機敏網傳感器及其在橋梁裂縫監測中的應用

摘要： 機敏網裂縫監測傳感技術模擬人類神經系統的感知機理，可對混凝土結構表面裂縫進行有效監測。針對斜拉橋索塔結構不同寬度裂縫的監測需要，基于機敏網傳感器，提出了一種對初始裂縫發生發展及寬度監測的方法。大量實驗證明改進后的機敏網傳感器能夠監測到混凝土結構表面不同開裂程度的裂縫及其擴展情況，根據不同型號漆包線的斷裂對初始裂縫寬度進行判斷。應用改進后的機敏網傳感器，在橋梁索塔監測中及時發現了裂縫的發生發展情況和開裂程度，保障了橋梁安全。

關鍵詞： 裂縫監測； 機敏網傳感器； 裂縫寬度監測； 橋梁索塔

中圖分類號： TN919?34； TP212.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）06?0145?05

0 引 言

由于橋梁在設計、建設和養護過程中的失誤，工程材料的自然缺陷，加之外界自然環境變化，日益增加的交通量等因素，隨著服役時間的增長，橋梁結構的損傷逐漸暴露。結構表面裂縫的出現直觀地反映了橋梁結構的損傷程度，如不及時控制裂縫的發生和發展，將直接威脅到橋梁的使用安全。運用現代傳感技術，人們針對橋梁結構局部裂縫監測提出了一些可行的方法[1?4]。被廣泛采用的點監測方法，即在橋梁結構上的一些理論預測關鍵點位置布設如應變、加速度等傳感器進行監測，根據傳感信號判斷全橋或局部健康狀態。如果預測關鍵點比較準確，點監測方法是一種可行的方法。但在實際橋梁結構中，由于材料的非均勻性及計算誤差等原因，裂縫不一定出現在理論預測的關鍵點。根據Soh等人的研究[5]，對于尺度較大的橋梁結構，裂縫即使出現在距離監測點較近的位置，只要不在監測點有效范圍以內，監測點的測量數據一般無明顯變化，或根據測得的變化數據不足以分析出結構損傷狀況。

近年來，以光纖傳感器為主的分布式監測方法進行結構裂縫和損傷監測得到較廣泛的應用[6?8]。此方法采用光時域反射技術（OTDR）或光頻域反射技術（OFDR）采集布設在多點的傳感器信號，對結構物進行大范圍的、連續、分布式監測。如Beatriz等人利用分布式光纖傳感器監測鋼筋混凝土結構應變，從而間接測量引起結構開裂的變形情況[9]；Yang等人利用分布式HCFRP傳感器監測預應力混凝土箱梁在破壞性實驗過程中的應力分布和裂縫發生發展狀況[10]。這種監測方式抗電磁干擾性能較好，監測精度較高，但一般需要將傳感器預埋在結構物內部，實施工藝復雜，后期維護困難。

1 機敏網傳感器

1.1 設計思想

1.3 構造設計

2 裂縫寬度監測研究

2.1 實驗研究

3 工程應用

3.1 工程概況

3.2 傳感器安裝

3.3 監測機制

4 應用效果

5 結 語

對橋梁進行結構健康監測意義重大，這是一個融合了多學科的研究領域，傳感技術在其中發揮了重要作用。針對斜拉橋索塔的裂縫監測需要，在機敏網傳感技術的基礎上，提出了一種監測混凝土結構表面裂縫寬度的方法。通過大量實驗研究，掌握了漆包線斷裂與裂縫寬度的對應關系，根據獲取的大量裂縫寬度監測數據統計出不同線徑的漆包線能夠監測到的不同寬度的裂縫。這一研究豐富了機敏網傳感器的功能。在工程應用中，實現了對橋梁索塔裂縫發生發展及裂縫開裂程度（寬度）的長期遠程在線監測，保障了橋梁結構安全。

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