基于分布式fbg傳感的混凝土連續(xù)梁橋應(yīng)變與變形監(jiān)測(cè)研究

1、<p>　　基于分布式FBG傳感的混凝土連續(xù)梁橋應(yīng)變與變形監(jiān)測(cè)研究</p><p>　　摘要：應(yīng)力應(yīng)變與變形是橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估和日常運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵參數(shù)，本文研究了分布式長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器在某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋應(yīng)力應(yīng)變與變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器的傳感標(biāo)距為1.0m，連續(xù)梁橋的跨度為30米，傳感器在梁底呈準(zhǔn)分布式布設(shè)。研究結(jié)果表明：通過(guò)所分布的長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器，可以精確得到橋梁在移動(dòng)荷載作

2、用下的動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變分布，并根據(jù)所監(jiān)測(cè)的應(yīng)變分布可獲得橋梁結(jié)構(gòu)在交通移動(dòng)荷載下的變形分布狀態(tài)。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：分布式傳感；長(zhǎng)標(biāo)距；FBG；變形監(jiān)測(cè) </p><p>　　中圖分類號(hào)： TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p>　　Application of Distributed long gauge FBG sensors for the Stra

3、in and Deformation Monitoring of a Continuous Concrete Bridge </p><p>　　Yefei Xia1, Dan Yang2, Yang Caiqian2 </p><p>　　(1Jiangsu Huatong Engineering Testing Co.,Ltd ,Nanjing,211100 </p>&

4、lt;p>　　2School of International Institute for Urban Systems Engineering, Southeast University, Nanjing, 210096) </p><p>　　Abstract: The strain and deformation monitoring are generally important for the co

5、ndition evaluation and general operation monitoring of civil engineering structures, especially for the bridges. The gauge length of the FBG sensors is 1.0m, which were packaged with basalt fiber reinforced polymer. The

6、long-gauge FBG sensors were distributed on the bottom of one span of a continuous concrete bridge. It is shown that the strain distribution of the bridge can be well measured with the long gauge FBG</p><p>　

7、　Key words: Distributed sensing; Long gauge; FBG; Health monitoring; Deformation </p><p><b>　　1 前 沿 </b></p><p>　　隨著當(dāng)代交通及物流的快速發(fā)展，高速公路運(yùn)輸向密集化及大型化方向發(fā)展，車輛超載現(xiàn)象普遍存在，公路橋梁等承載結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)提前出現(xiàn)損傷或破壞，對(duì)

8、橋梁正常運(yùn)營(yíng)條件下的安全性、耐久性等均會(huì)受到較大影響。解決這一問(wèn)題的方法之一就是在結(jié)構(gòu)上布置健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在線、實(shí)時(shí)監(jiān)控結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)損傷狀況，隨即可對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變、變形以及工作狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)和評(píng)價(jià)。 </p><p>　　采用傳統(tǒng)電阻應(yīng)變片的電測(cè)法是土木工程中對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性及安全性進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變檢測(cè)、分析和評(píng)價(jià)的常用手段，廣泛應(yīng)用于各類土木工程結(jié)構(gòu)。但傳統(tǒng)的應(yīng)變片在土木工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)中存在諸多制約因素，主

9、要表現(xiàn)在：1）土木工程結(jié)構(gòu)一般體量大、分布范圍廣，多需要進(jìn)行多點(diǎn)或分布式檢測(cè)，而傳統(tǒng)電阻應(yīng)變片在大范圍多點(diǎn)測(cè)量中的布線麻煩；2）傳統(tǒng)電阻應(yīng)變片是典型的“點(diǎn)”測(cè)量技術(shù)，而對(duì)于非均質(zhì)材料的大型混凝土結(jié)構(gòu)，局部應(yīng)變很難準(zhǔn)確反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，通常需要一定范圍的有效應(yīng)變來(lái)反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)；3）電阻式應(yīng)變片的飄逸大且耐久性較差，不適合大型工程結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。隨著近代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，土木工程領(lǐng)域?qū)?yīng)力應(yīng)變和變形檢測(cè)技術(shù)也提出了

10、更高和更新的要求，如需要長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、抗電磁干擾、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量、分布式多點(diǎn)監(jiān)測(cè)等。因此，除了上述應(yīng)變電測(cè)法外，目前發(fā)展最快的應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試技術(shù)是光學(xué)測(cè)量，并逐漸成為力學(xué)測(cè)試中的一個(gè)重要分支。如，基于材料雙折射效應(yīng)的光彈性法、基于布里淵光時(shí)域散射法以及光纖光柵應(yīng)變測(cè)試方法等。 </p><p>　　其中，布拉格光纖光柵傳感技術(shù)是國(guó)際上近年發(fā)展起來(lái)的一種新型傳感技術(shù)，并在土木工程中得到較廣泛的應(yīng)用[1-6]。布拉格光柵用于

11、物理量的感測(cè)，而光纖則用于感測(cè)信號(hào)的傳輸。作為一種先進(jìn)的傳感技術(shù)，光纖傳感器因其具有質(zhì)量輕、體積小、抗電磁干擾能力強(qiáng)、抗化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注，并逐漸在土木工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中推廣應(yīng)用。雖然光纖布拉格光柵傳感技術(shù)具有很多無(wú)法替代的優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍存在一些難題。纖細(xì)的裸光纖光柵比較脆弱，在土木工程粗放式施工和惡劣的工況條件下使用受到一定的限制，而且一般的FBG傳感器仍可視為典型的點(diǎn)測(cè)量傳感器，所以光纖光柵傳感器的有效封裝保護(hù)和長(zhǎng)

12、標(biāo)距化是將其在土木工程領(lǐng)域推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。 </p><p>　　東南大學(xué)吳智深、楊才千等人[3-5]采用纖維復(fù)合材料（FRP）對(duì)裸光纖光柵進(jìn)行封裝并實(shí)現(xiàn)其長(zhǎng)標(biāo)距化，通過(guò)張拉標(biāo)定試驗(yàn)驗(yàn)證了長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器具有良好的測(cè)量穩(wěn)定性和測(cè)量線性度，既可以對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)監(jiān)測(cè)也可以對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。并可以將一組長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器串聯(lián)起來(lái)，每個(gè)波峰代表一個(gè)特定波長(zhǎng)的FBG傳感器傳感器，可以在一條光纖上實(shí)現(xiàn)大型工程結(jié)構(gòu)的多點(diǎn)

13、分布式測(cè)量。既可對(duì)大型工程結(jié)構(gòu)的損傷進(jìn)行定位，還可對(duì)局部損傷進(jìn)行定量化監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)過(guò)程中結(jié)構(gòu)整體與局部，動(dòng)態(tài)與靜態(tài)信息的融合。本研究采用準(zhǔn)分布長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感技術(shù)研究某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)技術(shù)，并根據(jù)分布式應(yīng)變監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的變形。 </p><p>　　2 基于長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器的監(jiān)測(cè)原理 </p><p><b>　　2.1 應(yīng)變監(jiān)測(cè) </b><

14、/p><p>　　FBG是用紫外全息曝光法在普通光纖上形成的一種稱為Bragg Grating（布拉格光柵）的纖芯折射率周期性變化光柵。如圖1所示[1]，當(dāng)一個(gè)寬帶光源照射FBG時(shí)，一系列由FBG纖芯折射率周期調(diào)制所形成的反射面反射回來(lái)的光將相互干涉，只有滿足布拉格定律的光才可以相長(zhǎng)增強(qiáng)。當(dāng)光柵受到應(yīng)變作用時(shí)，機(jī)械伸長(zhǎng)以及彈光效應(yīng)使得光纖光柵的波長(zhǎng)發(fā)生變化；當(dāng)光柵溫度發(fā)生變化時(shí)，熱漲效應(yīng)和熱光效應(yīng)也會(huì)使得光纖光柵的波

15、長(zhǎng)發(fā)生變化。通過(guò)檢測(cè)每段布拉格光柵反射回來(lái)的光信號(hào)波長(zhǎng)變化值，可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)參數(shù)的測(cè)量。中心波長(zhǎng)λb和布拉格光柵周期以及纖芯有效折射率n之間的關(guān)系見式（1），通過(guò)測(cè)量布拉格中心波長(zhǎng)的變化即可測(cè)出應(yīng)變和溫度擾動(dòng)。 </p><p><b>　　(1) </b></p><p>　　圖1 FBG傳感原理示意圖 </p><p>　　外界溫度或應(yīng)力發(fā)生

16、變化時(shí)，F(xiàn)BG反射光的中心波長(zhǎng)值發(fā)生漂移，其關(guān)系為： </p><p><b>　　(2) </b></p><p>　　式中：Δλb為反射光中心波長(zhǎng)變化量，Δε和ΔT分別為應(yīng)變和溫度變化量，Pε，αf，ξ為分別為光纖的有效彈光系數(shù)，熱膨脹系數(shù)和熱光系數(shù)。 </p><p>　　2.2 基于分布應(yīng)變的位移監(jiān)測(cè)原理 </p><

17、;p>　　結(jié)構(gòu)變形一直以來(lái)都是橋梁健康監(jiān)測(cè)中的重要參數(shù)，通常情況下主要通過(guò)位移計(jì)、全站儀、EDM、GPS、數(shù)字像儀等手段測(cè)得。然而這些傳統(tǒng)位移測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中面臨著各種困難：位移計(jì)在實(shí)橋上難以安裝；全站儀及EDM方法難以長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，易受大霧，雨雪等天氣影響；GPS架設(shè)成本高，而且豎向監(jiān)測(cè)精度不佳；數(shù)字像儀安裝困難，算法復(fù)雜，工作量大且易受天氣影響。此外，這些直接測(cè)量位移的方法的共同點(diǎn)是需要獨(dú)立的監(jiān)測(cè)設(shè)備，增加監(jiān)測(cè)成本；測(cè)

18、點(diǎn)不連續(xù)，不能實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)測(cè)。因此，學(xué)者們嘗試使用間接方法測(cè)量變形。吳智深、沈圣、楊才千等人[5]提出了基于分布應(yīng)變測(cè)量的改進(jìn)共軛梁法的結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)技術(shù)，降低了應(yīng)變二次積分過(guò)程中的累積誤差，其精度高于二次積分法。 </p><p>　　由材料力學(xué)知識(shí)可知，改變荷載形式及大小等效于改變梁上彎矩分布，亦即曲率分布。而根據(jù)共軛梁法原理，實(shí)際梁的曲率分布等價(jià)于共軛梁的荷載分布。通過(guò)微分關(guān)系可知，荷載分布與彎矩的關(guān)系同撓度

19、與曲率的關(guān)系完全相同。因此，利用共軛梁的虛彎矩可得到實(shí)梁的撓度分布。假定：（1）結(jié)構(gòu)滿足小變形條件；（2）材料均為線彈性。簡(jiǎn)支梁模型如圖2所示，注意到簡(jiǎn)支梁的共軛梁為其本身。設(shè)梁左支座坐標(biāo)為0，梁截面抗彎剛度為EI，梁的中和軸高度為y，梁上任意點(diǎn)坐標(biāo)為x，沿梁跨度方向自左向右共布置n個(gè)傳感器，每個(gè)傳感器標(biāo)距為lm（m=1，…，n），梁長(zhǎng)為L(zhǎng)，結(jié)構(gòu)應(yīng)變以梁底受拉為正，結(jié)構(gòu)變形以位移向上為正，其中。首先由各單位的平均應(yīng)變求得各單元的平均曲率

20、： </p><p><b>　　(3) </b></p><p>　　圖2 簡(jiǎn)支梁與其共軛梁示意圖 </p><p>　　上角標(biāo)“ ’ ”表示該參數(shù)屬于共軛梁，上標(biāo)“ – ”表示單元參數(shù)均值，如表示第i個(gè)單元的平均曲率。容易求出實(shí)際梁第p、p+1單元(1≤p≤n-1)分界點(diǎn)處變形vp與第p+1單元中點(diǎn)處變形vp+1/2： </p>

21、<p><b>　　(4) </b></p><p><b>　　(5) </b></p><p>　　當(dāng)結(jié)構(gòu)同時(shí)承受荷載和支座沉降時(shí)，結(jié)構(gòu)變形可以分為兩個(gè)部分，一部分由荷載和支座沉降共同作用下的應(yīng)變變化累積產(chǎn)生，另一部分由支座沉降直接產(chǎn)生?？紤]結(jié)構(gòu)左右兩端支座發(fā)生沉降&#8710;l和&#8710;r，式(4)和(

22、5)可改進(jìn)為： </p><p><b>　　(6) </b></p><p><b>　　(7) </b></p><p>　　注意到式(6)和(7)的系數(shù)僅與梁長(zhǎng)L、頂部和底部傳感器距離hi、單元?jiǎng)澐挚倲?shù)n、待求變形點(diǎn)所屬單元的單元號(hào)p，以及結(jié)構(gòu)左右兩端支座沉降&#8710;l和&#8710;r有關(guān)，與

23、荷載形式與大小，截面剛度等條件無(wú)關(guān)。 </p><p>　　3 長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感技術(shù)及系統(tǒng)安裝 </p><p>　　3.1 長(zhǎng)標(biāo)距傳感器及其傳感性能 </p><p>　　單個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器結(jié)構(gòu)如圖3所示，為提高傳感器的耐久性并實(shí)現(xiàn)其長(zhǎng)標(biāo)距化，采用了耐腐蝕性好的玄武巖纖維材料（BF）和環(huán)氧樹脂進(jìn)行封裝，傳感標(biāo)距長(zhǎng)度為1.0m，并在該傳感標(biāo)距內(nèi)形成均勻的應(yīng)變場(chǎng)。

24、封裝長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器的優(yōu)勢(shì)在于：①傳感器的標(biāo)距通常可以在5-200cm范圍內(nèi)自由調(diào)整，適合橋梁等大型工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)用；②標(biāo)距內(nèi)為平均應(yīng)變，降低了應(yīng)力集中和局部混凝土開裂對(duì)傳感器使用性能的影響，且不因混凝土結(jié)構(gòu)的局部損傷而致傳感器破壞；③纖維復(fù)合材料封裝長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器具有優(yōu)異的耐久性，適合在野外惡劣環(huán)境下應(yīng)用，且具有長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性；④由于纖維封裝材料與混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的粘結(jié)性能，長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器可在橋梁結(jié)構(gòu)上進(jìn)行牢固粘貼和安裝。

25、 </p><p>　　圖3 長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器封裝結(jié)構(gòu)圖 </p><p>　　為保證傳感器的質(zhì)量，在安裝前對(duì)傳感器進(jìn)行了標(biāo)定，其中三個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器的標(biāo)定結(jié)果如圖4所示，裸光柵和3個(gè)封裝的長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器的應(yīng)變系數(shù)均為1.20pm/με。結(jié)果表明，所有長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器的應(yīng)變系數(shù)在1.19-1.21 pm/με范圍內(nèi)變化。標(biāo)定結(jié)果表明：封裝材料不改變長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器的應(yīng)變系數(shù)，

26、同時(shí)所采用的長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器具有良好的測(cè)量穩(wěn)定性和測(cè)量線性度。 </p><p>　　圖4 長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器傳感性能標(biāo)定 </p><p><b>　　3.2 橋梁狀況 </b></p><p>　　為研究分布式長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感技術(shù)在實(shí)際橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，在位于京滬高速公路上的某預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)混凝土梁橋上安裝了長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器。該橋?yàn)橐?/p>

27、30m跨徑、先簡(jiǎn)支后連續(xù)的部分預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁橋，共72孔，分12聯(lián)，每聯(lián)6孔，橋梁全長(zhǎng)2168.20m。橋梁梁高約1.5m，上鋪5cm厚30號(hào)防水混凝土調(diào)平層，再鋪上9cm瀝青混凝土。下部結(jié)構(gòu)為樁柱式墩臺(tái)，鉆孔樁基礎(chǔ)。圖5和圖6分別為該連續(xù)梁橋的全景圖和橫斷面布置圖。 </p><p>　　3.3 長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器布設(shè) </p><p>　　部分預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁既是形成連續(xù)梁橋

28、的主要構(gòu)件之一，同時(shí)也是直接承受車輛荷載的作用，通過(guò)對(duì)主梁各控制截面應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不僅能直接了解各測(cè)點(diǎn)處的應(yīng)變狀態(tài)，從而為總體評(píng)判橋梁的安全性和耐久性提供依據(jù)，而且還能通過(guò)控制點(diǎn)應(yīng)變狀態(tài)變化來(lái)發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化。根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力特點(diǎn)、分布式長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器的特點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，選擇第十一聯(lián)第二跨左幅進(jìn)行監(jiān)測(cè)。以車輛行駛方向作為正向，從左向右（圖上從下向上）將四根箱梁依次編號(hào)為1#、2#、3#和4#梁。長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器分布布設(shè)

29、于箱梁的底部和腹板，如圖6所示。共布設(shè)68個(gè)長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器，其中60個(gè)分布布設(shè)于橋梁的底部，在2#和3#梁底進(jìn)行了全跨度范圍的分布式布設(shè)，而對(duì)于1#和3#梁則在跨中5m范圍內(nèi)進(jìn)行了分布式布設(shè)。 </p><p>　　圖6 長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器在連續(xù)梁橋上的分布布設(shè)示意圖 </p><p>　　將傳感器分為四組，每組內(nèi)的傳感器熔接串聯(lián)形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的通道。本次傳感器全部采用表面粘貼的方式

30、，先用打磨機(jī)打磨傳感器粘貼區(qū)域，再用酒精進(jìn)行表面清潔處理。在橋梁上畫線定點(diǎn)后，再用AB膠固定傳感器兩端的錨固點(diǎn)，其余部分用結(jié)構(gòu)膠全面粘貼，施工人員在橋梁檢測(cè)車上沿橋梁縱向施工。圖7為長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感器在橋梁上安裝施工過(guò)程，其中包括：劃線定點(diǎn)、端部安裝和封裝。待傳感器布設(shè)完畢和結(jié)構(gòu)膠固化后，便可開始采集數(shù)據(jù)。本次測(cè)試在交通移動(dòng)荷載作用下進(jìn)行，采樣頻率為1kHz，連續(xù)監(jiān)測(cè)四個(gè)小時(shí)，四個(gè)通道同時(shí)采集，每五分鐘進(jìn)行一次數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 </p&

31、gt;<p><b>　　4 結(jié)果與分析 </b></p><p>　　4.1 應(yīng)變監(jiān)測(cè)與分析 </p><p>　　在單車道車輛荷載激勵(lì)下，3#梁跨中截面底部典型的應(yīng)變時(shí)程如圖8所示，當(dāng)車輛處于監(jiān)測(cè)跨的相鄰跨時(shí)，監(jiān)測(cè)截面底部處于受壓狀態(tài)，出現(xiàn)負(fù)應(yīng)變，與圖中兩個(gè)波谷相對(duì)應(yīng)；當(dāng)車輛處于監(jiān)測(cè)跨時(shí)，監(jiān)測(cè)截面底部處于受拉狀態(tài)且受力較大，出現(xiàn)正應(yīng)變，與圖中一個(gè)波峰

32、相對(duì)應(yīng)，且波峰絕對(duì)值大于波谷絕對(duì)值。當(dāng)車輛不處于監(jiān)測(cè)跨及相鄰兩跨時(shí)，監(jiān)測(cè)跨受力較小，傳感器波長(zhǎng)值基本沒(méi)有變化，應(yīng)變值接近于0。由圖可知，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與理論情況吻合良好。對(duì)同一時(shí)段內(nèi)監(jiān)測(cè)跨的1#梁至4#梁跨中截面底部應(yīng)變值進(jìn)行比較可發(fā)現(xiàn)，3#梁的響應(yīng)最大，其次依次為4#梁，2#梁，1#梁,如圖9所示。這是由于在測(cè)試試驗(yàn)過(guò)程中僅容許超車道上有車輛通過(guò)，即3#梁和4#梁上橋面板間直接承受車載作用。 </p><p>　　圖

33、8 傳感器的典型應(yīng)變時(shí)程圖 圖9 1#梁至4#梁跨中截面底部應(yīng)變時(shí)程圖 </p><p>　　對(duì)連續(xù)四個(gè)小時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在絕大多數(shù)情況下，4#梁跨中截面底部響應(yīng)最大；布置在梁底的傳感器在有車輛通行時(shí)，負(fù)應(yīng)變變化范圍約為-5με～-52με，正應(yīng)變變化范圍約為5με～177με，該數(shù)值范圍與布置在跨中的傳統(tǒng)應(yīng)變計(jì)測(cè)量的結(jié)果基本一致。對(duì)監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)的監(jiān)測(cè)跨內(nèi)出現(xiàn)的最大拉應(yīng)變處傳感器的波峰數(shù)及波峰值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可

34、得，峰值在0～20με、20～40με、40～60με、60～80με、80～100με、100～120με、120～140με的次數(shù)分別為115次、299次、116次、183次、186次、42次、1次，如圖10所示。其中峰值為20με～40με間的波峰所占比例最大，約為31.74%，而大約一半左右的波峰峰值在60με以下。為研究橋梁在正常工作狀態(tài)下的車流量，以3#梁跨中截面處傳感器波峰數(shù)作為車流量大小的衡量指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖11所示，

35、在所統(tǒng)計(jì)的時(shí)段內(nèi)11點(diǎn)至12點(diǎn)期間車流量最大，出現(xiàn)的波峰數(shù)為85個(gè)，12點(diǎn)至13點(diǎn)期間車流量最小，出現(xiàn)的波峰數(shù)為45個(gè)。 </p><p>　　圖10 4#梁跨中截面應(yīng)變峰值統(tǒng)計(jì)圖圖11 某時(shí)間段內(nèi)的波長(zhǎng)波峰個(gè)數(shù) </p><p>　　圖12 4#梁跨中截面的典型位移時(shí)程曲線圖圖13 監(jiān)測(cè)跨的變形縱向視圖 </p><p>　　4.2 變形監(jiān)測(cè)與分析 </p&

36、gt;<p>　　根據(jù)共軛梁法，對(duì)所采數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)位移計(jì)算。監(jiān)測(cè)跨跨中截面的典型位移時(shí)程曲線如圖12所示，規(guī)定橋梁的下?lián)蠟樨?fù)上撓為正，當(dāng)結(jié)構(gòu)上部有車輛通過(guò)時(shí)會(huì)發(fā)生上下波動(dòng)。當(dāng)車輛在該跨行駛時(shí)，在所監(jiān)測(cè)的時(shí)間段內(nèi)最大負(fù)撓度為8.49mm；當(dāng)車輛在鄰跨行駛時(shí)，最大撓度為2.38mm?；诜植际焦饫w傳感技術(shù)所監(jiān)測(cè)最大正撓度和最大負(fù)撓度與動(dòng)位移計(jì)所監(jiān)測(cè)的結(jié)果一致。通過(guò)對(duì)4個(gè)小時(shí)內(nèi)監(jiān)測(cè)跨跨中截面的豎向動(dòng)位移進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可得：向下的動(dòng)位移幅

37、值一般比向上的動(dòng)位移幅值大，與應(yīng)變的監(jiān)測(cè)結(jié)論一致（圖8和圖9）；在同一時(shí)刻，4#梁跨中處的位移比其它部位的位移大，4小時(shí)內(nèi)該處發(fā)生的最大位移為8.49mm，方向向下，此刻相應(yīng)的監(jiān)測(cè)跨縱向變形分布見圖13。 </p><p>　　對(duì)出現(xiàn)的向下的位移峰值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，峰值在1～2mm、2～3mm、3～4mm、4～5mm、5～6mm、6～7mm、7～8mm、8~9mm的次數(shù)分別為200次、154次、95次、117次、154

38、次、64次、14次、1次，如圖14所示。其中峰值為1～2mm間的波峰所占比例最大，約為25.03%，而大約一半左右的波峰峰值在4mm以下。同時(shí)，峰值為5~6mm的位移峰值所占比例約為19.27%，重車所占比例較大。 </p><p>　　圖16豎向動(dòng)位移峰值統(tǒng)計(jì)圖 </p><p><b>　　5 結(jié) 語(yǔ) </b></p><p>　　本文研究

39、了分布式長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感技術(shù)在混凝土連續(xù)梁橋上的應(yīng)用，傳感器在梁底呈分布式布設(shè)。通過(guò)分布式FBG傳感技術(shù)，可以精確得到在移動(dòng)車輛荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布規(guī)律，在同一移動(dòng)荷載作用下引起的監(jiān)測(cè)跨跨中的正應(yīng)變要大于所引起的負(fù)應(yīng)變?；谒鶞y(cè)得的分布式應(yīng)變和共軛梁方法，可以得到橋梁結(jié)構(gòu)在移動(dòng)車輛荷載作用下的變形分布規(guī)律，在同一移動(dòng)荷載作用下引起的監(jiān)測(cè)跨跨中下?lián)献冃问巧蠐献冃蔚?倍以上。研究結(jié)果表明：長(zhǎng)標(biāo)距FBG傳感技術(shù)可以有效監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的受力和變形

40、狀態(tài)，在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，并將為綜合評(píng)價(jià)橋梁正常運(yùn)行狀況提供有效手段。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　李宏男，任亮. 結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)光纖光柵傳感技術(shù)[M]. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008. </p><p>　　張家坤. 光纖光柵傳感技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究[D]. 北京: 北京交

41、通大學(xué), 2004. </p><p>　　吳智深, 楊才千, 李素貞等. 動(dòng)靜態(tài)分布傳感技術(shù)及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)理論與設(shè)計(jì)體系[A]. 第二屆結(jié)構(gòu)工程新進(jìn)展國(guó)際論壇特邀報(bào)告集[C]. 大連，2008. </p><p>　　Wan Hong, Z.S.Wu, C.Q. Yang, et al. Identification of modal macro-strain vector based

42、on distributed long-gauge FBG sensors under ambient vibration[J]. Proc. of SPIE, Vol. 7647, 764736-1. </p><p>　　沈圣，吳智深，楊才千等.基于分布式光纖應(yīng)變傳感技術(shù)的改進(jìn)共軛梁法監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)變形分布研究[J]. 土木工程學(xué)報(bào)，2010，43(7):63-70. </p><p>