光纤传感器在土木工程中的应用.pdf

第! "卷 第#期建筑结构 " $ $ "年#月 !国家杰出青年科学基金资助项目 （# % 2 8 + + . 2 8 ; 4 . + 3 5 4 . 2 0 2 + 9 + 1 . - 6 5 + > 7 2 81 . + 7 + 8 , 4 . + 4 8 4 5 / ? + 94 8 97 - > +1 - 7 7 2 6 5 +4 8 7 @ + . 7 , - , * + >4 . +4 5 7 -; 2 : + 8 < A 2 8 4 5 5 /，, * +@ - 8 9 + . 0 B 5 1 . - 7 1 + 3 , 2 7 7 + , 0 - . , * < ! " # $ % 2 8 + + . 2 8 ;；7 , . B 3 , B . 4 5 , + 7 , 2 8 ;；8 - 8 9 + 7 , . B 3 , 2 : + , + 7 , 2 8 ; 一、 前言 大型土木工程结构和基础设施， 如桥梁、 超高层建 筑、 大跨空间结构、 大型水坝、 核电站、 海洋采油平台以 及输油、 供水、 供气等生命线系统， 由于环境荷载作用， 在其服役过程中一旦发生灾害， 将给人民的生命和财 产造成巨大的损失。因此， 对重要结构的无损检测与 无损评价显得越来越重要。然而， 由于土木工程结构 和基础设施体积大、 跨度长、 分布面积大、 使用期限长， 传统的传感设备组成的监测系统的稳定性和耐久性都 不能很好地满足工程实际的需要。 ( % ’ %年美国布朗大学的C + 8 9 + ?等人首次提出将 光纤传感器埋入混凝土结构中进行安全监测。随后美 国、 欧洲、 日本等国家的一些学者开始将这一高新技术 应用于土木工程的研究， 并取得了很好的成果 ［#， 3 0 < * 3 （ 2 5 1 @ 2 ? A 3联邦公路管理局用非功能型光纤传感器测预 应力钢筋混凝土中钢筋的轴向应变， 与贴电阻应变片 的结果很吻合。B ? 3 2 1 5（ > 1 ? 2 ? J K H ［# #］等人用强度型光纤传感器结合快速傅立叶变换 预处理及L M神经网络对碳纤维复合板进行振动测量， 实验表明其结果很准确。 N "温度检测 混凝土在养护期间由于水化作用会产生裂缝。这 种情况对一般的钢筋混凝土结构问题不大， 但是对大 体积混凝土 （如坝体） 问题就会很严重。采用埋入式光 纤传感器和* + , -技术测量大体积混凝土内部的温 度分布十分必要。日本一家建筑公司采用商业化的分 布式温度传感器， 在一隧道中检测混凝土的凝固过程。 美国的O 0 3 8 H ?等人也采用温度式光纤传感器检测了 混凝土的凝固过程 ［(］。 ( "腐蚀检测 美国的; 0 4 1等人用全光纤腐蚀传感器埋入= > 1 J $ H ? 8市的三座大桥内监测钢筋的腐蚀情况。 国内将光纤传感器用于土木工程中起步较晚， 但 也取得了一些阶段性的成果。刘浩吾、 杨朝晖 （ J M光纤传感器对混凝土的应变测量进行了实验研 究； 蔡德所 （: % #黄尚廉:智能材料系统与结构工程构造安全监控的一条崭新思 路:中国工程院第三次院士大会学术报告之七:北京， $ 8 8 ;: " # 4 > 5 ) . 1 ? ) / ? ) . , 7 < , / 2 , ) <7 < A ) < 7 7 2 ) < AB 7 . C 1 < - ) . , : 4 ( D +，E 7 FG / 2 H，$ 8 8 ": ’ #( ? I 2 7(: ( ? 2 I . ? I 2 1 5 . / 1 , ? > 2 7 , 7 < ? 1 7 . ) 1 5 K , , I 7，L : / @+ < A ) < 7 7 2 ) < AM 7 . C 1 ? ) ., 7 < , / 2 , ) <. / < . 2 7 ? 7 , ? 2 I . ? I 2 7 ,：1 2 7 6 ) 7 F，, B 1 2 ?B 1 ? 7 2 : ( ? 2 I . ? :，$ 8 8 ;，3：$ 8 ; - % # R 7 < < P , / ? ) ., 7 < , / 2 , ) <. ) 6 ) 5 7 < A ) < 7 7 2 ) < A, ? 2 I . ? I 2 7 , : D 1 < : L : D ) 6 : + < A :，% ’: $ " #K < 1 I J )Q，D 1 , 1 < / 6 1E，O 2 / < 7 < 0 7 2 AX7 ?1 5 : + B 0 7 J J 7 J1 < J, I 2 @ 1 . 7 B / I ? ) ., 7 < , / 2 ,@ / 2. ) 6 ) 5, ? 2 I . ? I 2 1 5B / < ) ? / 2 ) < A : ( X K +， $ 8 8 !，" - % ’ ": $ ’ # U I , ? / <QS，= I C 2XW，O 1 [ 7 < , H )XL7 ?1 5 : K < , ? 1 5 5 1 ? ) / <1 2 7 5 ) B ) - ? ) ., 7 < , / 2 ,7 B 0 7 J J 7 J ) <1. / < . 2 7 ? 70 I ) 5 J - ) 7 1 <D / < @ : / <( B 1 2 ? ( ? 2 I . ? I 2 7 , 1 < JM 1 ? 7 2 ) 1 5 , : T 5 1 , A / F $ 8 8 %：’ " 8 8 - ; ’ : $ ; # Y 1 N ) 2 )M，D / 1 <S，D C 7 <DW: + ? . C 7 J@ ) 0 7 2 , @ / 2 , ? 2 1 ) <1 < J6 ) 0 2 1 ? ) / < B 7 1 , I 2 7 B 7 < ? , : K > 5 ) . 1 ? ) / ? ) ., 7 < , / 2 , ) <7 < A ) < 7 7 2 ) < A B 7 . C 1 < ) . , : + J ) ? 7 J0 P= 1 2 C 1 J4 < , 1 2 )，X I 0 5 ) , C 7 J0 P4 ( D +，$ 8 8 ": $ ! # O I 2 1 , C ) B 1R，\ , IR，R 1 > 5 ) . 1 ? ) / ? ) .J ) , - ? 2 ) 0 I ? 7 J, 7 < , / 2@ / 2, ? 2 1 ) <B 7 1 , I 2 7 B 7 < ? ) <. ) 6 ) 57 < A ) < 7 7 2 ) C PO47 ? 1 5 : * > ? ) . 1 5 @ ) 0 7 2 , 7 < , / 2 @ / 2 ? C 7 ] I 1 < ? ) ? 1 ? ) 6 7B 7 1 , I 2 7 B 7 < ? / @ , ? 2 1 ) < ) <. / 7 1 <D / < @ : * <( B 1 2 ?( ? 2 I . ? I 2 7 , 1 > 5 ) . 1 ? ) / ? ) ., 7 < , ) < A, P , ? 7 B@ / 2B 7 1 , I 2 7 B 7 < ?/ @, ? 2 1 ) <) 2 7 - ? 7 < , ) / < 7 J? 7 < J / 2 7 , ? 1 ) < 7 J. / < . 2 7 ? 7 : ( X K +，$ 8 8 3，% ’ ’ ;：8 - $ 3: %