一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方法技术

本发明专利技术涉及一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方法，属于标定试验技术领域，本方案其中一个有益效果在于，确定OTDR光纤微应变与隧道结构应变数据转换关系式采用的室内混凝土直梁加载，更符合隧道过程实际的结构应变测试情况。为了同时得到多组光纤和应变片监测对比数据，在直梁上下表面均布置有弯曲三排光纤和多个应变片。相较于现有的试验设备而言，本方案试件采用钢筋混凝土直梁，经济性好，实验设备采用直梁纯弯实验设备加载，加载简单，可以多级控制荷载，得到多组数据。转换关系采用多种函数，并对比分析，采用一次、二次、三次.....多次多项式、指数函数、幂函数、log函数等进行拟合，根据Pearson相关系数确定最优的拟合转换关系式。确定最优的拟合转换关系式。确定最优的拟合转换关系式。

【技术实现步骤摘要】
一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方法


[0001]本专利技术属于分布式光纤标定试验
，具体涉及一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方法。

技术介绍

[0002]分布式光纤传感器相对于传统电阻式应变传感器具有体积小、质量轻、抗电磁干扰强、柔韧性好、易于串并联组网、传感距离大、稳定性好和耐久性强等优势，随着隧道工程智能建造与结构健康监测的大力推广，分布式光纤传感器在隧道工程建设和运维养中具有广泛的应用市场。
[0003]但是，如何将分布式光纤传感器解析数据转化为隧道工程结构应变数据，是亟需解决的科学技术难题。目前已有的标定方法，由于标定过程繁杂、标定结果误差较大等问题，很难在隧道工程结构监测中推广应用。此外，现阶段光纤微应变与隧道结构应变数据转换试验存在较大局限，试验过程中发现结果精度较低，与实际情况的数据偏移较大。并且，试验设施条件要求较高，获得的试验数据少，对试验统计分析带来较大麻烦。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方法，用于解决上述现有技术中存在的技术问题。目前，分布式光纤在应用于隧道实际工程监测中，发现其测得的光纤应变与常规振弦式应变计测得的隧道结构应变存在较大的差异。现阶段光纤应变与构筑物结构应变标定试验的相关研究中，发现试验结果精度较低，与实际情况的数据偏移较大。并且，试验设施条件要求较高，所需要的试验费用高，对试验带来较大麻烦。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方法，包括以下步骤：
[0007]S1、浇筑用于模拟隧道结构的混凝土直梁，所述混凝土直梁的尺寸及配筋与所述隧道结构的尺寸及配筋做适应性匹配；
[0008]S2、在所述混凝土直梁上布置有分布式光纤和常规电阻应变片；
[0009]S3、在步骤S2的基础上，将所述混凝土直梁布置在试验加载设备上；
[0010]S4、在步骤S3的基础上，根据所述混凝土直梁正常使用时极限状态的相应属性，在所述混凝土直梁的弹性范围内进行多次加载；
[0011]S5、通过所述试验设备获取的试验数据，进行所述混凝土直梁的应变数据分析，从而转换为隧道结构应变数据。
[0012]S6、增加无荷载实验组，合理选取实验数据，考虑时间带来的影响，去除原有光纤存在的自身应变累计因素。
[0013]试验过程通过数据显示监控分析装置、第一输出信号检测装置、第一输入信号检
测装置、第二输出信号检测装置、第二输入信号检测装置之间的配合，可自动对试验设备的电路故障进行快速定位，便于相关试验人员快速调试反应。
[0014]进一步的，步骤S1中，所述混凝土直梁的数量为3根，可增加数据的量，同时，降低单根直梁的不确定误差，提高标定结果精度；
[0015]所述混凝土直梁尺寸为2400*400*350mm，符合混凝土直梁纯弯实验加载相关规范要求。
[0016]进一步的，步骤S2具体如下：
[0017]在所述混凝土直梁上、下表面均布置有分布式光纤和应变片；
[0018]所述每个面上分布式光纤呈“S”型布置成3行，每行所述光纤对应位置布置5个所述应变片，在所述混凝土直梁上、下表面总计30个应变片数据，此方式可大大增加试验加载的数据量；其中，所述混凝土直梁上表面对应的压应变，所述混凝土直梁下表面对应的拉应变。
[0019]所述分布式光纤在混凝土结构的埋设方式采用的开槽封堵方法，即首先在直梁表面上切割出“S”型的槽沟，槽沟的尺寸为光纤直径的120％，然后采用水泥砂浆进行封槽填充，更好的模拟隧道过程现场的喷射混凝土情况。
[0020]进一步的，步骤S4中加载具体如下：
[0021]通过预加载得到混凝土直梁正常使用时极限状态时的荷载，采用该荷载的60％作为试验加载上限，所述混凝土直梁纯弯的两个加载点各加载到荷载上限的一半；并且，分成20
‑
25次加载，此方式可大大增加试验加载的数据量。
[0022]进一步的，步骤S4中加载终止条件之一如下：
[0023](1)受拉钢筋达到极限拉应变；
[0024](2)受拉侧最大裂缝宽度达到或超过0.2mm；
[0025](3)竖向荷载无法继续增大。
[0026]进一步的，步骤S5中试验数据包括：试验加载次数及其对应的竖向荷载大小、电阻应变片应变、分布式光纤应变。
[0027]进一步的，所述试验设备包括分布式光纤解调仪、电阻应变箱和数据显示及存储设备；
[0028]进一步的，步骤S5中试验数据分析方法包括：
①
绘制混凝土应变片应变
‑
时间曲线和绘制混凝土光纤应变
‑
时间曲线，进而确定两者宏观相关性；
②
提取同一时刻的光纤应变和电阻应变，然后进行数据拟合确定转换关系式。
③
转换关系采用多种函数，采用一次、二次、三次.....多次多项式、指数函数、幂函数、log函数等进行拟合，根据Pearson相关系数对比分析，确定最优的拟合转换关系式。
[0029]进一步的，步骤S6中无荷载实验组包括：
①
在混凝土直梁上不采用千斤顶施加荷载，然后测试30分钟的分布式光纤应变数据，在转换关系增加光纤自身应变累计量
△
ε(t)，去除原有光纤存在的自身应变累计因素；
②
增加实验组，其加载过程中静载时间保持较长阶段(10
‑
30分钟)的方式，合理选取加载段的实验数据，过滤时间带来的影响。
[0030]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：
[0031]本方案其中一个有益效果在于，确定OTDR光纤微应变与隧道结构应变数据转换关系式采用的室内混凝土直梁加载，更符合隧道过程实际的结构应变测试情况。
[0032]相较于现有的标定方法而言，本方案试件采用400*2400(mm)钢筋混凝土直梁，经济性好(500一根，价格为钢材的％)，实验设备采用直梁纯弯实验设备加载，加载简单，可以多级控制荷载，得到多组数据。
[0033]本方法还增加无荷载实验组，去除原有光纤存在的自身应变累计因素，过滤时间带来的影响。
附图说明
[0034]图1为本专利技术中一个具体实施方式的步骤流程示意图。
[0035]图2为本专利技术中一个具体实施方式的监测点布置示意图。
[0036]图3为本专利技术中一个具体实施方式的试验加载设备示意图。
[0037]其中，1—千斤顶；2—橡胶垫；3—竖向立架；4—工字梁；5—垫片；6—管片；7—龙门架。
[0038]图4为本专利技术中一个具体实施方式的试验加载示意图。
具体实施方式
[0039]下面结合本专利技术的附图1
‑
附图4，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、浇筑用于模拟隧道结构的混凝土直梁，所述混凝土直梁的尺寸及配筋与所述隧道结构的尺寸及配筋做适应性匹配；S2、在所述混凝土直梁表面上开槽布置光纤和应变片；S3、在步骤S2的基础上，将所述混凝土直梁布置在三等分点加载纯弯试验设备上；S4、在步骤S3的基础上，根据所述混凝土直梁正常使用时极限状态的相应属性，在所述混凝土直梁的弹性范围内进行多次加载；S5、通过所述试验设备获取的试验数据，进行所述混凝土直梁的应变数据统计与拟合分析，获取光纤应变到结构应变的转换关系式，从而将隧道工程实测光纤采集的数据直接转换为隧道结构应变数据。S6、增加无荷载实验组，合理选取实验数据，考虑时间带来的影响，去除原有光纤存在的自身应变累计因素。试验过程通过数据显示监控分析装置、第一输出信号检测装置、第一输入信号检测装置、第二输出信号检测装置、第二输入信号检测装置之间的配合，可自动对试验设备的电路故障进行快速定位，便于相关试验人员快速调试反应。2.如权利要求1所述的一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方法，其特征在于，步骤S1中，所述混凝土直梁为3根；所述混凝土直梁尺寸为2400*400*350mm，符合混凝土直梁纯弯实验加载相关规范要求。3.如权利要求1所述的一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方法，其特征在于，步骤S2具体如下：在所述混凝土直梁上下表面均开槽布置有光纤和应变片；所述每个面上分布式光纤呈“S”型布置成3行，每行所述光纤对应位置布置5个所述应变片，在所述混凝土直梁上、下表面总计30个应变片数据；其中，所述混凝土直梁上表面对应的压应变，所述混凝土直梁下表面对应的拉应变。所述分布式光纤在混凝土结构的埋设方式采用的开槽封堵方法，即首先在直梁表面上切割出“S”型的槽沟，槽沟的尺寸为光纤直径的120％，然后采用水泥砂浆进行封槽填充。4.如权利要求1所述的一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方法，其特征在于，步骤S4中加载具体如下：通过预加载得到混凝土直梁正常使用时极限状态时的荷载，采用该荷载的60％作为试验加载上限，所述混凝土直梁纯弯的两个加载点各加载到荷载上限的一半；并且，分成20
‑
25次加载。5.如权利要求1所述的一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方法，其特征在于，步骤S4中加载终止条件之一如下：(1)受拉钢筋达到极限拉应变；(2)受拉侧最大裂缝宽度达到或超过0.2mm；(3)竖向荷载无法继续增大。6.如权利要求1所述的一种用于隧道工程监测的分布式光纤结构应变标定的试验方
法，其特征在于，步骤S5中试验数据包括：试验加载次数及其对应的竖向荷...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐家斌，文凌云，胡盛，周飞聪，范文昊，谢盛昊，王志杰，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：