钢管混凝土拱桥界面脱空光纤传感研究Ξ - 中国土木科技网.PDF

第 19 卷 　第 4 期 实 　验 　力 　学 Vol. 19 　No. 4 2004 年 12 月 JOURNAL OF EXPERIMENTAL MECHANICS Dec. 2004 　 ( ) 文章编号 2004 钢管混凝土拱桥界面脱空光纤传感研究 1 1 2 2 3 丁 　睿 , 刘浩吾 , 罗凤林 , 牟廷敏 , 侯 　静 ( 1. 四川大学 水电学院 , 成都 610065 ; 2. 四川省交通厅公路规划勘察设计院 , 成都 610041 ; 3. 美国通用电器塑料中国有限公司 , 广东 广州 511458) 摘要 : 基于光时域反射技术 ,进行了分布式传感光纤检测拱桥钢管混凝土交界面脱空的研究 。 通过试验确定了光纤在钢管内的布置型式和保护型式 ,使得光纤能在钢管内准确定位并有效 保护 ,实际工程中存活率达到 80 % ;构建全自动力 - 光耦合试验系统 ,进行了交界面脱空传感 试验和预应变大比尺钢管混凝土界面脱空仿真试验 ,建立了力 - 光耦合本构关系 ,试验中脱空 初始感知开度达到 0. 1mm ,动态范围达到 4. 8mm ,脱空定位达到 0. 2m 。在首次布设光纤传感 监测系统的拱桥工程中 ,检测到大面积脱空 ,并确定了脱空开度 、位置及范围 ,对于提升大型桥 梁工程无损检测水平具有实用意义 。 关键词 : 钢管混凝土 ; 微弯 ; 交界面脱空 ; 传感光纤 ; 耦合 ; 定位 中图分类号 : TU317. 4 　　　文献标识码 : A 1 　引言 　　钢管混凝土作为钢 - 混凝土组合材料 ,借助钢管对核心混凝土的套箍约束作用 ,使其处于三向受压 状态 ,提高其抗压强度和压缩变形能力 ; 同时借助内填混凝土的支撑作用 ,增强钢管壁的几何稳定性 ,提 高其承载能力[1 ] 。出于这种结构上的优势 ,许多大型桥梁 ,尤其是拱桥采用了该组合结构 。但若钢管和 混凝土交界面出现脱空 ,就会成为重大安全隐患 ,脱空直接破坏混凝土和管壁结合的整体性 ,破坏套箍 机理作用导致内部应力状态恶化 。 脱空现象与混凝土材料的收缩性能有密切关联 ,在一般条件和保水条件下 ,混凝土的极限收缩值分 [2 ] με με 别为 500～550 和 100 。混凝土在钢管内灌注后 ,立即加以焊接密封 ,接近于在保水条件下固化 , 凝固后与钢管形成整体结构 ,其收缩变形受到钢管约束 ,产生拉应变和拉应力 ,当超过混凝土的抗拉强 度或超过混凝土与管壁的粘接强度时 ,就会产生界面脱空 。任由脱空发展可能酿成重大事故 ,故对其发 展状况的监测就显得极为重要[3 ,4 ] 。 对于钢管混凝土拱桥界面脱空 ,监测对象并不局限于有限的检测点 ,而是工程关键部位的相当区 域 , 以求获得该范围脱空变形的分布场 ,这可采用分布调制的光纤传感技术实现 , 即利用布设于拱桥钢 ( ) ( 管混凝土内的分布式光纤传感网络 ,来测量经钢管内力学场 脱空 变化所调制的光学信号 光强 、瑞利 ) 后向散射等 变化 ,并根据建立的力 - 光本构关系将光学量转化为力学量 , 以及时了解钢管内脱空发展 状况 。 收稿 日期 : 2004 - 02 - 20 ; 修订日期 : 2004 - 07 - 10 基金项 目: 交通部“西部交通科技建设项 目” ( ) 作者简介 : 丁睿 1976 - ,男 , 四川大学岩土工程专业博士研究生 ,研究方向