基于FBG系统的斜PHC方桩轴向-弯曲变形的联合监测方法技术方案

本发明专利技术一种基于FBG系统的斜PHC方桩轴向‑弯曲变形的联合监测方法，包括S1、根据斜PHC方桩安装时的倾斜方向分析斜PHC方桩的受力特点，并确定斜PHC方桩受到水平载荷和竖向载荷的方向；S2、根据步骤S1中获得的斜PHC方桩的受力特点确定监测点的位置和数量，监测点沿PHC方桩轴向布置；S3、在斜PHC方桩受到水平载荷的两个相对侧面上监测点对应的位置，以斜PHC方桩的轴线为对称轴对称设置两个FBG传感器；在斜PHC方桩剩余两个侧面的任意一个侧面上监测点对应的位置设置一个FBG传感器，同一监测点处横截面上的三个FBG传感器的几何中心共面。该方法能够实现同一监测点处的轴向变形和弯曲变形的联合监测。

【技术实现步骤摘要】
基于FBG系统的斜PHC方桩轴向-弯曲变形的联合监测方法
本专利技术涉及土木工程
，具体涉及一种基于FBG系统的斜PHC方桩轴向-弯曲变形的联合监测方法。
技术介绍
斜PHC方桩被广泛应用于港口、码头、桥梁等工程中，在使用过程中容易受到由于地震、冲击、撞击等引起的水平载荷以及由于自重产生的竖向载荷，因此研究斜PHC方桩的弯曲和轴向变形对于桩基监测具有重要意义。FBG光纤光栅传感系统(简称FBG系统)由于具有防潮、耐腐蚀、灵敏度高、检测信号稳定等优点，被广泛应用于桩基检测中。FBG系统主要包括数据解调仪和串联式的多个FBG传感器，FBG传感器用于采集监测点处反射光的波长，并将采集的数据传输至数据解调仪；数据解调仪根据采集的数据计算得到监测点处的应变。申请号为201210476519.8的文献公开了一种PHC管桩试桩应力、应变检测的方法，该方法只在PHC管桩的一个侧面上布置FBG传感器，只能检测PHC管桩的轴向变形，而不能检测弯曲变形，因此并不能全面检测PHC管桩的变形状态。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于FBG系统的斜PHC方桩轴向-弯曲变形的联合监测方法。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：一种基于FBG系统的斜PHC方桩轴向-弯曲变形的联合监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、根据斜PHC方桩安装时的倾斜方向分析斜PHC方桩的受力特点，并确定斜PHC方桩受到水平载荷和竖向载荷的方向；r>S2、根据步骤S1中获得的斜PHC方桩的受力特点确定监测点的位置和数量，监测点沿PHC方桩轴向布置；S3、在斜PHC方桩受到水平载荷的两个相对侧面上监测点对应的位置，以斜PHC方桩的轴线为对称轴对称设置两个FBG传感器；在斜PHC方桩剩余两个侧面的任意一个侧面上监测点对应的位置设置一个FBG传感器，同一监测点横截面上的三个FBG传感器的几何中心共面，FBG传感器采集FBG传感器所在位置的反射光波长，并将采集的数据传输至FBG系统的数据解调仪；数据解调仪根据公式(1)和(2)计算得到斜PHC方桩在FBG传感器所在位置的应变ε；Δλ＝λ1-λ0(1)式中，Δλ表示反应光的波长偏移量；λ0表示斜PHC方桩未受到载荷时，FBG传感器所在位置的反射光的初始波长；λ1表示斜PHC方桩受到载荷后，FBG传感器所在位置的反射光的波长；ξ表示FBG传感器的反应光栅的光学参数；设定在同一监测点处斜PHC方桩受到水平载荷的两个侧面的应变分别为εa和εb，并根据公式(3)计算得到斜PHC方桩在该监测点处的弯曲应变Δε，即斜PHC方桩在此监测点处的弯曲变形；斜PHC方桩剩余两个侧面的任意一个侧面上的FBG传感器所在位置的应变即为斜PHC方桩在相应监测点处的轴向变形。所述步骤S3中布置FBG传感器的具体步骤为：S31、切槽：在斜PHC方桩需要布置FBG传感器的侧面进行测量放线并切槽，切槽的几何中心位于相应侧面的中线上；S32、清理：清理切槽内的杂物，然后在槽底涂覆一层环氧树脂层并静置24小时；待环氧树脂层完全固化后，用砂纸对环氧树脂层进行打磨，使其产生粗糙表面；S33、连线：在打磨好的切槽内再次进行测量放线，确定FBG传感器的布设位置；然后用速干胶将FBG传感器固定在相应位置上，同时将FBG传感器的连接线沿斜PHC方桩侧面的中线位置进行同步铺设，并用速干胶将其固定在切槽内；S34、封装：待FBG传感器及连接线均固定完毕后，从切槽的边缘处向切槽内注入环氧树脂，完成FBG传感器的封装；S35、打磨：待注入切槽内的环氧树脂完全固化后，对切槽处已经固结的环氧树脂进行打磨，使其外层形成粗糙接触面，完成FBG传感器的布置。所述切槽深度为6mm，宽度为30mm；环氧树脂层的厚度为1mm；注入环氧树脂的高度大于切槽深度1-2mm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.由于斜PHC方桩的桩径较大，测量单一侧面的应变并不能反映斜PHC方桩整个桩身的真实弯曲变形情况，因此本专利技术在斜PHC方桩监测点处的三个侧面上分别设有一个FBG传感器，其中两个FBG传感器分别位于斜PHC方桩受到水平载荷的两个相对侧面上，通过求取斜PHC方桩两侧应变的平均值得出斜PHC方桩的弯曲变形，测量结果更加精确；另一个FBG传感器用于监测轴向变形，实现同一监测点处的轴向变形和弯曲变形的联合监测，使得监测更为全面，并提高了监测的效率，为实际工程中的斜桩桩身变形监测提供了更为安全可靠的监测方法。2.本专利技术的切槽的槽底涂覆一层环氧树脂层，并对环氧树脂层进行打磨，使其产生粗糙表面，使得FBG传感器粘结更稳固；在FBG传感器封装完毕后，利用角磨机对切槽处已经固结的环氧树脂进行打磨，使其外层形成粗糙接触面，增大与土层的摩擦力，提高斜PHC方桩承载竖向载荷的能力，尽可能减小由于布置FBG传感器对斜PHC方桩承载力的影响。附图说明图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术的斜PHC方桩的受力原理图。具体实施方式下面结合具体附图对本专利技术作下一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本专利技术的技术方案，不限制申请的保护范围。本专利技术提供一种基于FBG系统的斜PHC方桩轴向-弯曲变形的联合监测方法(简称方法，参见图1)，具体包括以下步骤：S1、根据斜PHC方桩安装时的倾斜方向分析斜PHC方桩的受力特点，并确定斜PHC方桩受到水平载荷和竖向载荷的方向；S2、根据步骤S1中获得的斜PHC方桩的受力特点确定监测点的位置和数量，监测点沿PHC方桩轴向布置；S3、在斜PHC方桩受到水平载荷的两个相对侧面上监测点对应的位置，以斜PHC方桩的轴线为对称轴对称设置两个FBG传感器，用于监测弯曲变形；在斜PHC方桩剩余两个侧面的任意一个侧面上监测点对应的位置设置一个FBG传感器，用于监测轴向变形；同一监测点处横截面上的三个FBG传感器的几何中心共面，实现同一监测点处轴向变形与弯曲变形的联合监测；FBG传感器用于采集FBG传感器所在位置的反射光波长，并将采集的数据传输至FBG系统的数据解调仪；数据解调仪根据公式(1)和(2)计算得到斜PHC方桩在FBG传感器所在位置的应变ε；Δλ＝λ1-λ0(1)式中，Δλ表示反应光的波长偏移量；λ0表示斜PHC方桩未受到载荷时，FBG传感器所在位置的反射光的初始波长；λ1表示斜PHC方桩受到载荷后，FBG传感器所在位置的反射光的波长；ξ表示FBG传感器的反应光栅的光学参数，其具体取值在FBG传感器出厂时实际标定后给出；设定在同一监测点处斜PHC方桩受到水平载荷的两个侧面的应变分别为εa和εb，根据公式(3)计算得到斜PHC方桩在该监测点处的弯曲应变Δε，即斜PHC方桩在此监测点处的弯曲变形；斜PHC方桩剩余两个侧面的任意一个侧面上的FBG传感器所在位置的应变即为斜PH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FBG系统的斜PHC方桩轴向-弯曲变形的联合监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/nS1、根据斜PHC方桩安装时的倾斜方向分析斜PHC方桩的受力特点，并确定斜PHC方桩受到水平载荷和竖向载荷的方向；/nS2、根据步骤S1中获得的斜PHC方桩的受力特点确定监测点的位置和数量，监测点沿PHC方桩轴向布置；/nS3、在斜PHC方桩受到水平载荷的两个相对侧面上监测点对应的位置，以斜PHC方桩的轴线为对称轴对称设置两个FBG传感器；在斜PHC方桩剩余两个侧面的任意一个侧面上监测点对应的位置设置一个FBG传感器，同一监测点横截面上的三个FBG传感器的几何中心共面，FBG传感器采集FBG传感器所在位置的反射光波长，并将采集的数据传输至FBG系统的数据解调仪；数据解调仪根据公式(1)和(2)计算得到斜PHC方桩在FBG传感器所在位置的应变ε；/nΔλ＝λ

【技术特征摘要】
1.一种基于FBG系统的斜PHC方桩轴向-弯曲变形的联合监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、根据斜PHC方桩安装时的倾斜方向分析斜PHC方桩的受力特点，并确定斜PHC方桩受到水平载荷和竖向载荷的方向；
S2、根据步骤S1中获得的斜PHC方桩的受力特点确定监测点的位置和数量，监测点沿PHC方桩轴向布置；
S3、在斜PHC方桩受到水平载荷的两个相对侧面上监测点对应的位置，以斜PHC方桩的轴线为对称轴对称设置两个FBG传感器；在斜PHC方桩剩余两个侧面的任意一个侧面上监测点对应的位置设置一个FBG传感器，同一监测点横截面上的三个FBG传感器的几何中心共面，FBG传感器采集FBG传感器所在位置的反射光波长，并将采集的数据传输至FBG系统的数据解调仪；数据解调仪根据公式(1)和(2)计算得到斜PHC方桩在FBG传感器所在位置的应变ε；
Δλ＝λ1-λ0(1)



式中，Δλ表示反应光的波长偏移量；λ0表示斜PHC方桩未受到载荷时，FBG传感器所在位置的反射光的初始波长；λ1表示斜PHC方桩受到载荷后，FBG传感器所在位置的反射光的波长；ξ表示FBG传感器的反应光栅的光学参数；
设定在同一监测点处斜PHC方桩受到水平载荷的两个侧面的应变分别为εa和εb，并根据公式(3)计算得到斜PHC方桩在该监测点处的弯曲应变Δε，即斜PHC方桩在此监测点处的弯曲变形；

【专利技术属性】
技术研发人员：李雨润，张健，梁艳，戎贤，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12