機敏網(wǎng)傳感器及其在橋梁裂縫監(jiān)測中的應用

摘要： 機敏網(wǎng)裂縫監(jiān)測傳感技術模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)的感知機理，可對混凝土結(jié)構(gòu)表面裂縫進行有效監(jiān)測。針對斜拉橋索塔結(jié)構(gòu)不同寬度裂縫的監(jiān)測需要，基于機敏網(wǎng)傳感器，提出了一種對初始裂縫發(fā)生發(fā)展及寬度監(jiān)測的方法。大量實驗證明改進后的機敏網(wǎng)傳感器能夠監(jiān)測到混凝土結(jié)構(gòu)表面不同開裂程度的裂縫及其擴展情況，根據(jù)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(wǎng)傳感器，在橋梁索塔監(jiān)測中及時發(fā)現(xiàn)了裂縫的發(fā)生發(fā)展情況和開裂程度，保障了橋梁安全。

關鍵詞： 裂縫監(jiān)測； 機敏網(wǎng)傳感器； 裂縫寬度監(jiān)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(yǎng)護過程中的失誤，工程材料的自然缺陷，加之外界自然環(huán)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(jié)構(gòu)的損傷逐漸暴露。結(jié)構(gòu)表面裂縫的出現(xiàn)直觀地反映了橋梁結(jié)構(gòu)的損傷程度，如不及時控制裂縫的發(fā)生和發(fā)展，將直接威脅到橋梁的使用安全。運用現(xiàn)代傳感技術，人們針對橋梁結(jié)構(gòu)局部裂縫監(jiān)測提出了一些可行的方法[1?4]。被廣泛采用的點監(jiān)測方法，即在橋梁結(jié)構(gòu)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(jiān)測，根據(jù)傳感信號判斷全橋或局部健康狀態(tài)。如果預測關鍵點比較準確，點監(jiān)測方法是一種可行的方法。但在實際橋梁結(jié)構(gòu)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(xiàn)在理論預測的關鍵點。根據(jù)Soh等人的研究[5]，對于尺度較大的橋梁結(jié)構(gòu)，裂縫即使出現(xiàn)在距離監(jiān)測點較近的位置，只要不在監(jiān)測點有效范圍以內(nèi)，監(jiān)測點的測量數(shù)據(jù)一般無明顯變化，或根據(jù)測得的變化數(shù)據(jù)不足以分析出結(jié)構(gòu)損傷狀況。

近年來，以光纖傳感器為主的分布式監(jiān)測方法進行結(jié)構(gòu)裂縫和損傷監(jiān)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(jié)構(gòu)物進行大范圍的、連續(xù)、分布式監(jiān)測。如Beatriz等人利用分布式光纖傳感器監(jiān)測鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應變，從而間接測量引起結(jié)構(gòu)開裂的變形情況[9]；Yang等人利用分布式HCFRP傳感器監(jiān)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(fā)生發(fā)展狀況[10]。這種監(jiān)測方式抗電磁干擾性能較好，監(jiān)測精度較高，但一般需要將傳感器預埋在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部，實施工藝復雜，后期維護困難。

1 機敏網(wǎng)傳感器

1.1 設計思想

1.3 構(gòu)造設計

2 裂縫寬度監(jiān)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(jiān)測機制

4 應用效果

5 結(jié) 語

對橋梁進行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)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(fā)揮了重要作用。針對斜拉橋索塔的裂縫監(jiān)測需要，在機敏網(wǎng)傳感技術的基礎上，提出了一種監(jiān)測混凝土結(jié)構(gòu)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(jù)獲取的大量裂縫寬度監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計出不同線徑的漆包線能夠監(jiān)測到的不同寬度的裂縫。這一研究豐富了機敏網(wǎng)傳感器的功能。在工程應用中，實現(xiàn)了對橋梁索塔裂縫發(fā)生發(fā)展及裂縫開裂程度（寬度）的長期遠程在線監(jiān)測，保障了橋梁結(jié)構(gòu)安全。

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