林存旭　張純金　藤召武

摘 要：文章介紹了光纖光柵傳感器，簡述了光纖光柵傳感器在施工中的應(yīng)用-光纖預(yù)應(yīng)力筋以及光纖預(yù)應(yīng)力筋在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光纖光柵傳感器；光纖預(yù)應(yīng)力筋；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；安全監(jiān)測

光纖光柵傳感技術(shù)在近幾年發(fā)展速度的飛快。大量研究表明：光纖光柵傳感技術(shù)是一種非常先進，并且十分有效的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的工具和方法。光纖傳感技術(shù)解決了許多過去傳統(tǒng)監(jiān)測方法的缺點和不足，并具有很好的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。由于我國領(lǐng)土經(jīng)緯度跨越本來就很大，而且擁有各種各樣的地形還有氣候環(huán)境。在使用的過程中，環(huán)境對建筑本身會有相應(yīng)的腐蝕，荷載也會使其產(chǎn)生疲勞，隨著時間的增長建筑的材料也會發(fā)生老化，這些建筑結(jié)構(gòu)的損傷無法消除，并且會降低結(jié)構(gòu)的可靠度，甚至于已經(jīng)無法繼續(xù)使用。在工程已經(jīng)無法繼續(xù)使用，處于危險狀態(tài)，如果此時還無法對建筑本身做出準確的評估，繼續(xù)使用，那么極有可能產(chǎn)生各種突發(fā)事故。這不僅有可能造成巨大的經(jīng)濟上面的損失，而且也有可能造成人員的大規(guī)模的傷亡。

1 光纖光柵傳感器

光纖光柵傳感技術(shù)在近幾年發(fā)展速度的飛快。大量研究表明：光纖光柵傳感技術(shù)是一種非常先進，并且十分有效的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的工具和方法。光纖傳感技術(shù)解決了許多過去傳統(tǒng)監(jiān)測方法的缺點和不足，并具有很好的應(yīng)用價值和發(fā)展前景。

針對工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測，一個非常重要的參數(shù)是應(yīng)力。現(xiàn)在而言，大多數(shù)的應(yīng)力傳感器是利用電阻應(yīng)變計測量，但有很多的工程實例向我們表明：一些例如在濕度的環(huán)境因素等，對測量的精度和穩(wěn)定性影響很大，使健康監(jiān)測不能對許多重要工程結(jié)構(gòu)實現(xiàn)在線的有效準確的檢測。

光纖光柵傳感器是應(yīng)用于土木建筑中一種新的傳感技術(shù)；在土木工程中使用光學方面的技術(shù)。運用基于光纖光柵傳感測試技術(shù)的預(yù)應(yīng)力筋來長期實時測量當前大型工程的結(jié)構(gòu)損傷的這種測量方法，在現(xiàn)在有著良好的發(fā)展趨勢。預(yù)應(yīng)力筋與光纖光柵傳感器相結(jié)合，將會有可能實現(xiàn)對預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的長期健康有效的檢測。

光纖光柵傳感技術(shù)在土木工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域擁有巨大的潛力，光纖傳感技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)達到了一個新的階段。光纖傳感技術(shù)具有傳統(tǒng)傳感器不具有的許多優(yōu)點，并且這些優(yōu)點在土木工程監(jiān)控監(jiān)測方面有著極其方便的作用，并且這些優(yōu)點在實際工程中運用也證明了光纖傳感器的實用性。

2 光纖光柵傳感器在施工中的應(yīng)用-光纖預(yù)應(yīng)力筋

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的要求通常是通過控制張力來保證。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力混凝土的收縮徐變，在使用過程中，熱應(yīng)變、預(yù)應(yīng)力、鋼的腐蝕、錨具變形和許多其他因素，將導致預(yù)應(yīng)力損失，預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)應(yīng)力下降，這會使得開裂載荷的降低。對于任何建筑來講，開裂載荷的降低都會給建筑結(jié)構(gòu)帶來災(zāi)難性的變化。預(yù)應(yīng)力對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的重要性不言而喻，所以得知預(yù)應(yīng)力的損失和預(yù)應(yīng)力實際的大小對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全性是十分重要的。通過計算出預(yù)應(yīng)力損失來是無法精確計算出預(yù)應(yīng)力實際的大小。引起預(yù)應(yīng)力損失的因素有很多，錨具變形、鋼筋內(nèi)縮、摩擦等因素引起的損失可以通過實驗計算得出，然而有一部分的損失是無法準確計算的，徐變、松弛等隨時間變化的因素。將所有因素相加計算得出的損失結(jié)果往往誤差十分大，與實際損失相比相差很多。規(guī)范《GB-T5224-2014》中，結(jié)構(gòu)鋼絞線力學性能中，應(yīng)力松弛性能，對于初始負荷相當于公稱最大力的70%，則松弛率不應(yīng)大于2.5%。光纖預(yù)應(yīng)力筋是由普通的鋼絞線改制而成。用FRP傳感筋替代鋼絞線中間的鋼絲制成的。FRP傳感筋是將光纖光柵傳感器埋設(shè)在FRP筋中，光纖光柵傳感器本身及其脆弱很容易就被破壞，F(xiàn)RP筋是由高性能的纖維和基材聚合而成，具有和鋼絲一樣的抗拉強度且耐腐蝕。將光纖光柵傳感器埋設(shè)在FRP筋中，形成FRP傳感筋，F(xiàn)RP傳感筋在與普通鋼絲制成鋼絞線，形成預(yù)應(yīng)力光纖傳感筋。預(yù)應(yīng)力光纖傳感筋，不僅能夠利用光纖來實現(xiàn)對預(yù)應(yīng)力的監(jiān)測，同時還沒有影響破壞預(yù)應(yīng)力筋本身的作用。

大量的實驗中表明包裹銅箔紙以及使用環(huán)氧樹脂粘接過的光纖光柵鋼絞線是可以的替代普通鋼絞線的，并且松弛率明顯小于2.5%。在光纖光柵鋼絞線制作成功的情況下，可以替代普通鋼絞線，作為預(yù)應(yīng)力筋使用，并且光纖光柵智能鋼絞線可準確的測出預(yù)應(yīng)力混凝土梁在外荷載作用下的預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力變化。

光纖光柵鋼絞線的制備需要一根普通的鋼絞線，去除其中絲，再將去除中絲的鋼絞線與FRP-OFBG筋重新捻制。對捻制過程做出細致改變的光纖光柵傳感筋，包裹銅箔紙以及使用環(huán)氧樹脂粘接，使得光線光柵傳感筋外圍鋼絲與纖維筋摩擦增大。

在實際施工中使用光纖預(yù)應(yīng)力筋，我們可以在任何時間準確的測出預(yù)應(yīng)力混凝土梁在外荷載作用下預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力變化，可以長期有效的監(jiān)測該結(jié)構(gòu)的應(yīng)變，并且判斷出該結(jié)構(gòu)的安全性。

3 光纖光柵傳感器在施工中的不足

光纖光柵傳感器在使用時需要注意防護。是因為纖芯相較于普通結(jié)構(gòu)材質(zhì)來說更加脆弱，對于機械破壞抵抗能力差；如何在種類繁多的光纖傳感器選擇與當前工程環(huán)境和某些特殊環(huán)境相匹配的受力性能，例如在高溫高壓，強酸強堿的環(huán)境下，光纖傳感器就必須用特殊的防護材料來保護以減少因為環(huán)境帶來的性質(zhì)差異從而使測量的不確定性造成的誤差。

光纖光柵傳感器材質(zhì)脆弱，抗機械破壞能力差，使用中需要特別防護。埋入FRP筋的光纖光柵傳感器的維修問題。以及光纖光柵傳感器的成本較高，如何在不改變其本身的作用的同時降低成本，這將是光纖光柵傳感器普及應(yīng)用的一個關(guān)鍵。

參考文獻

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