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智能结构的初级阶段——健康自监测结构

1 光纤智能结构

对于钢筋混凝土梁应变的监测普遍采用电阻应变片，将之布置在梁侧面及内部受力钢筋上，该方法的缺点是应变片成活率低工艺复杂耐久性差抗干扰性差，此外，对于埋入的电阻应变片，由于不能实现准分布,测点的增加会导致大量的导线存在于结构内部从而改变基体材料性能。该监测手段已不适于长期实时在线的结构健康监测要求。

光纤Bragg光栅是近些年来出现的一种新型传感元件，自从1978年含锗光纤光敏性被发现以及1987年紫外写入技术发明以来，光纤光栅受到了世界各国研究机构的广泛重视，通讯方面的应用极大地推动了光纤光栅技术的成熟。作为传感用的光纤光栅最初是应用于航空航天等军事领域。它能测量很多物理量，如应变 应力 温度 振动 压力等1992年,Rutger大学的Prohaska等人首次将光纤光栅埋入到混凝土结构中测量应变，将之应用于土木工程中。

同传统的传感器相比较,光纤Bragg光栅有许多显著的特点，如寿命长 抗电磁干扰 便于构成准分布光纤传感网络，体积小，重量轻，结构简单，埋入后对基体材料性能影响小，等等。将之应用于土木工程结构中是非常理想的。近10年来，人们在这方面做了大量的研究工作,取得了一些令人满意的成果。光纤Bragg光栅已经成为替代传统应变计的传感器首选。


光纤智能结构的应用实例——黑龙江呼兰河大桥的光纤光栅智能监测技术

四川省峨边大渡河大桥健康监测

一、工程概况与背景

四川省峨边大渡河大桥建于1995年，上部为主跨138m下承式无推力钢管混凝土系杆拱桥，矢跨比1/5，拱轴系数1.352。拱肋为4根φ500×8mm钢管混凝土桁架，拱脚作混凝土包裹强化处理。吊杆采用12φ15.24mm的平行高强度低松弛钢绞线，外用钢管防护，钢管内灌水泥砂浆。系杆采用31φ15.24mm的高强度钢绞线，且设于桥面下。吊杆横梁为普通钢筋混凝土梁，桥面板采用4.8m槽型板。引桥为10m跨径的钢筋砼连续梁横置式桥面板。

因受到上游附近黄磷厂的影响，大桥构件锈蚀严重。2004年10月至2005年10月期间对大桥进行维修加固，更换系杆、不换吊杆，新系杆采用OVMXG15-31可换索式环氧喷涂钢绞线系杆。设计要求对吊杆和系杆在服役期间进行健康监测。该桥的实桥图如图1所示。



二、项目简介

斜拉桥的拉索、系杆拱桥的吊杆（系杆）和悬索桥的缆索是缆索支承桥梁的核心构件，素有“生命线”之称。由于恶劣的使用环境、动荷载作用以及材料腐蚀老化等不利因素的影响，拉索难免出现不同程度的损伤和劣化。实际工程中，拉索的断损和换索事例，国内外时有报道。因此，如何实现在役拉索工作状态的长期监测，确保其使用期内的安全，是一项十分重要且具有广阔应用前景的工作。传统的传感器都存在某方面缺陷，不适合拉索的长期健康监测。光纤光栅传感技术以其自身的性能优点基本能满足拉索安全监测的技术要求。所以，开展 “基于光纤光栅系杆拱桥吊杆（系杆）的智能健康监测”科研课题具有重要的实际意义。项目内容包括：高性能光纤光栅应变与温度传感器研制；光纤光栅在吊杆（系杆）中的布设工艺与走线方法；光纤光栅智能吊杆（系杆）的索厂标定；智能吊杆（系杆）施工操作规程；光纤光栅智能吊杆（系杆）监测系统开发；吊杆（系杆）安全评定方法；吊杆损伤引起的整桥安全评定方法；吊杆剩余疲劳寿命估计。课题组成功地研究出智能吊杆（系杆）制作和施工操作方法，采用先进的光纤光栅传感技术、数据采集技术和现代数据管理技术开发了吊杆（系杆）智能监测系统，包括吊杆（系杆）监测的数据采集、处理和吊杆（系杆）安全评定。

二、工程应用

课题组在课题示范工程峨边大渡河大桥吊杆（系杆）智能健康监测的项目中，在该桥50根吊杆中的15根关键吊杆内共布设了40个光纤光栅传感器，其中应变测量传感器30个，温度测量传感器10个。在其8根系杆中的4根系杆内放置了16根自主开发的FBG-FRP筋传感器，其中12根为应变传感筋，4根为温度传感筋，每根应变传感筋中有两个光纤光栅传感器，每根温度传感筋中含一个光纤光栅传感器。该项目成功地实现了采用光纤光栅传感技术对系杆拱桥的吊杆（系杆）进行施工和运营状态监测，是国内外首次将光纤光栅传感器放入拱桥系杆中，监测其施工和运营状态。



二、主要结论

本项目研制开发了满足桥梁拉索监测的高性能光纤光栅应变与温度传感器，并研究了其布设工艺；成功地研制出满足工程应用的光纤光栅智能桥梁拉索；开发了基于光纤光栅传感器的桥梁拉索施工和运营监测系统；将光纤光栅应变传感器应用于峨边大渡河大桥的系杆张拉施工监控中，并根据监测到的数据指导施工实践。该项目的应用研究成果达到国际先进水平，并取得了显著的社会和经济效益，具有重要的推广应用价值。

多谢楼主提供宝贵资料，目前这方面的资料不多，呵呵！！！