內嵌式光纖布拉格光柵傳感器智能鋼絞線有效預應力監測技術的工程應用
2025-03-21 00:00:00賈俊峰侯智獻杜瑞民王蕾白石李小龍
濟南大學學報(自然科學版) 2025年2期
摘要： 為了解決實際工程中預應力混凝土結構體內有效預應力無法監測的問題，根據光纖布拉格光柵傳感器在結構健康監測中具有精度高、 實時性強等優點，探討內嵌式光纖布拉格光柵傳感器智能鋼絞線有效預應力監測技術的工程應用； 通過對該智能鋼絞線開展拉伸試驗，檢驗智能鋼絞線的拉伸強度、 線性度等參數； 以云南省某高速公路預應力混凝土T梁橋示范工程為例，同時監測預應力混凝土T梁橋正、 負彎矩區智能鋼絞線張拉過程中智能鋼絞線內的有效預應力，得到正彎矩區混凝土彈性壓縮、 智能鋼絞線與孔道間摩擦、 錨具變形和智能鋼絞線內縮造成的預應力損失，并與千斤頂張拉應力及預應力損失的規范理論計算值對比。結果表明： 該智能鋼絞線力學性能和線性度良好，并且應變靈敏度系數即每微應變波長的變化值為1.22～1.26 pm，與應變靈敏度系數的理論值1.21 pm相差較小； 相對于千斤頂張拉應力及有效預應力的規范理論計算值，預應力混凝土T梁橋正、 負彎矩區智能鋼絞線張拉過程中各測點處光纖布拉格光柵傳感器監測應力的最大誤差不超過3.86%，并且與預應力損失的規范理論計算值相比，該智能鋼絞線在各測點處的預應力損失監測值誤差較小； 該智能鋼絞線表現出良好的可靠性和穩定性，能滿足實際工程需求。
關鍵詞： 結構健康監測； 有效預應力； 智能鋼絞線； 光纖布拉格光柵傳感器；工程應用
文章編號：1671-3559（2025）02-0228-11
中圖分類號： TN253； TU378
文獻標志碼： A
Engineering Applications of Embedded Optical Fiber Bragg Grating Sensor Intelligent Steel Strands for Monitoring Effective Prestress
JIA Junfeng1， HOU Zhixian1， DU Ruimin2， WANG Lei3， BAI Shi4， LI Xiaolong2
（1. State Key Laboratory of Bridge Engineering Safety and Resilience， Beijing University of Technology， Beijing 100124， China;
2. Yunnan Mangliang Highway Investment and Development Co.， Ltd.， Dehong 678400， Yunnan， China;
3. School of Civil Engineering and Architecture， University of Jinan， Jinan 250022， Shandong， China;
4. Zhixing FRP Reinforcement Nantong Co.， Ltd.， Nantong 226000， Jiangsu， China）
Abstract： To solve the problem that effective prestress in prestressed concrete structures cannot be monitored in actual projects， engineering applications of embedded optical fiber Bragg grating sensor intelligent steel strands for monitoring effective prestress were explored according to advantages of opticalfiberBragggratingsensorsinstructuralhealthmonitoring such as high precision， strong real-time， and so on. Parameters of the intelligent steel strands such as tensile strength and linearity were verified by conducting a tensile test on the intelligent steel strands. Taking the demonstration project of a prestressed concrete T-girder bridge on a highway in Yunnan Province as an example， effective prestress monitoring in the intelligentsteelstrandswassimultaneouslycarried out on tensioning processes of the intelligent steel strands in positive and negativemomentzonesoftheprestressedconcreteT-girder bridge to get prestress losses due to concrete elastic compression in positive moment zone， friction between the intelligent steel strands and apertures， anchorage deformation and shrinkage of the intelligent steel strands， and compared with normative theoretical calculated values of jack tension stress and prestress losses. The results show that mechanical properties and linearity of the intelligent steel strands are good， and the strain sensitivity coefficient， i.e.， the wavelength variation value per microstrain， is 1.22-1.26 pm， which is smaller than the theoretical value of strain sensitivity coefficient of 1.21 pm. Compared with the jack tension stress and the normative theoretical calculated values of effective prestress， the maximum error of grating sensor monitoring stress at each measuring point during tensioning process of the intelligent steel strands in positive and negative moment zones of the prestressed concrete T-girder bridge does not exceed 3.86%. Compared with the normative theoretical calculation values of prestress losses， errors of prestress loss monitoring values of the intelligent steel strands at each measurement point are smaller. The intelligent steel strands exhibit good reliability and stability， and can meet actual engineering requirements.
Keywords： structural health monitoring; effective prestress; intelligent steel strand; fiber Bragg grating sensor; engineering application
與傳統鋼筋混凝土結構相比，預應力混凝土結構具有抗裂性、 自重輕、 耐疲勞等優點［1-2］，在建筑、 橋梁、 隧道等工程中得到了廣泛應用。預應力筋作為預應力混凝土結構中的主要承載單元，應力狀態直接關系到預應力混凝土結構的承載安全和耐久性能。監測鋼絞線應力可及時掌握鋼絞線受力狀態，提前發現應力損失或應力不均勻等問題，從而避免預應力混凝土結構出現過大變形、 開裂或失穩等安全隱患； 同時，鋼絞線應力監測有助于研究預應力混凝土結構的力學性能和行為，為預應力混凝土結構設計和改進提供參考依據， 因此，預應力混凝土結構中鋼絞線應力實時監測對保證預應力混凝土結構安全、 可靠具有十分重要的意義。
目前，預應力混凝土結構體內有效預應力的監測方法主要有應力釋放法［3-4］、 動力檢測法［5-6］、 錨下安裝傳感器法［7-8］等。應力釋放法檢測精度較低且易對預應力混凝土結構造成一定的損傷。動力檢測法對測試環境要求較高，易受環境因素影響，并且難以檢測一些隱蔽缺陷，如微小裂縫和一些局部損傷等。錨下安裝傳感器法只能監測錨下位置的有效預應力，無法覆蓋預應力筋的其他部位。光纖布拉格光柵（fiber Bragg grating， FBG）傳感器是一種基于光纖傳感技術的新型元件，具有高靈敏度、 高穩定性、 低干擾等優點［9］，可實現對預應力混凝土結構溫度、 應力、 振動等參數的實時監測以及多點連續監測；但FBG傳感器材質較脆且抗剪能力較弱，在將FBG傳感技術應用于鋼絞線的應力監測時，須對FBG傳感器封裝保護，因此，相繼出現了表貼式［10］和嵌入式［11-12］2種封裝方式。前者將FBG傳感器通過環氧樹脂等膠黏劑固定在鋼絞線表面監測預應力，但該方式易受到鋼絞線之間的擠壓或摩擦而產生損壞，并且表面的膠黏劑也會受到外界環境因素影響而產生腐蝕，導致耐久性劣化。后者主要將FBG傳感器封裝于FRP筋或鋼管中形成智能筋，并替換鋼絞線中心絲，但該方式可能導致更換材料與原中心絲的強度與熱膨脹系數不一致，造成無法協同變形等問題［13］。為了解決上述問題，文獻［14-17］中提出了凹槽預壓內嵌式封裝FBG傳感器，并將該FBG傳感器研制成內嵌式FBG傳感器智能鋼絞線（簡稱智能鋼絞線）； 該智能鋼絞線將FBG傳感器直接嵌于中心絲內，兩者耦合為一體，可有效地監測預應力混凝土結構中的應力［18］。
本文中通過對智能鋼絞線開展拉伸試驗， 檢驗智能鋼絞線在張拉過程中的拉伸強度、 線性度等參數和FBG傳感器的監測性能， 以云南省某高速公路預應力混凝土T梁橋示范工程為例， 同時監測預應力混凝土T梁橋正、 負彎矩區智能鋼絞線張拉過程中智能鋼絞線內的有效預應力， 分析智能鋼絞線沿長度方向多點的應力變化， 得到多階段的有效預應力， 并與千斤頂張拉應力及有效預應力的規范理論計算值對比， 探究智能鋼絞線在實際預應力橋梁工程中的適用性。
1 智能鋼絞線結構與FBG傳感器監測原理
1.1 智能鋼絞線結構
智能鋼絞線主要包括中心絲、 外絲、 凹槽、 光纖光柵及膠黏劑等， 結構與實物如圖1所示。 制作方法如下： 1）機械打散鋼絞線， 獲得中心絲和邊絲； 2）選取中心絲作為FBG傳感器的主體結構， 沿中心絲長度方向刻制凹槽； 3）預張拉中心絲； 4）使用環氧樹脂等膠黏劑將FBG封裝在凹槽內； 5）重新捻合中心絲與邊絲， 形成一個整體結構， 并封裝端部。
1.2 FBG傳感器監測原理
FBG傳感器通過利用光纖中的光束衍射效應， 實現對物理量的高精度監測。 FBG傳感器工作原理如圖2所示。 基于布拉格光柵的特性， FBG傳感器在光纖芯部分周期性改變折射率， 形成一種反射光柵， 從而反射特定波長即布拉格波長的光， 形成反射峰。 反射峰的位置、 強度與布拉格光柵的周期、 折射率變化密切相關。 反射峰的波長計算公式［18］為
λb=2nΛ ，（1）
式中： λb為反射峰的波長； n為光纖對應自由空間中心波長的折射率； Λ為光柵的周期。
當環境參數變化時，如溫度升高、 應變產生等，彈光效應引起FBG傳感器的折射率和周期變化，FBG傳感器中心波長漂移與應變的關系［18］為
Δλ=1-n22［P12-（P11+P12）］λε=kε ，（2）
式中：Δλ為FBG傳感器中心波長的變化值； P11、 P12為彈光效應的系數； 為光纖的泊松比； ε為光纖的應變； k為FBG傳感器的應變靈敏度系數，即每微應變波長的變化值，取為1.211 pm［13］。
在利用膠黏劑將FBG傳感器固定在智能鋼絞線中心絲凹槽內的張拉過程中，智能鋼絞線的真實應變εg與ε之間存在應變傳遞率β，滿足關系式［13］
ε=εg β 。（3）
將式（3）代入式（2），可得FBG傳感器中心波長漂移與智能鋼絞線的真實應變的關系［13］為
Δλ=kεg β=k1εg ，（4）
其中εg=FSEp=δEp ，（5）
式中： k1為FBG傳感器實際監測的應變靈敏度系數； F為智能鋼絞線的張拉力； S為智能鋼絞線的橫截面面積； Ep為智能鋼絞線的彈性模量； δ為智能鋼絞線的應力。
2 智能鋼絞線拉伸試驗
中心絲開槽造成智能鋼絞線截面面積減小，為了探究智能鋼絞線的拉伸力學性能及在后續工程應用中的準確性和可靠性，對智能鋼絞線開展拉伸試驗，并檢驗FBG傳感器的線性度。
采用萬能試驗機對智能鋼絞線1、 2、 3開展拉伸試驗，每根智能鋼絞線的總長度為1 m，兩端保護夾片的長度為15 cm，智能鋼絞線內布置測點A、 B，分別設置在與夾持端距離為35 cm處。跳線頭、引線長度均設置為2 m。根據國家標準GB/T 228.1—2021《金屬材料 拉伸試驗 第1部分：室溫試驗方法》［19］，在鋼絞線張拉過程中采用應力速率控制方法，彈性階段應力設置為30 MPa/s，屈服后設置應變速率為0.002 5 s-1。智能鋼絞線的測點布置與拉伸試驗裝置如圖3所示，力學性能如表1所示。
參考國家標準GB/T 5224—2023《預應力混凝土用鋼絞線》［20］中各項指標要求，并由表1可知，智能鋼絞線各項力學性能指標在允許范圍之內，力學性能良好，平均屈服力達到242.0 kN，整根智能鋼絞線的最大力達到270.1 kN，由此可見，即使中心絲開槽，對單根智能鋼絞線總體屈服力和最大力的影響也較小。
從張拉開始至智能鋼絞線屈服后， FBG傳感器可以實時監測智能鋼絞線內部波長的變化， 內部光纖光柵測點處的監測應變大于1.0%， 能監測到智能鋼絞線從彈性到屈服的全過程， 可以實現工程中鋼絞線張拉全過程監測。智能鋼絞線波長差、 FBG傳感器監測張拉力與萬能試驗機張拉力的關系如圖4所示。 由圖4（a）可知， 在智能鋼絞線彈性范圍內， 智能鋼絞線的波長隨著張拉荷載的增加而不斷增大， 與波長隨光柵受拉而增大的理論相符； 3根智能鋼絞線中FBG傳感器的應變靈敏度系數為1.22～1.26 pm，與理論值相差較小； 在張拉過程中，智能鋼絞線1內測點A、 B處的方差分別為0.999 7、 0.999 7，智能鋼絞線2內測點A、 B處的方差分別為0.999 2、 0.999 8，智能鋼絞線3內測點A、 B處的方差分別為0.999 9、 0.999 4， 表明該智能鋼絞線FBG傳感器監測數據的線性度良好。 由圖4（b）可知，在張拉過程中，智能鋼絞線FBG傳感器的監測張拉力在虛線即FBG傳感器監測張拉力與萬能試驗機張拉力相等的理想曲線附近浮動較小， 說明FBG傳感器的監測張拉力與萬能試驗機的張拉力基本一致，表明智能鋼絞線具有極高的預應力監測精度。
3 工程應用
3.1 工程概況
以云南省某高速公路預應力混凝土T梁橋示范工程為例。 T梁跨度為30 m， 智能鋼絞線采用直徑為15.2 mm的低松弛鋼絞線， 標準抗拉強度fptk為1 860 MPa，智能鋼絞線張拉控制應力σcon為fptk的75%。在張拉過程中， 為了保證主梁預應力鋼束的張拉質量， 實行張拉噸位和引伸量雙控且須同時張拉預應力鋼束兩端， 以張拉噸位為主， 引伸量誤差控制在區間（-6%， 6%）。正彎矩區預應力孔道張拉順序為孔N1—左孔N2z—右孔N2y—左孔N2z， 其中孔N1、 右孔N2y均一次性張拉至智能鋼絞線張拉控制應力為1.01σcon， 左孔N2z首次張拉至智能鋼絞線張拉控制應力為0.5σcon， 第2次張拉至智能鋼絞線張拉控制應力為1.01σcon。 正彎矩區智能鋼絞線內的測點及預應力孔道布置如圖5所示。 負彎矩區預應力孔道張拉順序為齒塊N1—齒塊N2， 2個齒塊均一次性張拉至智能鋼絞線張拉控制應力為1.06σcon。 負彎矩區智能鋼絞線內的測點及齒塊布置如圖6所示。
a、 b、 c、 d、 a′、 b′、 c′、 d′—正彎矩區智能鋼絞線內的理想測點； MO、 OS、 SG、 M1O1、 O1S1、 S1G—正彎矩區智能鋼絞線分段； L—預制梁長度。
3.2 智能鋼絞線測點布置
在施工過程中，正彎矩區選取3片梁作為智能預應力混凝土T梁，每片梁有3孔預應力束，每孔中布置1～2根智能鋼絞線，其中孔N1、 左孔N2z中各布置2根，智能鋼絞線編號分別為N1-C、 N1-D、 N2z-C、 N2z-D，右孔N2y中布置1根，編號為N2y-C，每根布置P1、 P2、 P3共3個測點。 測點P1、 P2、 P3從正彎矩區智能鋼絞線內的8個理想測點a、 b、 c、 d、 a′、 b′、 c′、 d′ 中選取。具體選取位置如表2所示。考慮運營過程中溫度對預應力混凝土T梁橋體內有效預應力的影響， 在智能鋼絞線內設置溫度測點d′。 由于在張拉過程中將各測點所在位置智能鋼絞線延伸量計算在內， 因此智能鋼絞線測點實際位置與測點P1、 P2、 P3位置產生一定誤差。 孔N1、 N2z、 N2y中智能鋼絞線測點位置如圖7所示。
負彎矩區鋼絞線通過T梁翼緣下方的齒塊連接跨，選取邊跨和中跨的2片梁作為智能預應力混凝土梁。每片梁腹板兩側各有1個長孔、 短孔預應力孔道至齒塊N1、 N2，每個齒塊孔中布置1根智能鋼絞線，每根智能鋼絞線布置1個測點，測點位置與張拉端錨具距離為1.2 m，溫度測點設置在齒塊N2的智能鋼絞線內。
由于張拉過程時間較短，溫度基本不會變化，因此后續不再考慮溫度對FBG傳感器的影響。
3.3 有效預應力及瞬時預應力損失的規范理論計算
智能鋼絞線與孔道間摩擦造成的預應力損失和放張錨固后錨具變形、 智能鋼絞線內縮造成的預應力損失統稱為瞬時預應力損失。 在預應力孔道彎曲時，智能鋼絞線與孔道間摩擦導致預應力損失。該預應力損失的規范理論計算公式［21］為
σx1=σ{1-exp［-（k2x+μθ）］} ，（6）
式中： σx1為與張拉端距離為x處智能鋼絞線與孔道間摩擦引起的預應力損失， 其中x可取為投影長度；σ為錨下智能鋼絞線實際控制應力，取為1 408.95 MPa； k2為每米智能鋼絞線孔道的局部誤差摩擦系數，取為0.001 5； μ為智能鋼絞線與孔道間摩擦系數，取為0.15； θ為從張拉端至計算截面曲線孔道各部分切線的夾角之和。
根據式（6），在計算智能鋼絞線分段的預應力損失時，每段智能鋼絞線終點處的有效預應力f2與下一段起點處的有效預應力f1的計算公式［21］為
f2=f1exp［-（k2x+μθ）］ 。（7）
將圖5（a）中預應力孔道中智能鋼絞線分3段計算， 其中MO、 M1O1、 SG、 S1G為直線段， OS、 O1S1為曲線段。 正彎矩區智能鋼絞線兩端張拉預應力損失分段計算結果如表3所示。 從表中可以看出， 張拉控制應力從MO、 M1O1端傳到SG、 S1G端時，孔N1， 孔N2z、 N2y的有效預應力分別為1 350.460、 1 359.350 MPa， 此時智能鋼絞線與孔道間摩擦引起的預應力損失分別為σ與1 350.460、 1 359.350 MPa之差， 即158.640、 49.600 MPa。 同理， 根據表3可以計算正、 負彎矩區每個測點處的有效預應力及2個測點間的預應力損失。
當鋼絞線持荷結束而放張錨固時，錨具變形和智能鋼絞線內縮也會引起曲線孔道中智能鋼絞線的預應力損失，在智能鋼絞線內縮時，受到孔道壁間反向摩擦的影響，反向摩擦長度lf影響范圍內智能鋼絞線的預應力損失［21］為
σx2=Δσ2lf-xlf ，（8）
其中lf=aEpΔσd ，（9）
Δσd=σ0-σll ，（10）
式中： Δσ2為張拉端由錨具變形等引起的考慮反摩擦后的預應力損失； a為智能鋼絞線內縮值， 取為6 mm； Δσd為單位長度智能鋼絞線與孔道間摩擦引起預應力損失； σ0為張拉端的應力； σl為扣除智能鋼絞線與孔道間摩擦后與張拉端距離為l處錨固端應力。
將正彎矩區智能鋼絞線預應力損失計算數據代入式（9）、 （10）中，可得孔N1， 孔N2z、 N2y中智能鋼絞線的lf分別為17.0、 18.8 m，通過式（8）可計算智能鋼絞線各測點處的預應力損失。
3.4 FBG傳感器預應力損失計算
智能鋼絞線與孔道間摩擦引起的預應力損失即為整個T梁上任意2個截面之間的應力差值，智能鋼絞線張拉達控制應力時，FBG傳感器可監測智能鋼絞線各測點處的波長變化。由式（6）可得，智能鋼絞線與孔道間摩擦引起的預應力損失在張拉端為0，以張拉端為起點，由FBG傳感器計算所得σx1滿足的公式［17］為
σx1=λx-λ0k1 Ep ，（11）
式中λx為達到張拉控制應力時與張拉端距離為x處FBG傳感器監測波長； λ0為張拉端處FBG傳感器初始波長。
由FBG傳感器計算所得σx2滿足的公式［17］為
σx2=λ′1-λ′2k1 Ep ，（12）
式中λ′1、 λ′2為放張錨固前、 后FBG傳感器監測波長。
3.5 有效預應力監測結果與預應力損失分析
3.5.1 智能鋼絞線張拉全過程應力監測
為了簡便起見，以下僅闡述正彎矩區中1片梁和負彎矩區短孔智能鋼絞線監測結果。在張拉開始至錨固結束的整個監測過程中，采用光纖光柵解調儀采集FBG傳感器波長的數據。智能鋼絞線測點處的應力變化曲線如圖8所示。由圖可知： FBG傳感器能實時監測鋼絞線張拉全過程，在張拉過程中，所有測點均未損壞，成活率達100%。智能鋼絞線各測點處的應力隨著千斤頂張拉應力的增加而不斷增大。受智能鋼絞線與孔道間摩擦的影響，正彎矩區同一智能鋼絞線內從張拉端到跨中各測點處的監測應力依次減小，與表3中每段智能鋼絞線的終點力變化規律一致，智能鋼絞線表現出良好的穩定性。
3.5.2 FBG傳感器監測應力與千斤頂張拉應力、 有效預應力規范理論計算值對比
在張拉持荷階段，由于N1-D、 N2-D的測點P1、 負彎矩區智能鋼絞線測點與張拉端相距較近，因此對比FBG傳感器監測應力與千斤頂張拉應力。由于其他測點距離張拉端較遠且受施工環境的影響，無法在相應位置處粘貼應變片以監測智能鋼絞線應力變化， 因此對比FBG傳感器監測應力與千斤頂張拉應力計算所得智能鋼絞線各測點處有效預應力的規范理論計算值， 結果如表4、 5所示。由表4、 5可知： 在持荷階段， 當正、 負彎矩區智能鋼絞線張拉控制應力分別為1.01σcon、 1.06σcon時，智能鋼絞線各測點處FBG傳感器監測應力與千斤頂張拉應力、 有效預應力的規范理論計算值的最大誤差不超過3.86%，說明FBG傳感器具有準確性與可靠性，滿足實際工程需求。當正彎矩區智能鋼絞線張拉控制應力為0.5σcon時，FBG傳感器監測應力與千斤頂張拉應力、 有效預應力的規范理論計算值的相對誤差約為10%，離散性較大，原因是此時智能鋼絞線張拉應力較小，含有FBG傳感器的智能鋼絞線整體上未完全受力，并且同一孔中的其他普通鋼絞線較多，智能鋼絞線不同部位受其他鋼絞線的擠壓作用不同，從而導致受力不均勻。
3.5.3 瞬時預應力損失及混凝土彈性壓縮預應力損失
以正彎矩區智能鋼絞線N1-D、 N2z-D的FBG傳感器監測數據為例，將2組數據代入式（11）可得FBG傳感器監測所得各測點間智能鋼絞線與孔道間摩擦引起的預應力損失，結果如表6所示。由表可知，FBG傳感器預應力損失監測值與預應力損失的規范理論計算值最大絕對誤差不超過14.42 MPa，說明監測數據誤差較小。
在放張錨固階段，孔N1、 N2z、 N2y中智能鋼絞線所監測的最大預應力損失均位于距離張拉端最近的測點P1，以孔N1中智能鋼絞線計算為例，智能鋼絞線錨具變形和預應力內縮造成的預應力損失如表7所示。由表可知，FBG傳感器預應力損失監測值與預應力損失規范理論計算值的相對誤差分別為0.53%、 4.78%，監測數據較可靠。
該工程中智能鋼絞線張拉過程為分級張拉，因此后批次張拉的智能鋼絞線對前批次張拉的智能鋼絞線造成預應力損失。圖9所示為孔N1中智能鋼絞線的彈性壓縮預應力損失占有效預應力的比例r。由圖可得， r為1.08%～5.52%，表明智能鋼絞線可監測混凝土彈性摩擦造成的預應力損失。
3.6 智能鋼絞線的引線連接與保護措施
智能鋼絞線張拉完畢后，其引線連接與引線保護是橋梁在后續運營期間數據監測的必要條件。
1）引線連接。在預應力張拉后切除智能鋼絞線工作長度。先切除智能鋼絞線的外絲，然后使用刀片剔除中心絲凹槽內的環氧樹脂膠，取出光纖線并及時使用熔接機對光纖實施熔接處理，最后在熔接處使用鋼管和熱縮管實施保護，避免后續混凝土澆筑等施工過程對接頭造成損壞。 對于負彎矩區，受工作環境的影響，光纖線不再實施熔接處理，而是用法蘭連接2根引線。
2）引線保護。在T梁吊裝完畢后實施引線保護，正、 負彎矩區引線均置于蓋梁上的箱中，箱底開有槽口以防內部積水。正彎矩區引線通過扎帶固定在橫向濕接縫鋼筋內側，并沿鋼筋延伸至箱中。負彎矩區引線則通過橋梁縱向濕接縫延伸到蓋梁上的箱中，引線外部用聚氯乙烯（PVC）管或軟管實施保護，并通過扎帶固定在濕接縫的鋼筋上。
4 結論
本文中對內嵌式FBG傳感器智能鋼絞線開展拉伸試驗，并以云南省某高速公路預應力混凝土T梁橋示范工程為例，驗證了預應力混凝土T梁橋預應力張拉過程沿智能鋼絞線全長多點處有效預應力監測的可行性，得到以下主要結論：
1）智能鋼絞線的屈服力、 彈性模量等主要拉伸力學性能指標均在規范中規定的正常范圍內， 智能鋼絞線內各光柵測點處的方差均達到99.9%以上， 具有良好的線性度。各智能鋼絞線中FBG傳感器的應變靈敏度系數為1.22～1.26 pm， 與理論值的誤差較小。
2）將智能鋼絞線應用于預應力混凝土T梁橋的正、 負彎矩區有效預應力監測，正負彎矩FBG傳感器成活率較高，各測點處的FBG傳感器監測應力與千斤頂張拉應力、 有效預應力的理論計算值的誤差較小，表明智能鋼絞線在預應力梁施工過程中可實現有效預應力的實時監測。
3）受智能鋼絞線與孔道間摩擦的影響，智能鋼絞線內各測點處的應力從張拉端開始到跨中呈減小趨勢，與有效預應力的規范理論計算值基本一致。正彎矩區智能鋼絞線2個測點間智能鋼絞線與孔道間摩擦造成的預應力損失、鋼絞線錨具滑移和智能鋼絞線內縮引起的預應力損失與預應力損失的規范理論計算值的誤差較小。在智能鋼絞線分批次張拉過程中，智能鋼絞線內的FBG傳感器可實時監測混凝土彈性壓縮造成的預應力損失。
參考文獻：
［1］ HARAJLIMH，NAAMANAE.Staticandfatiguetests on partially prestressed beams［J］. Journal of Structural Engineering， 1985， 111（7）： 1602.
［2］ GHALI A， TADROS M K. Partially prestressed concrete structures［J］. Journal of Structural Engineering， 1985， 111（8）： 1846.
［3］ 趙成功， 武必飛. 基于應力釋放法的有效預應力檢測技術研究［J］. 華東公路， 2015（1）： 88.
［4］ 戎芹， 王旭， 侯曉萌， 等. 預應力混凝土結構鋼絞線有效應力測量與評估方法［J］. 建筑結構學報， 2020， 41（8）： 176.
［5］ 董云彪， 趙春生， 李彥. 基于動力監測信息的預應力損失評估技術研究［J］. 青海交通科技， 2017（1）： 101.
［6］ BRECCOLOTTI M. Eigenfrequencies of continuous prestressed concrete bridges subjected to prestress losses［J］. Structures， 2020， 25： 138.
［7］ 方志， 汪劍. 預應力混凝土箱梁橋豎向預應力損失的實測與分析［J］. 土木工程學報， 2006， 39（5）： 78.
［8］ 韓智強， 周勇軍， 趙洲， 等. 預應力混凝土T梁橋錨下有效預應力檢測方法［J］. 科學技術與工程， 2021， 21（14）： 6004.
［9］ 王永洪， 張明義， 管金萍， 等. 基于光纖光柵傳感技術的敞口混凝土管樁應力測試現場試驗［J］. 科學技術與工程， 2019， 19（29）： 266.
［10］ CHEN S Z， WU G， XING T， et al. Prestressing force monitoring methodforaboxgirderthroughdistributedlong-gauge FBG sensors［J］. Smart Materials and Structures， 2017， 27（1）： 015015.
［11］ LI D S， ZHOU Z， OU J P. Development and sensing properties study of FRP-FBG smart stay cable for bridge health monitoring applications［J］. Measurement， 2011， 44（4）： 722.
［12］ KIM J M， KIM H W， PARK Y H， et al. FBG sensors encapsulatedinto7-wiresteelstrandfortensionmonitoringofaprestressing tendon［J］. Advances in Structural Engineering， 2012， 15（6）： 907.
［13］ ZHU W X， SHEN Q X， QIN H Y. Monitoring of prestress and bond stress of self-sensing FBG steel strand［J］. Measurement， 2021， 177： 109246.
［14］ 覃荷瑛， 朱萬旭， 張賀麗， 等. 內嵌預壓式大量程光纖光柵傳感器的智能鋼絞線的研制與性能分析［J］. 中國激光， 2017， 44（4）： 410001.
［15］ QIN H Y， SHEN Q X， ZHU W X， et al. Range-expansion technology and fatigue performance study on the self-sensing steel strand with an embedded fibre Bragg grating sensor［J］. Strain， 2020， 56（5）： e12354.
［16］ 覃荷瑛， 韋健全. 基于內嵌式自感知鋼絞線的預應力混凝土梁長期預應力損失監測［J］. 鐵道建筑， 2021， 61（9）： 12.
［17］ 覃荷瑛， 石家輝， 徐輝華. 光纖光柵自感知鋼絞線在后張有黏結預應力結構中的監測［J］. 科學技術與工程， 2021， 21（32）： 13909.
［18］ 李夢果， 劉豐榮， 吳堯， 等. 多測點自感知預應力鋼絞線在月亮灣大橋中的應用［J］. 科學技術與工程， 2021， 21（29）： 12611.
［19］ 中國鋼鐵工業協會. 金屬材料 拉伸試驗： 第1部分 室溫試驗方法： GB/T 228.1—2021［S］. 北京： 中國標準出版社， 2010： 16-17.
［20］ 中國鋼鐵工業協會. 預應力混凝土用鋼絞線： GB/T 5224—2023［S］. 北京： 中國標準出版社， 2023： 5.
［21］ 混凝土結構設計標準： GB/T 50010—2010［S］. 北京： 中國建筑工業出版社， 2024： 135-136.
（責任編輯：王 耘）
基金項目： 國家自然科學基金項目（52178449）
第一作者簡介： 賈俊峰（1982—），男，河南周口人。教授，博士，博士生導師，研究方向為裝配式橋梁及智能橋梁結構。E-mail： jiajunfeng@bjut.edu.cn。
通信作者簡介： 王蕾（1983—），女，山東濟南人。副教授，博士，研究方向為土木工程結構健康監測。E-mail： cea_wangl@ujn.edu.cn。
