一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法技术

技术编号:20910588 阅读:24 留言:0更新日期:2019-04-20 08:37
本发明专利技术公开了一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法,该方法是通过利用光纤布拉格光栅技术检测反射光中心波长的漂移,对特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土结构应变进行监测。本发明专利技术的监测方法具有监测距离长、监测范围大、监测角度广,监测准确性和测试精度高、定位精准的优点,并且设备成本低、能耗低、耐腐蚀、抗电磁干扰,长期稳定好,易于集成,能满足特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测的要求。

A Method for Monitoring the Deformation of Concrete in Pipe Filled with Steel Tube Arch of Extra Large Bridge

The invention discloses a method for monitoring the deformation of concrete filled in steel tube arch of a super-large bridge. The method monitors the structural strain of concrete filled in steel tube arch of a super-large bridge by detecting the drift of the central wavelength of reflected light by using fiber Bragg grating technology. The monitoring method of the invention has the advantages of long monitoring distance, wide monitoring range, wide monitoring angle, high monitoring accuracy and testing accuracy, accurate positioning, low equipment cost, low energy consumption, corrosion resistance and electromagnetic interference resistance, good long-term stability and easy integration, and can meet the requirements of concrete deformation monitoring in tube filled with steel tube arch of super-large bridge.

【技术实现步骤摘要】
一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法
本专利技术涉及一种桥梁监测方法,特别是一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法。
技术介绍
通过对桥梁结构健康状态的监测与评估,为桥梁在各种气候、交通条件下和桥梁运营状况异常时发出预警信号,为桥梁维护、维修与管理措施提供依据,并通过及时采取措施达到防止桥梁坍塌、局部破坏,保障和延长桥梁的使用寿命的目的。我国的桥梁结构健康监测尚处初期阶段,随着桥梁结构健康监测工作的深入开展,在远距离监测、提高系统可靠性、完善数据处理和分析理论等方面还需要提高和完善,目前尚无现成的性能和数据评估方面的规范。目前常用监测方法存在以下缺点:(1)几何光学测量手段不仅在长期监测过程中耗费大量的人力及时间成本,而且不能保证监测数据的时效性,监测数据需要后期人工输入数据库,分析监测结果具有不可避免的滞后性。(2)振弦式传感器是机械结构式原理,以钢弦为转化元件,存在滞后的特性,因此,只能适用于静态和不大于10Hz的准动态测试。桥梁外部条件大多是动荷载、气候、侵蚀、撞击和其他突发事件的作用等,振弦式传感器适用性具有很大的局限性。(3)普通传感器难以长期有效存活,桥梁外部受气候、侵蚀、撞击和其他突发事件及电磁干扰的作用下,极易对传感器及其引线造成腐蚀和变性破坏,使得传感器难以长期正常运行。因此普通电测类传感器将无法满足长期监测的任务。(4)传统传感器多为点式传感器,不仅安装施工复杂,而且后期监测线路多且杂乱,难以进行大面积大范围监测,测试时需要人工监测,不能做到实时在线监测与评估。(5)由于桥梁所处的地理环境复杂,极难做到人工长期检修,因此安装在其中的传感器一定要有着高寿命,长期稳定,无需经常更换。(6)现有的桥梁结构监测和状态评估系统大多属于单一的监测系统或者是单一的管理系统,不易做到集成融合统一监测分析平台。因此探索并形成稳定、可靠的监测系统、明确各项参数指标、科学获取与处理监测数据、形成监测规范等工作是桥梁结构健康监测今后的发展与努力方向。目前急需一种长期稳定性高,环境适应性强,安装方便的实时在线自动化监测与评估技术来解决该问题。光纤传感技术是二十世纪八十年代伴随着光导纤维及光纤通讯技术的发展而迅速发展起来的一种以光为载体,光纤为媒介,感知和传输外界信号的新型传感技术。目前研制成功的光纤传感器可以实现绝大部分物理量的监测,包括应变、温度、振动、位移、压力、声、流量、粘度、光强以及其它化学、生物医学和电流、电压参量等,已广泛地应用于航空航天、国防军事、土木、水利、计量测试、电力、能源、环保、智能结构、自动控制和生物医学等众多领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于,提供一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法。本专利技术的监测方法具有监测距离长、监测范围大、监测角度广,监测准确性和测试精度高、定位精准的优点,并且设备成本低、能耗低、耐腐蚀、抗电磁干扰,长期稳定好,易于集成,能满足特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测的要求。本专利技术的技术方案:一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法,通过利用光纤布拉格光栅技术检测反射光中心波长的漂移,对特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土结构应变进行监测。前述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法中,所述方法是利用光纤布拉格光栅技术,测得光纤的波长值的变量,根据光纤的波长值的变量计算应变、应力和轴力,对特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土结构应变进行监测。前述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法中,所述应变是利用公式:计算,式中λz0、λθ0、λr0分别为轴向光纤传感器、环向光纤传感器、径向光纤传感器的初始波长值;λzi、λθi、λri分别为第i次测得的轴向光纤传感器、环向光纤传感器、径向光纤传感器的波长值;k为光纤材料限定的标定系数;εzi、εθi、εri分别为测点的轴向应变、环向应变、径向应变。前述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法中,所述应力是利用下式计算:式中σzi、σθi、σri分别为测点的轴向应力、环向应力、径向应力,(kPa);E为混凝土的弹性模量,(kPa);μ为混凝土的泊松比。5、根据权利要求4所述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法,其特征在于:所述轴力是利用下式计算:式中为截面平均轴向应力,(kPa);A为截面积,(mm2);P为截面轴力。前述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法中,所述截面平均轴向应力是采用matlab软件对各测点的截面轴向应力进行曲线二次拟合得到轴向应力的截面分布形式,并取其平均值得到的。前述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法中,所述各测点的截面轴向应力是通过将中得出的替换中的E得到的各测点的轴向应力。前述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法中,所述方法是按照以下步骤进行:(A)选取监测点;(B)制作光纤感测传感器;(C)光纤感测传感器安装和植入;(D)安装传输电缆;(E)布置监测设备;(F)监测数据;(G)监测数据整理与分析。前述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法中,所述监测点是采用四根拱肋钢管布置监测点,选取下弦内侧管、下弦外测管、上弦外侧管和上弦内侧管布置监测点,在每根拱肋钢管取半拱布置监测点,在下弦内侧管和上弦外侧管两根钢管的拱脚、1/4跨径、跨中和跨中前1/12跨径四个特征截面作为监测点布置截面;在下弦外测管和上弦内侧管的拱脚、1/4跨径、跨中前1/12跨径三个特征截面作为监测点布置点截面;在每个监测截面的截面形心、上R/2、上R、下R/2、下R、左R/2、左R、右R/2、右R9个位置设置监测点,每个监测点布置三个传感器:轴向应变监测传感器、径向应变监测传感器、环向应变监测点;并在每个截面形心位置和管壁位置各布置一个温度传感器。前述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法中,所述监测设备为32通道无线值守型调制解调仪。前述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法中,所述监测数据整理与分析是基于同一截面上的各点的应变值或应力值,采用matlab进行数据分析、拟合,得出不同时期的截面应变或应力分布形式、同一时期不同截面的截面应变或应力分布形式和同一截面不同时期的截面应变或应力分布形式。光纤布拉格光栅技术原理光纤布拉格光栅(FiberBraggGratting,简称FBG)通常采用相位掩模法进行写入:利用光敏光纤的光致折射率变化,将光敏光纤贴近相位掩模,利用相位掩模的近场衍射所产生的空间干涉条纹在光纤中形成折射率的周期性变化,从而形成光纤光栅。布拉格光纤光栅的折射率沿光纤轴向呈周期性分布,具有良好的波长选择特性,满足布拉格衍射条件的入射光(波长为λB)在FBG处被耦合反射,其它波长的光会全部穿过而不受影响,反射光谱在FBG中心波长λB处出现峰值,如图8所示;布拉格衍射条件可表示为:λB=2neff·Λ(1式)式中,λB为FBG中心波长;neff为纤芯的有效折射率;Λ为光纤光栅折射率调制周期。FBG传感器周围的温度和应变的改变均能引起布拉格反射光中心波长λB的改变,它们满足关系式:式中,Δλ为布拉格中心波长的变化,ε1为光栅的轴向应变,ε2、ε3为光栅的其余两个主应变,p11、p12为光弹本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法,其特征在于:通过利用光纤布拉格光栅技术检测反射光中心波长的漂移,计算监测数据,对特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土结构应变进行监测。

【技术特征摘要】
1.一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法,其特征在于:通过利用光纤布拉格光栅技术检测反射光中心波长的漂移,计算监测数据,对特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土结构应变进行监测。2.根据权利要求1所述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法,其特征在于:所述方法是利用光纤布拉格光栅技术,测得光纤的波长值的变量,根据光纤的波长值的变量计算应变、应力和轴力,对特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土结构应变进行监测。3.根据权利要求1所述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法,其特征在于:所述应变是利用公式:计算,式中λz0、λθ0、λr0分别为轴向光纤传感器、环向光纤传感器、径向光纤传感器的初始波长值;λzi、λθi、λri分别为第i次测得的轴向光纤传感器、环向光纤传感器、径向光纤传感器的波长值;k为光纤材料限定的标定系数;εzi、εθi、εri分别为测点的轴向应变、环向应变、径向应变。4.根据权利要求3所述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法,其特征在于:所述应力是利用下式计算:式中σzi、σθi、σri分别为测点的轴向应力、环向应力、径向应力,(kPa);E为混凝土的弹性模量,(kPa);μ为混凝土的泊松比。5.根据权利要求4所述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法,其特征在于:所述轴力是利用下式计算:式中为截面平均轴向应力,(kPa);A为截面积,(mm2);P为截面轴力;所述截面平均轴向应力是采用matlab软件对各测点的截面轴向应力进行曲线二次拟合得到轴向应力的截面分布形式,并取其平均值得到的。6.根据权利要求5所述的一种特大桥钢管拱内灌注的管内混凝土变形监测方法,其特征在于:所...

【专利技术属性】
技术研发人员:龚辉张胜林刘贤张乙彬杨茂军张力赵伟杨文学刘本富罗文秀郑昌礼陈续燕代全凤
申请(专利权)人:贵州桥梁建设集团有限责任公司贵州桥梁建设研究院有限公司
类型:发明
国别省市:贵州,52

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