分布式光纤智能裂缝监测技术的模型试验研究.pdf

总第 8期 分布式光纤智能裂缝监测技术的模型试验研究 分布式光纤智能裂缝监测技术的模型试验研究 叶仲韬 。 (1．中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司，湖北 武汉430034； 2．桥梁结构安全与健康湖北省重点试验室，湖北 武汉 430034) 摘 要：为研究分布式光纤裂缝监测技术的工程实用 网络在三跨预应力混凝土连续梁模型破坏性试验中 性，并判断传感网络光纤线布置角度、环氧树脂涂覆层厚度 成功监测到了亚毫米级裂缝的发生和发展过程 ，进 等关键技术参数选取的正确性，在某混凝土连续梁桥缩尺模 一 步验证 了该技术的工程可行性。 型破坏试验中应用该技术进行了裂缝监测。试验中监测到 了预应力混凝土连续梁多条早期水平裂缝的发生和发展，并 准确识别了裂缝空间位置和裂缝宽度。试验结果表明：该技 2 基本原理 术能够准确有效侦测连续空间范围内的结构早期裂缝，试验 采用的关键技术参数满足工程应用需求。 通过某种方式 (如粘接)与结构表面牢固耦合的 关键词：裂缝；分布式光纤 ；OTDR混凝土连续梁桥；破 光纤，在结构劣化产生表面裂缝时，于裂缝与其斜向 坏性试验 相交的位置产生半径与光纤直径同量级的弯曲变形 (即微弯变形)[34_。该变形将导致光纤中经过该处 的传输光产生功率损耗 (即微弯损耗)。利用 OT— 1 引 言 DR技术监测光纤传感网络中光功率损耗情况，并 对于大型混凝土桥梁结构而言，裂缝产生机理 对损耗事件点进行定位，便可分析得到传感对象(即 的多样性导致了裂缝损伤发生时间和空间分布的随 裂缝)的相关信息，实现传感功能。 机性。目前桥梁管养单位对混凝土桥梁裂缝病害的 图1展示了典型的传感光纤中OTDR测试 曲 发现和监测主要依靠定期人工巡检，由于监测周期 线和沿程损耗事件对照关系。由图1可见，裂缝导 和可达性的限制，人工巡检难 以对结构各部位裂缝 致的对应位置传感光纤微弯变形在OTDR曲线上 进行全方位、全天候的连续监测 。 呈现出明显的功率损耗 “台阶”。 近年来，基于光时域反射仪 (OpticalTimeDo— mainReflectometry，缩写为 OTDR)_l1测试技术的 3 系统构架及工作流程 分布式光纤结构裂缝监测技术 以其 自动化空间连 续测量的独到优势受到了结构安全监测和工程建设 3．1 系统构架 领域越来越多的关注 。国内多所高校和科研机构均 基于光纤微弯调制机理与 OTDR测试技术的 对该项技术进行了相关理论和基础试验研究，验证 分布式光纤裂缝监测系统主要 由以下 3部分组成 了附着于结构表面的传感光纤网络对结构裂缝监测 (图 2)： 的可行性l2]，并进一步得到了 “裂缝宽度一光功率 (1)OTDR。完成系统测试功能的终端设备， 损耗”拟合函数关系I2]。但早期的试验研究中，多采 具有发射光脉冲、测量并解算光脉冲以及数据后处 用简支梁、板等小型试验构件，采用带紧束保护层的 理功能 。 传感光纤，传感网络可识别的最小裂缝宽度在毫米 (2)光纤裂缝传感网络。以设定的几何形态连 级，而对超过规范