利用光柵傳感器的公路橋梁施工監測

【摘要】土木工程界對監測結構行為和評估其相應的集成越來越感興趣。采用光纖布拉格光柵（光纖布拉格光柵）傳感器，研究了公路橋梁施工過程中水化過程和養護過程的現場特性。此外，橋梁的安全性和使用性能可以通過諸如收縮和徐變之類的材料特性來改變，這些特性與預應力應變和拆除支撐框架時的沉降相關。同時，還對預應力過程和移除支撐框架過程中每個步驟的時間表的響應和有效性進行了檢驗。顯然，光纖布拉格光柵傳感器是公路橋梁在建設和使用壽命期間功能集成和響應的智能傳感器候選。

【關鍵詞】光柵傳感器;橋梁;智能監測;健康評估;混凝土;數據處理;箱梁

1、引言

土木工程界對監測結構行為和評估其相應的集成越來越感興趣[1]。一般來說，橋梁必須定期檢查和評估，以確保安全和功能。目前使用的健康評估和損傷檢測方法是視覺檢查或局部無損評估（無損評價）技術[2]，如聲學、超聲學、沖擊回波、雷達、紅外、磁學、渦流和環境/強迫振動測試。然而，無損評價方法可能非常昂貴和不方便，因為公路橋梁結構在線監測需要現場實施，必須經常進行。因此，我們瞄準了在傳感技術方面的進展，即更容易安裝、使用和維護的長期監測系統。長期監測可增加對結構實時行為的了解，并協助規劃維修干預。挑戰在于開發能夠在現場進行結構健康在線評估的技術，從建造這些公路橋梁開始[3]。新橋的建造為安裝傳感器和數據處理提供了獨特的機會，這將有助于長期評估其使用狀況。眾所周知，監測橋梁的行為，特別是在結構的初始施工階段，是非常重要的。此外，除了橋梁本身的性能外，當移除支撐框架時，結構的安全性也受到關注;施工期間偶爾發生倒塌事故。早期預警系統，例如可靠和穩定的監測系統，提供了在災難發生之前對橋梁進行補救工作的時間。此外，長期監測可以提供關于惡化的性質和程度的全面信息，以便做出明智的管理決策。沒有明顯的外部振動的固結對于當今高性能混凝土尤其具有挑戰性，高性能混凝土具有低的水膠比材料。自密實混凝土可以壓實到模板的每個角落，完全由它自己的重量和不需要振動壓實[4]。自密實混凝土的優點有很多：它節省人力和時間，可以縮短施工周期;它具有一致的質量布置;它可以放置在不可接近或高度加固和擁擠的地區，并且它還具有長期耐久性[4]。

本文研究了自密實混凝土的水化過程和固化過程的原位特征，以便更好地了解自密實混凝土的性能和行為。此外，橋梁的安全性和使用性能可以通過諸如收縮和徐變之類的材料特性來改變，這些特性與預應力應變和拆除支撐框架時的沉降相關。在預應力過程和移除支撐框架期間，還檢查了進度表在每個步驟的響應和有效性。

2、自密實混凝土水化進展

混凝土結構的凝固硬化過程，尤其是混凝土早期的凝固硬化過程，被認為是混凝土結構使用壽命中最關鍵的階段。混凝土水化是一個復雜的物理化學放熱過程。水化變形的持續時間從幾天到幾周不等，這取決于混凝土構件的熱性能、添加劑、環境條件、固化和結構元件的幾何形狀。研究水化變形一般有兩種方法：數值模擬和監測。由于問題的復雜性，數值模擬非常復雜。因此，早期監測收集的數據代表了解真實結構行為的獨特技術。通常，這是通過無損評價方法進行的，例如利用埋入混凝土中的鋼板的超聲波反射，以測量施工期間鋼-混凝土界面處剪切波的反射損失[5]。反射損失與早期抗壓強度呈線性關系。然而，由于技術上的考慮，這種測量不能在夜間進行。由于我們需要連續實時監控，所以沒有使用這種方法。

一般來說，建議從澆注混凝土時就開始監測。用這種方法，可以測量整個變形歷史。這包括在混凝土仍然硬化時產生的早期變形。此外，由于該橋位于地震區，因此為了避免鋼筋與混凝土之間的粘結力受到干擾，在線施工監測非常重要。最初20小時后，混凝土開始收縮。從19小時至23小時連續產生收縮應變。在這段時間里可以看到一個類似噪音的信號。這種收縮是由兩種相反的變形綜合而成的：水泥水化引起的化學收縮和混凝土溫度升高引起的熱膨脹。蓋板的上部形狀在24至25小時左右被移除。綜上所述，基于水化硬化過程的結果，光纖布拉格光柵傳感器對水化過程的歷史響應良好。還可以在線監視上表單的相應刪除。一般來說，當在實驗室中用標準圓柱體/立方體試樣測試混凝土的強度時，它可能無法轉化為原位強度的精確測量。然而，原位水化可顯著影響原位強度;在此，光纖布拉格光柵傳感器提供了用于在線監測以及估計結構中混凝土的早期強度的手段。這些收集到的信息將在未來結合實驗室結果進一步分析。最終，這些數據允許估計原位和常規標準立方體或圓柱體強度之間的關系，從而能夠進行安全和有效的結構設計。

結論：

研究結果表明，光纖布拉格光柵（光纖布拉格光柵）傳感器作為一種健康監測系統，用于記錄橋梁施工過程中的水化效應、養護周期、預應力響應以及支撐架的拆除情況，具有優越性。在這座公路大橋的建設過程中，自密實混凝土似乎如預期的那樣成功地實施了。從常規電阻應變計收集的數據是不可靠的，而光纖布拉格光柵傳感器被清楚地顯示為在公路橋梁的建設和使用壽命期間功能集成和響應的智能傳感器候選者。

參考文獻：

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[4] Zhu W， Gibbs J C and Bartos P J M 2001 Uniformity of in situproperties of self-compacting concrete in full-scalestructural elements Cem. Concr. Compos. 2357–64.

[5]張啟偉.大型橋梁健康監測概念與監測系統設計[J].同濟大學學報：自然科學版，2001，29（1）：65-69.

作者簡介：

曾毅，中國江西國際經濟技術合作有限公司，江西南昌。