基于光纖傳感技術的橋梁檢測探討

王劍波

摘 ?要：在橋梁工程結構復雜度與質量要求不斷增加的今天，為了確保橋梁工程的質量，必須要采取有效的檢測方法與技術對其質量進行仔細校核。文章以光纖傳感技術為研究對象，重點對其在橋梁檢測中的應用進行了深入探討，希望為后續橋梁工程質檢的相關研究提供一些幫助。

關鍵詞：橋梁工程;質量檢測;光纖傳感技術

中圖分類號：U446 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）31-0154-02

Abstract： Today， with the increase in complexity and quality requirements for bridge engineering structure， in order to ensure the quality of bridge engineering， effective testing methods and techniques must be adopted to carefully check its quality. This paper takes the optical fiber sensing technology as the research object， and focuses on its application in bridge detection， in the hope of providing some help for the follow-up research of bridge engineering quality inspection.

Keywords： bridge engineering; quality inspection; optical fiber sensing technology

橋梁工程具有里程長、工程造價高、覆蓋面廣、施工難度大以及質量要求高等特征，尤其是新時期橋梁工程在后期運營中常常需要承受過大的持續性荷載，對結構的穩固性與強度具有較高要求。為了確保橋梁工程建設的質量，或者為已建橋梁工程的改擴建提供必要的指導意見，有必要采取一些先進的質檢技術。

1 橋梁檢測中光纖傳感技術的應用優勢

在以往的橋梁工程質檢當中普遍采取電檢測技術，通過在測定的關鍵位置處設置電阻應變片，通過監測電阻和電阻應變片之間的規律進行測定。由于該種檢測技術本身以“應變-電量”為核心依據，非常容易受到測定環境因素的影響。比如，如果測定環境中的空氣具有比較大的濕度，那么容易增大電阻，進而會誘發短路問題，影響點檢測結果的準確性。而光纖傳感技術本身是以光信號為檢測的核心數據傳遞媒介，本身不會給橋梁結構造成過大損害的同時，可以顯著增強其抗干擾能力，相應的檢測分辨率與靈敏度也比較高。在實際的檢測過程中，在電磁場、壓力與溫度等外界條件的影響下，通過光纖中的光波參數會發生改變，通過測定光波參數的變化來了解相關物理量的大小，具體原理圖見圖1。

歸結起來，光纖傳感技術在橋梁檢測中的應用優勢主要表現如下：其一，操作便捷，抗干擾性能顯著。光纖傳感器發出的光信號不會受到外部環境中充斥的電磁波或噪聲等因素影響，更有利于保證測定結果可靠性。其二，光纖本身的柔韌性比較強，可以結合橋梁結構的不同形狀來針對性制作適宜形狀的光纖傳感器。其三，具有更寬的測量頻帶以及更大的動態響應范圍，可以適應于多種情況下的工程測量情況。

2 橋梁檢測中光纖傳感技術的具體應用

2.1 應用于橋梁振動檢測

橋梁結構振動是影響橋梁工程正常通車的一個重要因素，嚴重的會危及橋梁結構使用的安全性。在對橋梁結構振動情況進行檢測的過程中，如果可以創新應用光纖傳感技術，那么可以對橋梁結構的振幅、頻率等相關參數進行有效地檢測，尤其是不單單可以從整體上對橋梁結構的振動情況進行測定，同樣可以結合實際的需求對局部部位的橋梁結構振動情況進行檢測。在對橋梁結構振動情況進行檢測期間，可以首先在橋梁內部或表層位置處合理地安裝信號光纖，這樣可以使其伴隨著橋梁結構本身的振動情況而相應地做出振動響應，而終端所輸出的光信號參數也會相應地出現周期性變化。然后可以將這些具有振動信號特征的光信號參數傳遞給處理系統，并利用FFT分析這些反映振動因素的光信號參數變化之后即可確定出最終的橋梁結構振動周期與頻率。

2.2 應用于橋梁應變檢測

橋梁結構變形問題也是影響橋梁工程使用性能的一個重要因素，會給橋梁工程結構使用的安全性與穩定性帶來比較嚴重的影響，所以無論是新建路橋工程或者是在服役的路橋工程，對它們本身的應變情況進行檢測是路橋工程檢測的重要內容之一。而在橋梁應變檢測中應用光纖傳感技術期間同樣可以根據相應的傳感原理，在橋梁工程結構檢測應變的關鍵位置處科學安裝應變傳感器，并做好相應的應變標注。在標注操作完畢后即可檢測橋梁結構的應變情況，同時在開展應變檢測期間也要注意相應地做好應變檢測結果的觀察與記錄，最終可以直觀地觀察到橋梁結構本身的應變情況。實際上，在橋梁結構質檢過程中，應變與應力都是關系橋梁結構穩固性與安全性的重要參數。對橋梁結構的內應力檢測而言，針對橋梁局部結構應力檢測可以采用E-P光纖傳感器進行測定;針對橋梁結構分布應力監測可以采用光纖布拉格光柵傳感器進行測定。

以橋梁結構應變監測為例，其在應用光纖傳感技術期間主要涉及到如下幾個關鍵的步驟：其一，有效判定外部靜態環境條件是否滿足有關的規定與標準;其二，針對已經標注的各種傳感器，要專門性挑選適合類型的機械設備;其三，針對橋梁應變在靜態環境當中的情況檢測，要相應地對測點進行均勻分布，確保測點分布的均勻性與全面性。其四，要結合標準量開展工作應力輸入，并對輸入與輸出的對應數據進行實時記錄。然后可以調整輸入值到零值，重新對輸入與輸出兩個量的對應數據進行記錄。依此操作開展重復二次操作，最后可以通過特定曲線公式結合測定橋梁結構應變的數據來對橋梁結構的最終應變值進行計算。

2.3 應用于混凝土結構檢測

混凝土結構是橋梁結構的“筋骨”，對結構的承載性、強度與穩固性具有較高要求。一旦混凝土結構本身的強度不滿足規定要求，就容易影響其使用性能的發揮，甚至誘發比較嚴重的安全事故。但是橋梁工程使用時間越久，其結構材料容易遭受更加嚴重的侵蝕，進而可能會形成越來越多程度各不相同的裂紋。根據裂紋的大小情況，一般可以將其相應地劃分為貫穿裂縫與深裂縫兩種類型，其中后者的裂縫深度尺寸一般控制在0.2～0.3mm，而前者在出現之后會對橋梁結構使用性能的正常發揮帶來不利影響，增加其出現安全事故的概率，甚至會全面降低橋梁結構的整體承載性與強度，危及其使用的安全性。而裂縫也會逐漸發展成更為嚴重的質量問題，甚至誘發坍塌等一些突出的施工安全事故，如影響橋梁結構破損或嚴重變形等等。

如果橋梁工程本身出現了裂縫，那么要及時采取一些切實可行的手段與方法對它們進行合理調整，如可以借助光纖傳感器技術來對其進行準確檢測，之后結合檢測所得到的結果來優化調整混凝土結構，保證其使用性能的正常發揮。而在實際的橋梁結構檢測過程中如果可以有效地運用光纖傳感技術，那么可以通過分布式檢測技術與手段的應用來確保整體檢測的全面性，避免出現漏檢或錯檢問題的出現。相較于以往的電檢測技術，光纖傳感技術的靈活應用更容易確保整體測定結果的準確性，并且相應的操作比較便捷，不會嚴重破壞所檢測的混凝土結構，這樣更有利于確保橋梁結構的安全性。在實際的混凝土結構檢測過程中，可以通過提前在混凝土結構中預埋入可埋式光纖傳感器（圖2）的方式，對混凝土結構本身的強度、耐久性等相關情況進行有效地檢測。

圖2 可埋式光纖傳感器

2.4 應用于橋梁其他檢測

除了上述幾個主要的橋梁結構檢測中應用光纖傳感器之外，還可以將光纖傳感器應用于其他方面的橋梁檢測項目當中，如可以將光纖傳感技術應用于檢測橋梁受力結構附件上面，如拱橋系桿、吊桿、懸索橋主纜以及系桿等中;也可以將光纖傳感技術應用于錨桿與錨索等一些橋梁工程當中的預應力錨固構件的質量檢測當中。通過有效地應用光纖傳感技術，可以對構件的受力大小情況、檢測值以及分布情況等進行仔細地測定，這樣可以對橋梁結構本身的使用性能進行更加準確地反映。簡言之，無論是新建工程或者是在服役的橋梁工程當中，針對涉及到應力、應變以及強度和耐久性等使用性能的檢測，都可以結合實際的質量檢測工作的需求，靈活地制定光纖傳感技術應用方案，保證可以充分發揮其在提升檢測結果準確性方面的積極作用，有效確保橋梁結構的整體質量。

3 結束語

總之，光纖傳感技術是在當前橋梁工程質檢領域中廣泛應用的一種檢測技術。在實際橋梁工程檢測中應用光纖傳感技術，具有檢測效率高，成本低和操作便捷等應用優勢，具體可以應用于橋梁振動、應變、混凝土結構等領域中，保證可以充分發揮光纖傳感技術在確保最終橋梁工程質量檢測效果方面的積極作用。

參考文獻：

[1]曹泰松.橋梁新型檢測技術的研究和分析[J].中華建設，2019（7）：172-173.

[2]李祥.道路橋梁試驗檢測技術分析[J].工程技術研究，2017（11）：59+103.

[3]宋沛.光纖傳感技術與城市橋梁檢測[J].中國招標周刊，2011（38）：55-57.

[4]張宇輝.橋梁結構健康監測技術與方法研究[D].湖南大學，2005.