橋梁結構檢測中光纖傳感技術應用

林俊、姜小磊

（1.江西省公路工程檢測中心，江西南昌330000；2.江西交通職業技術學院，江西南昌330000）

0 引言

在橋梁結構檢測領域中，光纖傳感技術作為一項敏感技術，該技術的應用可以全面地對橋梁結構的病害問題進行檢測，并分析橋梁結構存在的不足。為了能夠提高光纖傳感技術的應用效果，對該技術的應用過程進行深入分析，了解光纖傳感技術的操作方式以及操作要點,對提高橋梁結構檢測的質量有著很重要的幫助。

1 光導纖維和傳感原理概述

光導纖維通常被人們簡稱為光纖，屬于先進的通信介質類型，人們最初使用該類物質是在20世紀70年代，二氧化硅是其主要組成部分，制作成為外包層和內芯共同結構形成的新型光狀纖維通信介質形式。由于外包層的折射率比較低，纖芯原料的折射率大，根據反射定律分析，光在光纖中傳輸能量會降到最低限度內。光導纖維的傳輸原理就是光在光纖內存在偏振、散熱等，如果出現光纖損壞，容易導致傳輸受到很大影響，影響應用效果。

2 光纖傳感技術與傳統技術的差別

傳統橋梁項目檢測應用的是電檢測技術，其工作原理如下：在需要檢測的部位上安裝電阻應變片，然后進行橋梁的感應檢測，通過電阻應變片和電阻變化的規律展開檢測，并且利用探測器實施檢測數據的統計與分析。該檢測方式主要是根據應變—電量的方式進行，主要是以電信號為傳輸的媒介，通過導線進行信號傳輸和應用。電檢測技術的應用受到周邊環境的干擾和影響，如果空氣濕度比較大，會出現電阻升高的情況，產生短路的問題；環境溫度較高的情況下，如果電路老化較為嚴重，容易誘發火災、爆炸等事故問題。而光纖傳感技術通過光信號傳輸，光纖是主要的工具。光纖的制作原材料是石英玻璃，其屬于絕緣性質的材料，耐高溫、耐腐蝕效果較為優異，應對外部復雜環境依然可以滿足運行的要求。此外，光纖傳感器在具體的應用中，抗干擾的能力非常高，應用環節具備較高的靈敏性與分辨率，其體積小、自重輕，可以完全滿足實時檢測的要求，所以能夠廣泛的應用到橋梁的檢測中，發揮出先進技術的優勢[1]。

3 光纖傳感技術在橋梁檢測中的應用優勢

橋梁建設工程領域內，光纖傳感技術已經全面的開展應用，比如混凝土內力與變形檢測、大型混凝土結構檢測、橋梁健康水平檢測等。從實際應用的情況分析發現，通過使用光纖傳感器檢測的方式，需要在被檢測結構部位表面粘貼光纖傳感器裝置，或者通過預埋光纖傳感器方式進行內部應變、損傷情況的監測。傳統檢測技術主要是電檢測技術，需要在被檢測結構表面粘貼應變片，檢測工作效率較低，可靠性也比較差。通過將光纖傳感器粘貼到不同的位置，可以進行橋梁振動監測、應力監測、沉降監測等，能夠及時發現橋梁結構存在的問題，了解其健康程度，提高橋梁總體質量水平，保障交通運行安全性和穩定性（見圖1）。

圖1 橋梁檢測中光纖傳感器的應用范圍

4 橋梁檢測中光纖傳感技術的應用

橋梁檢測涉及范圍廣，通過光纖傳感技術的應用，可以對橋梁檢測的各種參數進行明確，方便工作人員在開展后續工作時，能夠依托信息技術處理各種問題，以下對光纖傳感技術的應用范圍進行詳細探究。

4.1 光纖傳感技術在橋梁應變檢測中的應用

當前的光纖傳感技術已經廣泛使用到橋梁應變檢測領域內，根據光纖傳感工作原理，把光纖應變傳感器安裝到橋梁的規定部位上，進行明確的標記處理，標注之后就可以進行應變的檢測，此外，該項操作還可以進行電阻片型傳感器以及應變檢測器兩者之間的數據關系測定[2]。橋梁應變檢測要按照如下步驟進行：一是靜態環境是否達到標準進行準確的判斷。二是對于標注完成的傳感器進行選擇分析，使用符合要求的等級機械傳感設備。靜態條件之下對橋梁的應變檢測，設置多個檢測點，根據標準量進行工作輸入，同時還要做好輸出與輸入兩個量之間的數據，做好記錄，反復進行操作，獲取應變變化曲線，最終確定精確的橋梁應變參數值[3]。

4.2 光纖傳感技術在橋梁振動檢測中的應用

應用光纖傳感器之后，對于橋梁的運營中振動情況實施全面檢測，通過結構部件的振幅、頻率等數據，主要的方式就是在構件部位上粘貼相應的信號光纖，或者應用信號光纖埋設到結構部件內，作用就是通過信號光纖和構件實施同步振動，然后在橋梁發生振動反應之后，橋梁表面的振動部件就會同時發生振動，光纖信號也會發生振動變化，同時產生振動響應。同時在光纖傳感技術應用的階段中，能夠通過技術功能對橋梁振動的內容進行明確，可以詳細地確定振動的位置，如此給后續工作開展奠定良好基礎。

4.3 光纖傳感技術在橋梁混凝土結構檢測中的應用

橋梁結構的主體部分是鋼筋混凝土，是主要的承載結構形式，保證橋梁可以正常的工作。但是由于運行年限不斷延長，混凝土結構出現了侵蝕或者嚴重的裂縫問題，按照裂紋尺寸的大小，通常可以將其分解為深裂縫、貫穿裂縫兩種。深裂縫是深度在0.2～0.3mm之間的裂縫，貫穿裂縫則是貫穿整個橋梁結構的裂縫，會直接影響橋梁結構的性能，對于承載性能、穩定性方面產生直接的影響。裂縫是橋梁損壞的重要原因之一，如果發生裂縫的問題，必須及時做出改進和調整，以滿足正常的運行標準。基于此，應用光纖傳感技術進行橋梁運行性能的檢測，采取分布式設計的方式，確保不會發生漏檢的問題。較之傳統電檢測技術來說，光纖傳感技術的應用更加方便，操作也比較便捷，還不會給混凝土結構造成任何的影響，特別是混凝土力學性能不會有任何的變化，同時可以實現檢測數據穩定、快速的傳輸，及時掌握橋梁結構的運行性能，對于橋梁質量管理與監測起著至關重要的作用[4]。

4.4 應用于橋梁健康度檢測

對于橋梁健康程度的檢測，具體內容就是對橋梁結構的運行過程及表現情況進行檢測，了解與掌握其極限承載荷壓力、橋梁結構空洞、鋼筋裸露等問題從而展開分析。在進行極限荷載壓力檢測環節，能夠量化橋梁運輸的具體上限，有效避免發生嚴重的交通安全事故，提高總體運行安全水平。在檢測工作中，需對被檢測的橋梁逐步增加壓力，需增加到橋梁結構極限荷載壓力的規定壓力標準為止，把相應的極限荷載壓力保持在規定范圍內，并且保持一定的時間。如果在該時間范圍內，橋梁結構沒有表現出任何質量缺陷問題，比如沒有出現裂縫擴大，就說明被檢測的橋梁可以達到正常承受荷載壓力的標準要求，或者原結構承載性能并未出現嚴重的下降。反之，如果橋梁裂縫擴展比較明顯或者出現了結構彎曲損壞嚴重的情況，說明被檢測橋梁的質量問題比較明顯，極限荷載承受壓力也會有所降低，應該立即采取防護和檢修等處理措施，展開必要的防護處理，實現結構總體性能的提升。此外，橋梁健康度的檢測需要進行孔洞或者鋼筋裸露等病害問題檢測，通過光纖傳感器技術進行鋼筋承載性能的檢查，確定不會發生較大變化，提高總體結構性能[5]。

4.5 應用于橋梁其他方面檢測

除了上述幾種檢測技術之外，光纖傳感技術的應用還可以進行受力結構附件狀況檢測，比如檢測確定拱橋系桿、吊桿等運行情況，利用該檢測技術，能夠了解是否影響橋梁結構的安全性；橋梁結構內，通過設置多種預應力錨固件的質量以及性能檢測方面，比如錨桿、錨索等，使用靈活性好的光纖傳感技術，隨時了解各個構件的運行和變化的情況，充分了解和掌握其運行性能，為橋梁安全、穩定運行提供良好基礎。

5 結語

綜上所述，橋梁工程是保障經濟與社會發展的關鍵基礎設施，對于人們正常生活有著重要的影響，而應用結構檢測技術，可以了解橋梁運行質量，比如光纖傳感技術，實時了解橋梁運行具體情況，掌握是否發生結構損壞的問題，以更好地實現監控與檢測工作，提高橋梁運行總體水平，為城市建設與發展起到積極的作用，推動社會快速發展。