一种基于光纤光栅应变感测技术的PCCP应变测试方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光纤光栅应变感测技术的预应力钢筒混凝土管（PCCP）应变测试方法，包括下述步骤：S1：测点布设，在钢筒内侧管芯混凝土内壁、钢筒外壁、钢筒外侧管芯混凝土、预应力钢丝以及保护层砂浆上均布设光纤光栅应变传感器，采用大量程贴片式应变计，并且串联光纤光栅应变计，其中，钢筒内侧管芯混凝土内壁及钢筒外壁上的光纤光栅应变计通过布设光纤引线实现串联；S2：光纤引线线路集成，将全部的光纤引线端部引入到预应力钢筒混凝土管（PCCP）的接线盒内，进行测试线路集成，并将集成的光纤引线引出PCCP体外；S3：胶灌封住接线盒，进行防水处理。本发明专利技术具有抗电磁干扰、耐久性好、精度高等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅应变感测技术的PCCP应变测试方法
本专利技术涉及水利工程测试
，具体涉及一种基于光纤光栅应变感测技术的预应力钢筒混凝土管（PCCP）应变测试方法。
技术介绍
预应力钢筒混凝土管（PCCP管）由混凝土管芯、钢筒、预应力钢丝和保护层砂浆组成。PCCP管具有承载能力强、基本不漏水、不易腐蚀、可以便捷快速的安装、通水能力强、对地基有良好的适应性、抗震性强、具有丰富的配件和异型管等优点，在市政工程、核电、水电以及长距离大口径的有压输水管线工程中得到广泛使用。PCCP管的强度取决于缠绕在管芯上的预应力钢丝，预应力钢丝在混凝土管芯上产生均匀的预应力，能够抵偿由内压和外荷载产生的拉应力。为研究PCCP管内水压或者外部荷载作用下的承载机理和破坏特征，需要对PCCP管进行原型试验。通过试验对PCCP管各层结构在内压或者外部荷载持续作用下的应变进行连续测试，获取混凝土管芯、保护层砂浆、钢筒和预应力钢丝在不同荷载作用下的测试数据，通过深入研究测试数据，掌握PCCP管各层结构在压力作用下的受载响应规律，确定管体各层材料开裂和屈服荷载。目前针对预应力钢筒混凝土管（PCCP）原型试验测试技术是通过在钢筒、钢筒内测管芯混凝土、钢筒外侧管芯混凝土、预应力钢丝、保护层砂浆上粘贴电阻式应变片进行。然而，电阻式应变片在PCCP管制造过程中很容易损坏，且有稳定性差和易发生零飘等无法克服的缺陷。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，提供一种耐久性好的PCCP管的测试方法，本专利技术提供了一种基于光纤光栅感测技术的PCCP应变测试方法，包括下述步骤：S1：测点布设，在钢筒内侧管芯混凝土内壁、钢筒外壁、钢筒外侧管芯混凝土外表面、预应力钢丝以及保护层砂浆上均布设光纤光栅应变传感器，选择大量程贴片式应变计，并且串联光纤光栅应变计，其中，钢筒内侧管芯混凝土内壁及钢筒外壁上的光纤光栅应变计通过布设光纤引线实现串联；S2：光纤引线线路集成，将全部的光纤引线端部引入到PCCP管体的接线盒内，进行光纤引线线路集成，并将集成的光纤引线引出PCCP体外；S3：胶灌封住接线盒，进行防水处理。其中，所述步骤S1中，所述光纤光栅应变计采取四个纵断面、环向布设的方法布设。其中，所述步骤S1中，在所述钢筒内侧管芯混凝土内壁、钢筒外壁、钢筒外侧管芯混凝土、预应力钢丝以及保护层砂浆上各选取6-10个测试断面，每个测试断面上布设安装四个光纤光栅应变计；其中，在所述钢筒内侧管芯混凝土内壁及钢筒外壁的每个测试断面上还布设一条光纤引线，用于串联光纤光栅应变计。其中，各层测试断面上的所述光纤光栅应变计呈十字对称布设。其中，所述测试断面的数目为7个，分别位于PCCP管体长度的0-20%、20%-35%m、35%-45%m、45%-60%、60%-70%、70%-90%及90%-100%处。其中，在所述钢筒内侧管芯混凝土内壁或钢筒外壁上布设光纤光栅应变计及光纤引线时，所述步骤S1包括：S11：在钢筒内侧管芯混凝土内壁或钢筒外壁上标示出需要布设光纤光栅应变计的测试点及对应的光纤引线线路；S12：将测试点及对应的光纤引线线路打磨光滑；S13：使用酒精将测试点及对应的光纤引线线路擦拭干净；S14：沿钢筒内侧管芯混凝土内壁或钢筒外壁纵向方向，将其中一个横向方向上的测试点上点胶固定光纤光栅应变计，再沿同一个方向点胶固定光纤引线；S15：对固定好的光纤光栅应变计及光纤引线进行涂胶保护；S16：在固定好的光纤光栅应变计及光纤引线表面黏贴纸胶带；S17：12小时后，翻转PCCP管体，在另一个横向方向上进行步骤S14-步骤S16的操作，从而完成整个钢筒内侧管芯混凝土内壁或钢筒外壁上光纤光栅应变计及光纤引线的布设。其中，在所述钢筒外壁上布设光纤光栅应变计及光纤引线时，所述步骤S1还包括：S18：尾纤保护处理，在钢筒外侧焊接垂直于钢筒表面的圆形钢管，将靠近圆形钢管处的光纤引线换接成铠装引线，接入到钢筒外部预留保护。其中，在所述钢筒外侧管芯混凝土及预应力钢丝上布设光纤光栅应变计时，所述步骤S1包括：S11：在钢筒外侧管芯混凝土外壁上标示出需要布设光纤光栅应变计的测试点；S12：在测试点位置凿开预定的天窗，剥离砂浆使预应力钢丝和钢筒外侧管芯混凝土外露；S13：将外露的钢筒外侧管芯混凝土及预应力钢丝表面打磨光滑；S14：将光纤光栅应变计贴合在钢筒外侧管芯混凝土及预应力钢丝表面；S15：涂抹树脂覆盖光纤光栅应变计；S16：将光纤光栅应变计串联。其中，在所述保护层砂浆上布设光纤光栅应变计时，所述步骤S1包括：S11：在所述保护层砂浆外壁上标示出需要布设光纤光栅应变计的测试点；S12：将保护层砂浆测试点位置打磨光滑；S13：将光纤光栅应变计贴合在打磨光滑的保护层砂浆表面；S14：涂抹树脂覆盖光纤光栅应变计；S15：将光纤光栅应变计串联。其中，还包括：S4：在钢筒内侧管芯混凝土内壁上布设光纤光栅渗压计，以同时实现管内饱水压力测试。本专利技术提供的基于光纤光栅应变计的PCCP应变测试方法，以光纤光栅传感技术为基础，具有抗电磁干扰、耐久性好、精度高等特点。附图说明图1a：本专利技术的管体光纤光栅应变计布设的横向截面示意图；图1b：本专利技术的管体光纤光栅应变计布设的纵向截面示意图；图1c：本专利技术的管体光纤光栅应变计布设的环向展开示意图；图2a：本专利技术的管体光纤光栅应变计测线线路集成的横向截面示意图；图2b：本专利技术的管体光纤光栅应变计测线线路集成的纵向截面示意图；图2c：本专利技术的管体光纤光栅应变计测线线路集成的环向展开示意图；图3：本专利技术的光纤引线线路集成测试示意图；图4：本专利技术的钢筒光纤光栅应变计布设示意图。附图标记说明1光纤光栅应变计2光纤引线3接线盒4法兰孔洞5多芯通信光缆6光纤解调设备7钢管。具体实施方式为了对本专利技术的技术方案及有益效果有更进一步的了解，下面配合附图详细说明本专利技术的技术方案及其产生的有益效果。图1-图2分别为本专利技术的PCCP管体光纤光栅应变计及管体光纤光栅应变计测线线路集成示意图，其中，图1a为本专利技术的管体光纤光栅应变计布设的横向截面示意图，图1b为本专利技术的管体光纤光栅应变计布设的纵向截面示意图，图1c为本专利技术的管体光纤光栅应变计布设的环向展开示意图；图2a为本专利技术的管体光纤光栅应变计测线线路集成的横向截面示意图，图2b为本专利技术的管体光纤光栅应变计测线线路集成的纵向截面示意图，图2c为本专利技术的管体光纤光栅应变计测线线路集成的环向展开示意图。如图1-图2所示，本专利技术提供了一种基于光纤光栅应变感测技术的PCCP应变测试方法，包括下述步骤：S1：测点布设，在钢筒内侧管芯混凝土内壁、钢筒外壁、钢筒外侧管芯混凝土、预应力钢丝以及保护层砂浆上均布设光纤光栅应变计1，并且串联光纤光栅应变计1，其中，钢筒内侧管芯混凝土内壁及钢筒外壁上的光纤光栅应变计1通过布设光纤引线2实现串联；S2：光纤引线线路集成，将全部的光纤引线2端部引入到PCCP管体的接线盒3内，进行光纤引线线路集成，并将集成的光纤引线2引出PCCP体外；S3：胶灌封住接线盒3，进行防水处理。因此，本专利技术为针对预应力钢筒混凝土管（PCCP管）原型试验，提出的一种新的测试技术。新技术基于光纤光栅（FBG）传感技术，通过在钢筒内侧管芯混凝土内壁、钢筒外壁、钢本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光纤光栅应变感测技术的PCCP应变测试方法，其特征在于，包括下述步骤：S1：测点布设，在钢筒内侧管芯混凝土内壁、钢筒外壁、钢筒外侧管芯混凝土、预应力钢丝以及保护层砂浆上均布设光纤光栅应变传感器，选择大量程贴片式应变计，并且串联光纤光栅应变计，其中，钢筒内侧管芯混凝土内壁及钢筒外壁上的光纤光栅应变计通过布设光纤引线实现串联；S2：光纤引线线路集成，将全部的光纤引线端部引入到PCCP的接线盒内，进行光纤引线线路集成，并将集成的光纤引线引出PCCP体外；S3：胶灌封住接线盒，进行防水处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅应变感测技术的PCCP应变测试方法，其特征在于，包括下述步骤：S1：测点布设，在钢筒内侧管芯混凝土内壁、钢筒外壁、钢筒外侧管芯混凝土、预应力钢丝以及保护层砂浆上均布设光纤光栅应变传感器，选择大量程贴片式应变计，并且串联光纤光栅应变计，其中，钢筒内侧管芯混凝土内壁及钢筒外壁上的光纤光栅应变计通过布设光纤引线实现串联；S2：光纤引线线路集成，将全部的光纤引线端部引入到PCCP的接线盒内，进行光纤引线线路集成，并将集成的光纤引线引出PCCP体外；S3：胶灌封住接线盒，进行防水处理。2.如权利要求1所述的基于光纤光栅应变感测技术的PCCP应变测试方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述光纤光栅应变计采取四个纵断面、环向布设的方法布设。3.如权利要求2所述的基于光纤光栅应变感测技术的PCCP应变测试方法，其特征在于：所述步骤S1中，在所述钢筒内侧管芯混凝土内壁、钢筒外壁、钢筒外侧管芯混凝土、预应力钢丝以及保护层砂浆上各选取6-10个测试断面，每个测试断面上布设安装四个光纤光栅应变计；其中，在所述钢筒内侧管芯混凝土内壁及钢筒外壁的每个测试断面上还布设一条光纤引线，用于串联光纤光栅应变计。4.如权利要求3所述的基于光纤光栅应变感测技术的PCCP应变测试方法，其特征在于：各层测试断面上的所述光纤光栅应变计呈十字对称布设。5.如权利要求3所述的基于光纤光栅应变感测技术的PCCP应变测试方法，其特征在于：所述测试断面的数目为7个，分别位于PCCP管体长度的0-20%、20%-35%m、35%-45%m、45%-60%、60%-70%、70%-90%及90%-100%处。6.如权利要求1所述的基于光纤光栅应变感测技术的PCCP应变测试方法，其特征在于：在所述钢筒内侧管芯混凝土内壁或钢筒外壁上布设光纤光栅应变计及光纤引线时，所述步骤S1包括：S11：在钢筒内侧管芯混凝土内壁或钢筒外壁上标示出需要布设光纤光栅应变计的测试点及对应的光纤引线线路；S12：将测试点及对应的光纤引线线路打磨光滑；S13：使用酒精将测试点及对应的光纤引线线路...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦铁生，夏世法，石维新，冯启，杨进新，穆鹏，郑艳侠，王东黎，李蓉，张奇，王京晶，吴洪旭，刘江宁，孙粤琳，胡赫，程冰清，李守辉，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，北京中水科海利工程技术有限公司，北京市水利规划设计研究院，北京市南水北调工程建设管理中心，北京韩建河山管业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11