FBG无应力计反演混凝土热膨胀系数的方法研究.pdfVIP

第5期 水 利 信 息 化 NO．5 2015年 1O月 W_aterResourcesInformatizatiOn 0ct．．2015 FBG无应力计反演混凝土热膨胀系数的方法研究 张明东 ，杨 庆 ，周克明 ，丁 勇 ，施 伟 ，潘恒飞 (1．南京理工大学，江苏 南京 210094； 2．水利部南京水利水文 自动化研究所，江苏 南京 210012； 3．南京水利科学研究院，江苏 南京 210029) 摘 要：在 引水隧道衬砌混凝土应变的监测 中，选择隧道混凝土衬砌断面结构应力集 中部位布设光纤光栅 (FBG)传感器，采用降温阶段的数据，混凝土 自生体积变形和湿度的变形趋于平稳。利用应变和温度的波长反 演热膨胀系数，分析结果表明，直接对应变和温度的波长数据进行线性拟合，估计值和真实值更加接近，精度 更高。 关键词：光纤光栅传感器；混凝土；引水隧道；降温阶段；热膨胀系数 中图分类号：TV87；TN927 文献标识码：A 文章编号：l674—94O5(2015)05一O030—04 0 引言 将应变和温度 2种波长转化为相对应的应变和温度 时，放大了数据的变化量，增大 了数据 的离散性， 由于隧道需要开孔 、沟槽 、缺 口、台阶等 ， 拟合 曲线精度 降低。所以建议直接根据应变和温度 在这些部位附近，因截面的急剧变化将产生局部的 的波长采用最小二乘法进行混凝土热膨胀系数反演 高应力，在这些应力集中部位布设传感器 ，可对结 分析。 构安全起到预警作用 。根据室内混凝土试验资料得 知混凝土的热膨胀系数和水泥品种、骨料、用量有 1 光纤光栅无应力计 关，而混凝土龄期及常温下混凝土变化对热膨胀系 数的影响并不大，当混凝土降到 0*C 以下时，冰冻 光纤光栅无应力计主要由光纤光栅应变计 、无 的混凝土的热膨胀系数比常温下大得多。因此，取 应力桶组成，结构如图 1所示。无应力桶是用不锈钢 混凝土降温阶段的光纤光栅无应力计观测资料求得 皮制做的双层 (夹层 8～10mm)有底无盖的圆形或 的热膨胀系数有一定代表性，可以作为全部观测时 截头锥形桶，用来隔离应变计所在的混凝土不受由外 段的热膨胀系数使用 …。 荷载引起的应变影响，测量混凝土 自由体积变形。 在水利工程 中，某些特高拱坝修建及营运时 应 混凝土应力应变测试是一项重要工作 ，内部混凝土 的实际变形不能仅仅依靠计算分析，还必须对控制 断面进行监测，以确保结构安全 。混凝土热膨胀系 无应力桶 数是大体积混凝土的温度应力仿真计算中的一个重 要参数。传统算法是选择降温阶段，在温度和湿度 变形稳定的情况下，利用实测应变和温度值 ，采用 最小二乘法进行混凝土热膨胀系数反演分析 。由于 图1 无应力计结构 收稿 日期：2015-05-29 基金项 目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金 (Y91501O) 作者简介：张明东 (1989一)，男，江苏扬州人，硕士研究生，研究方向：结构工程。 第5期 张明东等：FBG无应力计反演混凝土热膨胀系数的方法研究 3l 光纤光栅应变计内设温度栅和应变栅 z【】，温度 栅处于 自由状态 ，数值 的变化只受温度的影响；应 变栅处于张拉状态 (这样才能测