采用四点液压静力加载方式，加载点位于梁实验跨段的三分点处(实际考虑【收稿日$112009-04-13【作者简介】蒋程，男(1989-)，东南大学土木工程学院。万方数据江苏建筑2010年第3期(总第134期)53图1试验

8、装置、加载及测试光纤光■电阻戍奎幽圈2试验梁配筋与传感器布设到分配梁的长度，加载点各向内收了5cm)。FBG传感器沿梁纵向全长布设，标距共有两种。分别为500nlnl和700mm。各传感器均在用玄武岩套管封装后．用环氧树脂固定在混凝土