FBG傳感器在基坑安全監(jiān)測中的應(yīng)用研究.pdf

1、在深基坑工程實踐中，由于巖土條件的復(fù)雜性和不確定性以及支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計計算理論還不夠完善，基坑監(jiān)測是保障基坑工程安全實施的重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)和手段已經(jīng)無法滿足工程監(jiān)測智能化、自動化的要求。近年來，光纖光柵傳感技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在土木工程中的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域。光纖Bragg光柵傳感器(Fiber Bragg GratingSensors，簡稱FBG傳感器)以其高靈敏度、高分辨力等特點，在結(jié)構(gòu)應(yīng)變、溫度量測中，具有獨特的優(yōu)勢。將FBG傳感

2、器應(yīng)用于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測中是一次新的有意義的嘗試。
　　 首先基于FBG傳感原理，結(jié)合室內(nèi)試驗，分析其應(yīng)變和溫度傳感特性。FBG具有對應(yīng)變和溫度交叉敏感的特性，將其應(yīng)用于結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測時必須采取溫度補(bǔ)償技術(shù)。綜合比較多種溫度補(bǔ)償方法，選用不受力光柵溫度補(bǔ)償法，并推導(dǎo)出溫度補(bǔ)償計算公式。
　　 研究FBG與基體之間的應(yīng)變傳遞規(guī)律，推導(dǎo)其在軸向受壓和受拉狀態(tài)下的應(yīng)變傳遞系數(shù)表達(dá)式。分析了膠接層對應(yīng)變傳遞的影響，結(jié)果表明膠接

3、層厚度越薄，應(yīng)變傳遞系數(shù)越大，應(yīng)變傳遞效果越好；膠接層彈性模量越大，應(yīng)變傳遞系數(shù)越大，應(yīng)變傳遞效果越好。隨著FBG傳感器半標(biāo)距長度的增加，應(yīng)變傳遞系數(shù)是不斷增大的，不同標(biāo)距長度的傳感器應(yīng)變傳遞系數(shù)存在較大差異。
　　 研究FBG傳感器的封裝工藝，對其進(jìn)行U形鋼管和不銹鋼片封裝，通過室內(nèi)應(yīng)變和溫度特性試驗測試，計算出各FBG傳感器的應(yīng)變和溫度靈敏度系數(shù)。結(jié)果證明封裝材料與傳感器之間的粘貼劑是決定應(yīng)變傳遞效果的關(guān)鍵，必須保證粘貼劑具

4、有足夠的抗剪強(qiáng)度。
　　 研究FBG傳感器的現(xiàn)場布設(shè)工藝，通過室內(nèi)鋼筋混凝土梁試驗，將FBG傳感器與傳統(tǒng)傳感器進(jìn)行了對比，F(xiàn)BG傳感器應(yīng)變測試結(jié)果與傳統(tǒng)測試方法吻合較好，驗證了FBG傳感器的有效性和優(yōu)越性。
　　 通過室內(nèi)試驗，開展了基坑水平位移的準(zhǔn)分布式FBG應(yīng)變監(jiān)測試驗研究，并且根據(jù)試驗結(jié)果，探討將FBG傳感器應(yīng)用于基坑準(zhǔn)分布式監(jiān)測在工藝上的可行性和方法上的有效性。試驗結(jié)果表明FBG傳感器所測位移值與位移計實測值吻合

5、較好，且精度較高，能夠滿足實際工程的要求，為工程應(yīng)用提供了試驗依據(jù)。
　　 將FBG傳感器用于深基坑混凝土內(nèi)支撐的應(yīng)變和溫度量測，對基坑開挖至底板施工期間的支撐軸力變化進(jìn)行了全過程監(jiān)測。在長達(dá)半年多的監(jiān)測過程中，F(xiàn)BG傳感器始終都能正常工作，表明FBG傳感器在基坑工程監(jiān)測中的可靠性。實測結(jié)果表明，基坑開挖過程中混凝土支撐梁上下部處在不同的受力狀態(tài)，采用斷面平均應(yīng)力法來計算混凝土支撐軸力顯然是不合理的。因此，有必要對混凝土支撐軸力