结构裂缝的分布式光纤监测方法及试验研究

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1、http://qks.cqu.edu.cn第３４卷第１期土木建筑与环境工程Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．１２０１２年２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｉｖｉｌ，Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＦｅｂ．２０１２结构裂缝的分布式光纤监测方法及试验研究何勇１，姜帅１，毛江鸿１，２，夏晋１，金伟良１，２（１．浙江大学结构工程研究所，杭州３１００５８；２．浙江大学宁波理工学院，浙江宁波３１５１００）摘要：结构裂缝监测是评估结构安全性的重要依据之一，分布式光纤裂缝监测技术可有效避免点式检测空间不连

2、续造成的漏检现象，且易于实现自动化监测。该文提出了布里渊光频域分析计（ＢＯＴＤＡ）结合斜交光纤组的裂缝监测方法，通过几何分析得到了光纤应变和裂缝宽度及开展方向的理论模型，并采用标定试验建立了由光纤测试应变反算裂缝宽度及开展方向的数值方程。同时开展了光纤裂缝传感器标距和预拉力大小对测量精度影响的试验研究，并标定了３００ｍｍ标距的光纤裂缝传感器实测应变和裂缝宽度及夹角的定量关系。最后通过裂缝模拟试验对裂缝开展进行了跟踪监测，结果表明斜交光纤组能有效得到光纤与裂缝之间夹角值并实时监测裂缝宽度变化。关键词：结构工程

3、；混凝土结构；裂缝监测；裂缝扩展；光纤传感；ＢＯＴＤＡ中图分类号：ＴＵ３１７．３文献标志码：Ａ文章编号：１６７４４７６４（２０１２）０１０００１０６犆狉犪犮犽犻狀犵犕狅狀犻狋狅狉犻狀犵犕犲狋犺狅犱犪狀犱犈狓狆犲狉犻犿犲狀狋狑犻狋犺犇犻狊狋狉犻犫狌狋犲犱犉犻犫犲狉犛犲狀狊狅狉１，犑犐犃犖犌犛犺狌犪犻１，犕犃犗犑犻犪狀犵犺狅狀犵１，２，犡犐犃犑犻狀１，犑犐犖犠犲犻犾犻犪狀犵１，２犎犈犢狅狀犵（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈ

4、ａｎｇｚｈｏｕ３１００５８，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；２．ＮｉｎｇｂｏＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎｉｎｇｂｏ３１５１００，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｃｒａｃｋｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｒｏｖｉｄｅｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｗａｙｔｏｅｖａｌｕａｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｓａｆｅｔｙ．Ｃｒａｃｋｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａ

5、ｖｏｉｄｕｎｄｅｔｅｃｔｅｄｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｅｘｉｓｔｅｄｉｎｐｏｉｎｔｗｉｓｅｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｉｔｃａｎｒｕｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ．ＡｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｃｒａｃｋｉｎｇｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｏｂｌｉｑｕｅｌｙｉｎｔｅｒｓｅｃｔｅｄｆｉｂｅｒｓａｎｄＢｒｉｌｌｏｕｉｎＯｐｔｉｃａｌＴｉｍｅＤｏｍａｉｎＡｎａｌｙｓｉｓ（ＢＯＴＤＡ）ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｅｑｕａｔｉｏｎａｍｏｎｇｆｉｂｅｒｓｔｒａｉｎ，ｃｒａｃｋｗｉｄｔｈ

6、ａｎｄｃｒａｃｋａｎｇｌｅｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｔｈｅｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｒｅａｌｓｏｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｋｉｎｄｓｏｆｃｒａｃｋｉｎｇｓｅｎｓｏｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇａｕｇｅｌｅｎｇｔｈａｎｄｐｒｅｔｅｎｓｉｏｎ．Ｔｈｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｍｅａｓｕｒｅｄｓｔｒａｉｎａｎｄｃｒａｃｋ（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｗｉ

7、ｄｔｈａｎｄａｎｇｌｅ）ｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒｔｈｅ３００ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒｃｒａｃｋｓｅｎｓｏｒ．Ｔｈｅｃｒａｃｋｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｐｒｏｖｅｄｔｈａｔｔｈｉｓｎｅｗｍｅｔｈｏｄｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｃｏｒｄｔｈｅｗｉｄｔｈａｎｄｔｈｅａｎｇｌｅｏｆｃｒａｃｋｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｈｏｌｅｃｒａｃｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｃｒａｃｋｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａ

8、ｔｉｏｎ；ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒ；ＢＯＴＤＡ混凝土、砌体等建筑结构在建设和使用过程中等现象，从而影响结构正常使用和安全。国内外学均会出现不同程度、不同形式的裂缝，结构物裂缝扩者已从设计、施工、养护等方面开展了大量裂缝控制展会引起渗漏、保护层剥落、钢筋锈蚀、混凝土碳化研究，而严格防止裂缝开展需付出巨大的经济代价，收稿日期：２０１１０４３０基金项目：浙江省自然科学基金资助项目（ｙ１１１０３２３）；国