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只看楼主倒序阅读使用道具楼主发表于: 2012-09-17

光纤光栅传感技术在某跨海大桥的桩基检测中的应用（图片见相册）

桥梁桩基础的监测在桥梁安全监测中是非常重要的一部分，而其单桩承载力往往通过试桩的现场静载荷试验确定，桥梁试桩也就反映了桩基础设计的合理性、安全性和可靠性。因此，对桥梁试桩的安全监测是十分必要的。本次桥梁试桩以某超大型跨海大桥的试桩项目为背景，包括了三大桩型：钢管系、灌注系及钢管复合系。在该项目中同时应用了光纤光栅传感器及电阻应变片两种传感器进行检测，可以起到对比和互补的作用。本项目中共使用了近200支光纤光栅传感器，对三大桥梁试桩进行多点实时监测。

1钢管桩试桩项目应用

1.1 项目简介

该钢管桩作为超大型跨海大桥的试桩之一，如图下图所示，桩长83m，内径1.7m。该试桩的体积大，是普通桥桩无法比拟的，钢管桩的不同位置分布着不同的土层结构，由于土层差异需要大量的传感器分布在相应位置进行监测。

试桩项目中的钢管桩

    钢管桩试桩项目通过安装传统的电阻应变片及光纤光栅传感器来作为两种检测方法，并对光纤光栅传感技术在钢管桩试桩中能够有效监测进行验证。

1.2 FBG应变传感器的应用

   试验的钢管桩的应变分布受土层分布影响, 因此在每个土层都布设电阻应变片和光纤光栅传感器。由于该试验桩为特大跨海大桥的试桩，所以相对于普通的试桩长很多。为满足工程要求，利用光纤光栅波分、空分复用技术将中心波长每隔2nm的8支光纤光栅传感器串接在同一根光缆上，并且在钢管桩对称两侧分别安装上下两串光纤光栅传感器，从而可以对钢管桩不同位置的应变情况进行实时监测。表1为钢管桩轴向应变测点和土层分布表。

表1 钢管桩轴向土层及应变测点分布表

土层分界面标高（m）	土层	传感器布点	FBG波长编码
(No.1)光纤光栅传感器串
-5.71	淤泥	_K'Y`w'] 1	1544nm
-11.91	淤泥质粘土	upZc~k!1\ 2	1542nm
-17.81	淤泥质粘土	D8PC;@m 3	1540nm
-23.81	淤泥质粘土夹砂	Bj><0 cNF 4	1538nm
-30.81	淤泥质粘土夹砂	O\Z!7UQ$ 5	1536nm
-37.31	细砂	4!xRA'' 6	1534nm
-42.51	淤泥质粘土	\dE{[^.5 7	1532nm
(No.2)光纤光栅传感器串
-45.81	粉砂	n<> ^cD 8	1530nm
-49.91	粉砂	Fn4yx~0 9	1544nm
-53.91	砂夹粉质粘土	T3"'`Sd9; 10	1542nm
-57.31	中砂	45<gO1 11	1540nm
-61.91	中砂	P0OMu/ 12	1538nm
-67.81	圆砾	t98S[Z(-%+ 13	1536nm
-72.51	粉砂	p W5D!z 14	1534nm
-75.51	全风化花岗岩	?Ov~\[) F 15	1532nm
-80.00		"zTy_0[; 16	1530nm

测试效果图之一：

[attachment=245378]

2钻孔灌注桩试桩项目应用

2.1 项目简介

钻孔灌注桩指先在地基钻孔，然后在孔内放置钢筋笼，最后灌注混凝土，这样形成的桩叫钻孔灌注桩。该钻孔灌注桩作为特大型跨海大桥的桥梁试桩之一，如下图所示的钢筋笼长42m，内径1.5m。该试桩的体积大，孔内涉及了大量的土层，不同位置土层结构差异也需要大量的传感器分布在不同位置进行监测，才能够获得充足的数据。该钻孔灌注桩试桩项目通过安装电阻应变片和光纤光栅传感器作为两种检测方法，并对光纤光栅传感技术在钻孔灌注桩试桩中能够有效监测进行验证。

[attachment=245379]

传感器在钢筋笼上的安装图

2.2 FBG钢筋计的应用

钻孔灌注桩的应力应变分布受土层分布影响, 因此在每个土层都布设传感器。因施工实际要求钢筋笼分成三段，每段钢筋笼上布置两串光纤光栅传感器，对称分布其两侧，如图下图所示的传感器在钢筋笼上的安装示意图。每串光纤光栅传感器是由中心波长有一定间隔的光纤光栅钢筋计串联而成，结合波分、空分复用技术，作为准分布式监测系统在荷载试验时对钻孔灌注桩不同位置的应变进行多点实时监测。由于该钻孔灌注桩桩体基本都在海底以下，而海底的温差变化比较小，所以可以忽略温度对光纤光栅传感器的影响，只考虑桩体的应变变化。表2为钻孔灌注桩轴向应变测点和土层分布情况，由于总体传感器数量比较多，表中只列出了一部分要进行对比的传感器。

[attachment=245380]

图5.8 FBG传感网络布置示意图

表2 钻孔灌注桩轴向土层及应变测点分布表

土层分界面标高（m）	土层主要类型	FBG编号	电阻应变片
-18.12	粉质粘土	1-1532nm	C 2
-23.22	粉质粘土	2-1536nm	C 3
-24.12	粘土	3-1544nm	C 4
-25.82	粘土混砂	4-1548nm	C 5
-29.02	粉质粘土	5-1552nm	C 6
-29.52	粗砂	6-1556nm
-32.82	残积土	7-1552nm	C 7
-33.80		8-1548nm	C8

3钢管复合桩试桩项目应用

3.1 项目简介

钢管复合桩是钢管系与灌注系的复合体，即在钢管桩打入地基之后，在其内放置钢筋笼、灌注混凝土。该钢管复合桩桩作为超大型跨海大桥的试桩之一，外部钢管桩长64米，外径2.2m, 内部灌注桩长42m，内径1.5m，主筋直径32mm。其单桩承载力通过试桩的现场静载荷试验确定，决定了钢管复合桩基础设计的合理性。该试桩的体积大，其复合了钢管系与灌注系两大桩系，不同位置土层结构差异需要大量的传感器分布在不同位置进行监测，才能够获得充足的数据。
该钢管复合桩试桩项目通过安装传统的电阻应变片及光纤光栅传感器作为两种检测方法，并对光纤光栅传感技术在钢管复合桩试桩中能够有效结构监测进行验证。
3.2 FBG传感网络的应用
钢管复合桩结合了钢管系与灌注系两大桩型，所以要对其不同结构类型采用不同的光纤光栅传感器。复合桩的钢管桩部分采用裸光纤光栅粘贴，灌注桩部分采用光纤光栅钢筋计安装于钢筋笼中，具体布置工艺及安装技术已在前两节详述。以下研究以在相同土层的传感器进行对比分析，A1~A4和B1~B4分别为钢管桩部分和灌注桩部分的光纤光栅传感器；C1~C4和D1~D4分别为钢管桩部分和灌注桩部分的电阻应变片。下表为钢管复合桩轴向应变测点及土层分布表。

钢管复合桩轴向土层及应变测点分布表

土层分界面标高（m）	土层性质	钢管桩FBG	灌注桩FBG
-56.99	粗砂	A1-1558nm	B1-1533nm
-58.19	砾砂	A2-1554nm	B2-1538nm
-60.59	强风化花岗岩	A3-1550nm	B3-1540nm
-62.3		A4-1532nm	B4-1554nm

小结

本章研究了光纤光栅传感器在特大型跨海大桥试桩项目中的工程应用技术。成功地将近两百支光纤光栅传感器应用于钢管系、灌注系和复合系三大桥梁桩系的结构监测研究，并通过与常规电类传感器——电阻应变片的检测结果进行对比分析研究。证实了光纤光栅传感器不但具有与电阻应变片一致的应变响应，还可结合波分复用技术实现对桥梁试桩应变的准分布式监测，具有电阻应变片无可比拟的优越性，是一种有效的结构健康监测技术。
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